Materi 2 - Pengukuran Fluks Air Bersih [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pada jaman sekarang, teknologi membran banyak digunakan dalam proses pemisahaan. Membran memiliki kelebihan dibandingkan metode secara konvensional, diantaranya adalah proses sederhana dalam proses operasionalnya, dapat berlangsung pada suhu kamar, sifatnya tidak destruktif. Sehingga tidak menghasilkan perubahan dari zat yang akan dipisahkan, tidak membutuhkan banyak energi, dan membran dapat digunakan kembali. Membran dapat dibuat dari polimer alam maupun sintesis, tetapi saat ini pembuatan membran menggunakan polimer alam sangat berkembang pesat mengingat ketersediaanya yang melimpah di alam dan prosesnya pun ramah lingkungan. Karakterisasi membran dapat dilakukan dengan pengujian fluk. Nilai fluks dapat menentukan nilai kerja membran. Penurunan fluks terjadi karena ada nya fouling yang akan meningkatkan nilai rejeksi dari suatu membran. Nilai fluks berhubungan dengan permeabilitias dan selektivitas membran. Pemisahan partikel yang dilakukan oleh membran berpori sangat erat hubungannya dengan nilai fluks. Selain itu juga dipengaruhi oleh ukuran dan jumlah pori yang ada pada membran. Dengan demikian, penelitian mengenai teknik penilaian fluks suatu membran sangat dibutuhkan. Sehingga dapat diketahui kinerja membran dan karakterisasi membran. 1.2 Tujuan 1. Mempelajari tata cara pengukuran fluks 2. Melakukan dan menerapkan tata cara pengukuran fluks pada air bersih dengan mengunakan membran CA yang telah dibuat



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Fluks Fluks merupakan nilai rata-rata laju alir hasil pemisahan. Laju alir hasil pemisahan diartikan sebagai jumlah volume yang diperoleh pada operasi membran persatuan luas membran per satuan waktu. Nilai fluks diperlukan sebagai nilai uji suatu membran untuk memperkirakan ukuran pori dan mengetahui tingkat permeabilitas sebuah membran, serta menentukan membran pada kategori membran tertentu (Wibisono dkk, 2018). Menurut Hidayat (2014), fluks adalah jumlah volume permeat yang dapat melewati membran pada satuan luas dalam waktu tertentu yang dipengaruhi oleh gaya dorong.



2.2 Pengertian Permeabilitas Permeabilitas merupakan ukuran kecepatan dari suatu spesi atau konstituen dalam melewati membran. Secara kuantitas, permeabilitas membran sering dinyatakan sebagai fluks atau koefisien permeabilitas (Hidayat, 2014). Permeabilitas membran dapat menentukan efisiensi suatu membran. Permeabilitas dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran. Permeabilitas dinyatakan sebagai suatu besaran fluks dan didefinisikan sebagai jumlah volum permeat yang melewati satu satuan luas membran dalam satuan waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak berupa tekanan (Pratomo, 2009).



2.3 Teknik Perhitungan Nilai Fluks Teknik perhitungan nilai fluks berdasarkan literature Wibisono dkk (2018), pengujian nilai fluks membran selulosa asetat dilakukan pengujian fluks menggunakan air bersih pada tekanan 0.7 bar. Pengukuran fluks dilakukan setiap menit selama 10 menit. Pengujian kinerja membran dengan uji fluks ini dapat memperkirakan ukuran pori dan mengetahui tingkat permeabilitas sebuah membran. Nilai fluks dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan (Widayanti, 2013):



Keterangan : J = nilai fluks (Liter/m2 .jam) V = volume permeate (Liter) A = luas permukaan membrane (m2 ) t = waktu (jam)



2.4 Faktor Nilai Fluks Fluks merupakan jumlah volume permeate yang melewati satu satuan luas membran dalam waktu tertentu karena adanya gaya dorong tekanan yang masuk ke dalam membran. Nilai fluks dipengaruhi oleh karakteristik membran itu sendiri seperti porositas membran dan jenis membran. Dimana semakin besar porositas membran, maka nilai koefisien permeabilitas atau fluks akan semakin besar (Hidayat, 2014). Selain itu, Faktor yang mempengaruhi nilai fluks yaitu jumlah dan ukuran pori, interaksi antara membran dan larutan umpan, viskositas arutan serta tekanan dari luar (Monita, 2014).



2.5 Faktor Peningkatan Nilai Fluks Fluks air didefinisikan sebagai ukuran kecepatan suatu partikel yang melewati membran per satuan waktu dan luas permukaan. Nilai fluks akan meningkat apabila pori berukuran besar dan tidak seragam. Dimana membran tersebut memiliki pori yang melintang dan renggang sehingga nilai permeabilitas dan selektivitas akan menurun. Konsentrasi yang semakin bertambah maka akan mengurangi nilai fluks. Faktor jumlah pori mempengaruhi jumlah nilai fluks, semakin bertambahnya konsentrasi maka akan semakin sedikit jumlah pori yang terbentuk (Junarzadinata, 2011). Nilai fluks tinggi memiliki pori-pori besar dan nilai rejeksi yang rendah sehingga tidak dapat menahan banyak partikel. Penurunan nilai fluks menunjukan peristiwa fouling dapat terlihat dari perubahan karakteristik fisik membran, fouling terjadi akibat adanya akumulasi molekul-molekul pada permukaan membran dan sebagian terjebak kedalam poripori membran. Peristiwa fouling mengakibatkan terhambatnya aliran feed yang melewati membran, jumlah permeabilitas yang dihasilkan semakin berkurang dengan bertambahnya waktu (Widayanti, 2013) Laju fluks akan menurun sejalan dengan waktu akibat adanya polarisasi konsentrasi, fouling dan scaling. Secara berkala dilakukan pencucian dengan air, ataupun dengan zat kimia (chemical washing) seperti misalnya dengan NaOH, Na acetat atau asam sitrat untuk mengatasi fouling yang terjadi (Hidayat, 2014).



