Pengolahan Limbah Cair Tahu Menggunakan Membran Nanofiltrasi Silika Aliran Cross Flow
Untuk Menurunkan Kadar Nitrat dan Amonium
Oleh : Dwi Rukma Puspayana
NRP : 3309.100.009
Dosen Pembimbing : Alia Damayani, ST., MT., PhD
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
• 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
Rumusan Masalah
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
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
Aliran dalam reaktor yang digunakan adalah aliran cross flow
Con’t
Hasil permeat akan dianalisa dan hasilnya akan dibandingkan dengan Peraturan Menteri Kesehatan No. 416 Tahun 1990 Tentang Syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air
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
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
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
Con’t
Metodologi Penelitian
Sebagian limbah yang dihasilkan dari industri tahu tidak diolah terlebih dahulu
Ide Penelitian
Studi Literatur
Jurnal, textbook, laporan penelitian. Tugas akhir dan karya terdahulu
Metodologi 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
Pelaksanaan Penelitian
Sintesis Silika
Tahapan Ekstraksi Tahapan Ekstraksi
Tahapan Ekstraksi Tahapan Pembentukan Silicic Acid
Tahapan Ekstraksi Tahapan Pemurnian Silika
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
Analisa Limbah Cair Tahu
Nitrat Amonium
Metode Brucin Asetat
Metode Nessler
Analisa Awal Limbah Cair Tahu
Hasil Analisa Awal Nitrat
No Jenis
Limbah
Konsentrasi
Nitrat Pertama
(mg/l)
Konsentrasi
Nitrat Kedua
(mg/l)
Rata-
rata
1 100% 5.02 5.40 5.21
2 50% 3.97 4.22 4.09
3 25% 1.03 1.34 1.19
Hasil Analisa Awal Amonium
No Jenis
Limbah
Konsentrasi
Amonium
Pertama (mg/l)
Konsentrasi
Amonium Kedua
(mg/l)
Rata-rata
1 100% 19.14 19.41 19.28
2 50% 12.98 12.55 12.77
3 25% 6.24 6.87 6.56
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
Pressure Gauge untuk mengetahui besar kecilnya tekanan. Valve untuk mengatur besar kecilnya tekanan.
Permeat yang dihasilkan
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
5
20 5,21 5,48 -5%
40 5,21 6,23 -20%
60 5,21 7,35 -41%
80 5,21 9,21 -77%
8
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
-90%
-80%
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
en
Reje
ks
i (%
)
Menit ke-
5 gram
8 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
Variasi membran
menit ke
Konsentrasi Awal Nitrat
(mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
5
20 4,091 4,21 -3%
40 4,091 4,46 -9%
60 4,091 5,32 -30%
80 4,091 6,8 -66%
8
20 4,091 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
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
sie
n R
eje
ks
i (%
)
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Nitrat
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%
Terjadi peningkatan konsentrasi Nitrat
Variasi Membran
menit ke
Konsentrasi Awal Nitrat
(mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
5
20 1,19 1,22 -3%
40 1,19 1,67 -40%
60 1,19 1,73 -45%
80 1,19 2,08 -75%
8
20 1,19 1,11 7%
40 1,19 1,45 -22%
60 1,19 1,55 -30%
80 1,19 2,01 -69%
-80%
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
10%
20%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
sie
n R
eje
ks
i (%
)
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Nitrat
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: NH4
+ + 2O2 NO2- + 2H2O
NO2- + ½ O2 NO3
-
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100%
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
Variasi membran
menit ke
Konsentrasi Awal
Amonium (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
5
20 19,28 12,98 32,68%
40 19,28 7,32 62,03%
60 19,28 3,22 83,30%
80 19,28 1,51 92,17%
8
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%
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
sie
n R
eje
ks
i (%
)
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
Variasi Membran
menit ke
Konsentrasi Awal
Amonium (mg/l)
Konsentrasi Permeat
Koefisien Rejeksi
5
20 12.765 9.48 26%
40 12.765 8.97 30%
60 12.765 5.23 59%
80 12.765 1.8 86%
8
20 12.765 8.83 31%
40 12.765 5.22 59%
60 12.765 2.67 79%
80 12.765 1.92 85%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
sie
n R
eje
ks
i (%
)
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap prosentase Removal Amonium
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%
Terjadi penurunan konsentrasi Amonium
Variasi membran
menit ke
konsentrasi awal
Amonium (mg/l)
konsentrasi permeat
koefisien rejeksi
5
20 6,563 5,11 22%
40 6,563 4,21 36%
60 6,563 3,79 42%
80 6,563 1,09 83%
8
20 6,563 5,76 12%
40 6,563 4,83 26%
60 6,563 1,99 70%
80 6,563 1,56 76%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
0 20 40 60 80 100
Ko
efi
sie
n R
eje
ks
i (%
)
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Koefisien Rejeksi Amonium
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)
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 100%
Terjadi penurunan nilai fluks
menit ke
5gr 8gr
volume (ml)
Nilai Fluks
volume (ml)
Nilai Fluks
20 1,7 5,30 1,85 5,77
40 1,6 2,50 1,5 2,34
60 1,2 1,25 1,2 1,25
80 0,9 0,70 1,05 0,82
Rata-rata
2,44
2,54
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0 20 40 60 80 100
Nila
i F
luk
s (
ml.
cm
²/m
en
it
Menit ke-
8 gram
5 gram
Grafik Nilai Fluks
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 50%
Terjadi penurunan nilai fluks
menit ke
5gr 8gr
volume (ml)
Nilai Fluks volume (ml) Nilai Fluks
20 1.75 5.46 1.9 5.93
40 1.6 4.99 1.5 2.34
60 1.25 3.90 1.1 1.14
80 1 3.12 1 0.78
Rata-rata 4.37
2.55
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0 20 40 60 80 100
Nila
i F
luk
s (
ml.
cm
²/m
en
it
Menit ke
8 gram
5 gram
Grafik Nilai Fluks
Pengaruh Massa Silika dan Volume Air Limbah Terhadap Nilai Fluks Membran
Variasi massa silika 5;8 gram dengan Volume Limbah 25%
Terjadi penurunan nilai fluks
menit ke
5gr 8gr volume
(ml) Nilai Fluks
volume (ml)
Nilai Fluks
20 2.2 6.86 2.35 7.33
40 1.8 5.62 2.2 3.43
60 1.45 4.52 1.75 1.82
80 1.05 3.28 1.2 0.94
Rata-rata 5.07 3.38
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
0 20 40 60 80 100
Nil
ai
Flu
ks
(m
l.c
m²/
me
nit
Menit ke
8 gram
5 gram
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/m2.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.
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
Karakterisasi Membran
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
Spektra FTIR sebelum membran dipakai
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/m2.jam