LABORATORIUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI REVERSE OSMOSIS Dosen Pembimbing : Dianty Rosirda , S.T., M.T.
Kelompok/Kelas
: 1/3B
Nama
: 1. Aditya Meita Nugraha
NIM. 151411033
2. Alqizza Lukmanul Hakim
NIM. 151411034
3. Ande Fudja Rafryanto
NIM. 151411035
4. Aulya Apta Nienda
NIM. 151411036
PROGRAM STUDI DIPLOMA III TEKNIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG TAHUN 2017
BAB 1 PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Air merupakan sumber kehidupan dan kebutuhan yang sangat penting bagi manusia. Air memiliki manfaat yang sangat besar bagi kehidupan sehingga air perlu diolah terlebih dahulu agar dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan. Air yang akan digunakan harus memenuhi syarat tertentu agar sesuai dengan standar kualitas ataupun kuantitasnya. Dalam peruntukannya , air memiliki banyak syarat yang harus terpenuhi. Dalam peruntukan air sebagai air minum haruslah terbebas dari bakteri dan virus yang berpotensi menyebabkan penyakit bagi manusia begitupun mengenai kandungan mineral terlarutnya. Dalam peruntukannya sebagai air proses dalam industry , contohnya air umpan boiler memiliki persyaratan yang ketat. Dalam memenuhi kebutuhan untuk tiap peruntukannya dilakukan berbagai penelitian untuk mengolah air agar sesuai dengan persyaratannya. Salah satu teknologi yang ditemukan dan dapat digunakan salah satunya adalah reverse osmosis (RO). Reverse osmosis (RO) tersebut memanfaatkan osmosis balik dengan memberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosis air yang diolah. Teknologi reverse osmosis (RO) ini dapat memisahkan pengotor-pengotor, garam, maupun virus dan bakteri dari air yang diolah. Air yang diolah akan menjadi bersih, sehingga dapat dimanfaatkan untuk berbagai keperluan bagi makluk hidup, khususnya manusia.
1.2. Tujuan 1. Menganalis pengaruh waktu operasi terhadap konsentrasi TDS dan DHL. 2. Menentukan persen zat terlarut yang ditolak (% Reject) dari proses reverse osmosis.
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Pengertian dan Prinsip Kerja Reverse Osmosis Reverse osmosis merupakan suatu sistem pengolahan untuk memisahkan molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan cara memberi tekanan hidrostatik yang melebihi tekanan osmosis larutan. Prinsip reverse osmosis ini dapat memisahkan air dari komponenkomponen yang tidak diinginkan sehingga akan didapatkan air dengan tingkat kemurnian tinggi (Ariyanti dan Widiasa, 2011).
Gambar 2.1. Skema Alat Reverse Osmosis
Proses Reverse Osmosis menggerakkan air dari konsentrasi kontaminan yang tinggi (sebagai air baku) menuju penampungan air yang memiliki konsentrasi kontaminan sangat rendah. Dengan menggunakan tekanan tinggi di sisi air baku, maka terjadi proses yang berlawanan (reverse) dari proses osmosis. Dengan menggunakan membran semi-permeabel maka hanya molekul air yang melaluinya dan memisahkan berbagai kontaminan terlarut. Proses spesifik yang terjadi dinamakan ion eksklusi, dimana sejumlah ion pada permukaan
membran sebagai sebuah pembatas mengijinkan molekul-molekul air untuk melaluinya seiring melepas substansi-substansi lain (Firzatulloh, dkk, 2015).
Gambar 2.2. Prinsip Kerja Reverse Osmosis
2.2
Membran Reverse Osmosis Material membran reverse osmosis umumnya bersifat hidrofilik, mempunyai permeabilitas yang tinggi terhadap air dan kelarutan yang sangat rendah terhadap zat terlarut. Membran juga harus memiliki ketahanan (stabil) terhadap variasi pH dan suhu. Membran reverse osmosis terbuat dari bahan polimer permeator. Jenis polimer yang dapat digunakan sebagai membran reverse osmosis antara lain selulosa asetat dan komposit poliamida. Kedua jenis material membran ini memiliki perbedaan yang cukup signifikan pada proses pembuatan, kondisi operasi dan kinerjanya seperti yang terlihat pada tabel 2.1 (Ariyanti dan Widiasa, 2011). Tabel 2.1. Jenis Membran Reverse Osmosis Batasan
Membran Selulosa Asetat
Lapisan Tipis Membran Komposit
pH
2-8
2-11
5 - 30 C
5 – 500 C
Lemah
Sangat kuat
Ketahanan terhadap klorin
0 – 1 ppm
0 – 0,1 ppm
Rejeksi terhadap garam saat
85 – 92 %
94 – 98 %
30 – 50 %
70 – 90 %
Rendah
Tinggi
Temperatur Ketahanan terhadap
0
serangan bakteri
60 psi Rejeksi terhadap nitrat saat 60 psi Cost relatif
Pada reverse osmosis, konfigurasi modul membran yang digunakan yaitu spiral wound. Konfigurasi yang lain yaitu hollow fiber, turbular dan plate and frame yang tidak terlalu banyak digunakan pada aplikasi reverse osmosis (Ariyanti dan Widiasa, 2011).