2.6 Pori dan Porositas Pori merupakan factor penting yang ada dalam membran yang memisahkan partikel berdasarkan ukuran. Ukuran dan jumlah pori memiliki dampak pada membran. Ukuran pori akan menentukan sifat selektifitas membran, yaitu kemampuan dari membran untuk menahan molekul-molekul zat terlarut, sehingga tidak ada yang lolos menembus pori membran.



Sedangkan jumlah pori menentukan sifat permeabilitas membran yaitu kemudahan membran untuk melewatkan molekul-molekul air, dimana jika permeabilitas membran yang dihasilkan tinggi, maka membran layak digunakan (Hidayat, 2014). Porositas membran dapat dihitung dengan menentukan perbandingan volume pori dengan volume total membran. Perhitungan porositas dilakukan dengan menguji penyerapan air pada membran (water uptake) dan diukur ketebalan membrannya. Berat awal sampel yang akan diuji ditimbang (Wo) dan diukur ketebalannya dengan micrometer. Sampel membran dimasukan ke dalam wadah plastik lalu diisi akuades ditutup dan didiamkan selama 24 jam. Setelah itu sampel diangkat dan ditimbang berat sampel basah (W). pengukuran dilakukan sebanyak 2 kali pengulangan. Setelah data diperoleh, porositas dapat dihitung nilai porositasnya. Nilai porositas dapat dihitung dengan persamaan berikut (Yuspitasari dkk., 2018):



2.7 Jenis Aliran Membran Pada dasarnya ada dua type konfigurasi aliran pada proses pemisahan menggunakan membran yaitu type aliran melintas (Dead-End) dan aliran silang (Cross-Flow). Pada filtrasi aliran melintas, umpan dialirkan tegak lurus ke permukaan membran sehingga partikel terakumulasi dan membentuk suatu lapisan pada permukaan membran, hal ini berdampak terhadap penurunan fluks dan rejeksi. Pada type aliran silang (Cross-Flow), umpan mengalir sepanjang permukaan membran sehingga hanya sebagian yang terakumulasi (Hidayat, 2014). Menurut Riani (2014), aliran membran terdapat 4 jenis yaitu dead-end, cross-flow, hybrid dead-end crossflow dan cascade. Sistem dead-end arah aliran tegak lurus terhadap membran, mempunyai kelemahan yaitu cenderung mengakibatkan fouling yang sangat tinggi karena terbentuknya cake di permukaan membran pada sisi umpan. Sedangkan pada sistem crossflow, umpan dialirkan arah sejajar dengan permukaan membran. Akibatnya pembentukan cake terjadi sangat lambat karena tersapu oleh gaya geser yang disebabkan oleh aliran crossflow umpan.



DAFTAR PUSTAKA Hidayat, M. Fikri. 2014. Penurunan Kandungan Zat Warna Pada Limbah Songket Menggunakan Membran Komposit Berbasis Kitosan-Pva Secara Ultrafiltrasi. Skripsi. Politeknik Negeri Sriwijaya Indarti, Dwi., Winata, I Nyoman Adi. Novianti, Heny Yunita. 2013.Karakter Membran Selulosa Asetat Akibat Penambahan Zat Aditif Monosodium Glutamate (Msg.) Jurnal Ilmu



Dasar, Vol. 14 No. 1: 33-37



Junarzadinata, Rendra. 2011. Kajian Struktur dan Uji Fluks Membran Polisulfon dengan Metode Inversi Fasa. Skripsi. Institut Pertanian Bogor Monita, Sintia. 2014. Kinerja Membran Keramik Berbasis Tanah Liat, Zeolit, Pasir Silika Dan Serbuk Besi Pada Pengolahan Limbah Cair Kelapa Sawit (Pome). Skripsi. Politeknik Negeri Sriwijaya Pratomo, Heru Ai. 2009. Pembuatan Dan Karakterisasi Membran Komposit Polisulfon Selulosa Asetat Untuk Proses Ultrafiltrasi. Jurnal Pendidikan Matematika Dan Sains. Edisi 3 Tahun Viii. 168-200 Riani, Pevi. 2014. Preparasi dan Karakterisasi Membran Polisulfon dengan Pengisi Mikrobentonit sebagai Penyaring Air Gambut. Tesis. Universitas Sumatera Utara Wibisono, Yusuf. Faradilla, Ashried. Utoro,Panggulu Ahmad. Sukoyo, Agung. Izza, Ni'matul. Dewi, Shinta Rosalia. 2018. Anti-Biofoulan Alami Moringa oleifera Sebagai Bahan Pengisi Membran Mixed Matrix Selulosa Asetat untuk Klarifikasi Jus Buah. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol. 13, No. 2:. 100 - 109 Widayanti, Nanda. 2013. Karakterisasi Membran Selulosa Asetat Dengan Variasi Komposisi Pelarut Aseton dan Asam Format. Sripsi. Universitas Jember Yuspitasari, Mita. Syahbanu, Intan. 2018. Ardiningsih, Puji. Studi Waktu Penguapan Pada Pembuatan Blend Membran Polisulfon/Selulosa Asetat Dari Nata De Coco. Jurnal Kimia Khatulistiwa 7(4): 16-24