pengolahan limbah cair tahu menggunakan membran … · o analisa morfologi membran o analisa nitrat...

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

Membran yang sudah jadi

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

Pengujian Membran pada Reaktor

Membran

kawat stainless

Water mur

Susunan Letak membran

Reaktor dengan Aliran

cross flow

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



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%


-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





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


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


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




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





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


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


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




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




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

Spektra FTIR setelah membran dipakai

Analisa Morfologi Membran

Morfologi membran sebelum dipakai

Analisa Morfologi Membran

Morfologi membran setelah 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

Terima Kasih

pengolahan limbah cair tahu menggunakan membran … · o analisa morfologi membran o analisa nitrat...

Documents