Gambar 2.3. Modul Membran Spiral Wound
Dalam proses filtrasi menggunakan membran reverse osmosis, terdapat beberapa faktor-faktor yang saling berkaitan sehingga akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi. Faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut : 1. Tekanan Menurut Heitman (1990) dalam Yusuf, dkk. (2011), tekanan mempengaruhi laju alir bahan pelarut yang melalui membran itu. Laju alir meningkat dengan terus meningkatnya tekanan dan mutu air olahan (permeate) juga semakin meningkat. Tekanan memegang peranan penting bagi laju permeate yang terjadi pada proses membran. Semakin tinggi tekanan suatu membran, maka semakin besar pula fluks yang dihasilkan permeate. 2. Temperatur Standar temperatur yang digunakan dari 700 F (210 C), tetapi umumnya yang digunakan mulai dari 850 F (290 C) (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 3. Kepadatan / Kerapatan Membran Semakin rapat membran, maka semakin baik olahan yang dihasilkan (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 4. Fluks
Fluks merupakan laju volume fluida yang melewati penampang membran (Azfah, dkk, 2011). Untuk menentukan fluks dapat diperoleh dengan menghitung laju alir permeate per satuan luas membran (Nassa dan Dewi, 2004 dalam Yusuf, 2011). 5. Recovery Factor Semakin tinggi faktor perolehan, maka semakin baik konsentrasi garam pada proses pengolahan air yang didapat. Umumnya faktor recovery mempunyai batasan 75-95% (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 6. Salt Rejection (Rejeksi Garam-Garaman) Garam rejeksi tergantung dari tipe dan karakteristik pemilihan membran. Namun juga sangat tergantung pada kondisi operasi, konsentrasi larutan umpan dan debit aliran. Nilai rejeksi merupakan angka mutlak (Nassa dan Dewi, 2004 dalam Yusuf, 2011). Umumnya nilai rejeksi dari 85 - 99,5 % dengan 95% yang lebih sering digunakan (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 7. Ketahanan Membran Membran hanya dapat bertahan sebentar (akan cepat rusak) apabila terlalu banyak komponen-komponen yang tidak diinginkan ikut masuk di dalam air umpan, seperti bakteri, jamur, phenol dan bahkan nilai pH terlalu tinggi atau rendah. Biasanya membran dapat bertahan selama dua tahun dengan perubahan pada efisiensinya (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 8. pH pH pada membran yang sering digunakan memiliki batasan operasi antara 6-7,7 (Yusuf, 2011). 9. Kekeruhan Reverse Osmosis digunakan untuk memindahkan atau menyingkirkan kekeruhan dari air umpan (air masuk) (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011). 10. Pengolahan Awal (Pretreatment) Pretreatment merupakan proses awal agar membran tidak cepat rusak dan dapat tahan lebih lama. Selain itu pretreatment juga dilakukan agar partikel-partikel yang tidak diinginkan yang berat molekulnya lebih besar tidak ikut masuk ke dalam membran (Yusuf, 2011). 11. Pembersihan
Pembersihan pada membran tergantung dari jenis membran yang digunakan dan proses penggunaannya (Eckenfelder, 2000 dalam Yusuf, 2011).
2.3
Penentuan Koefisien Rejection Untuk menentukan keberhasilan proses pemisahan, tekanan operasi (P) umumnya 280 Bar. Semakin besar tekanan, maka air yang dihasilkan dari proses pemisahan akan semakin murni (kadar garam atau zat terlarut semakin kecil). Untuk mengacu pada kondisi tersebut, maka dapat dilakukan dengan cara menentukan koefisien rejection, R yang menyatakan hubungan antara konsentrasi atau kadar garam di aliran influen dan di aliran efluen (permeat) yang ditulis sebagai berikut : 𝑅=
𝐶𝑚−𝐶𝑝 𝐶𝑚
atau, %𝑅 =
𝐶𝑚−𝐶𝑝 𝐶𝑚
𝑥100%
Dengan : Cm = konsentrasi zat terlarut di aliran influen Cp = konsentrasi zat terlarut di aliran permeat. Semakin besar nilai R, maka proses pemisahan semakin baik, artinya permeat semakin murni (Firzatulloh, dkk, 2015). Efisiensi penyisihan membran RO yang tinggi menyebabkan terjadinya penyisihan mineral-mineral alami pada air baku. Mineral-mineral alami ini tidak hanya memberikan rasa yang enak pada air tetapi juga membantu fungsi vital sistem tubuh. Air minum akan kurang sehat bagi tubuh apabila kurang mengandung mineral-mineral ini (Firzatulloh, dkk, 2015).
2.4
Kelebihan dan Kekurangan Reverse Osmosis Kelebihan dari reverse osmosis antara lain : a. Bisa mengurangi jumlah dari pengolahan kimia. b. Dapat mengurangi kandungan garam, karbonat, total hardness, sulfat, dan nitrat dari air umpan. Zat-zat yang tidak terlarut dalam air juga dipisahkan seperti koloid dan bakteri (Metcalf & Eddy, 2004 dalam Yusuf, 2011). Kekurangan dari reverse osmosis antara lain : a.
Sering terjadi penyumbatan (fouling/clogging) karena bahan-bahan tertentu pada permukaan membran seperti membran berkerak karena pengendapan garam terlarut
dalam air karena konsentrasi air cukup pekat dan batas kelarutan terlampaui. Kerak dapat berupa kalsium karbonat atau sulfat, silika dan kalsium klorida (Misran, 2002 dalam Yusuf, 2011). b.
Perawatannya lebih mahal dibandingkan dengan pengolahan secara konvensional (Metcalf & Eddy, 2004 dalam Yusuf, 2011).
2.5
Aplikasi Penggunaan Reverse Osmosis Berapa aplikasi penggunaan reverse osmosis dalam industri : a. Desalinasi air payau (brackish) dan air laut (sea water). b. Demineralisasi untuk air umpan boiler (Boiler Feed Water/BFW) c. Pemisahan protein dari whey. d. Treatment khusus untuk industri kimia, makanan, tekstil dan kertas. e. Pervaporasi, misalnya permisahan alkohol-air (Firzatulloh, dkk, 2015).
BAB 3 METODOLOGI PERCOBAAN
3.1
3.2
Alat yang digunakan.
Alat reverse osmosis.
pH meter.
Turbidity meter.
TDS meter.
Konduktometer.
Bahan Yang digunakan sebagai air umpan adalah air keran.
3.3
Flowchart Percobaan Preparasi Alat dan Bahan yang dgunakan.
Buka semua kran di aliran efluen
Nyalakan mesin Reverse Osmosis
Atur tekanan operasi pada skala antara 13 Bar
Pengambilan data DHL, TDS, Kekeruhan, pH dan volume air pada permeat dan konsentrat setiap 15 menit.
Analisis data.
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1
HASIL PERCOBAAN
4.1.1 Grafik Hubungan antara TDS vs Waktu pada permeat dan konsentrat
350
TDS (mg/L)
300 250 200 150 100
50 0 0
20
40
60
80
100
120
Waktu (menit) Permeat
Konsentrat
Gambar 4.1 Grafik hubungan antara TDS vs Waktu pada permeat dan konsentrat
4.1.2 Grafik Hubungan antara DHL vs Waktu pada permeat dan konsentrat
700
DHL (µS/cm)
600 500 400
300 200 100 0 0
20
40
60
80
100
120
Waktu (menit) Permeat
Konsentrat
Gambar 4.2 Grafik hubungan antara DHL vs Waktu pada permeat dan konsentrat
4.1.3 Grafik Hubungan antara Kekeruhan vs Waktu pada permeat dan konsentrat
Kekeruhan (NTU)
2.5 2
1.5 1 0.5 0 0
20
40
60
80
100
120
Waktu (menit) Permeat
Konsentrat
Gambar 4.3 Grafik hubungan antara kekeruhan vs Waktu pada permeat dan konsentrat
4.1.4 Grafik Hubungan antara pH vs Waktu pada permeat dan konsentrat
9 8 7
pH
6 5 4 3 2 1 0 0
20
40
60
80
100
120
Waktu (menit) Permeat
Konsentrat
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara pH vs Waktu pada permeat dan konsentrat
4.2
PEMBAHASAN
BAB 5 SIMPULAN
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
1.
Data Pengamatan Air Umpan -
Laju alir = Konsentrasi
777.75
mL/menit
TDS
=
226.00
mg/L
DHL
=
407.00
µS/cm
-
pH
=
7.28
-
Kekeruhan =
2.01
NTU
Tabel 1.1 Data Pengamatan Praktikum Aliran Waktu
Permeat
(menit)
TDS
DHL
pH
(mg/L)
(µS/cm)
Tekanan
Konsentrat
Kekeruhan
Laju Alir
TDS
DHL
(NTU)
(mL/menit)
(mg/L)
(µS/cm)
pH
Kekeruhan
Laju Alir
Operasi
(NTU)
(mL/menit)
(psi)
7
24.60 6.36
2.02
4.60
0.484
564.6 6.70
1.50
8.33
100
15
0
20.55 6.29
1.76
4.63
0.490
576.5 6.83
1.49
8.00
100
30
0
20.70 6.39
1.53
4.86
0.478
603.0 6.83
1.60
8.73
100
45
0
23.00 6.51
1.57
4.67
0.498
586.5 7.60
1.69
8.06
100
60
0
23.00 6.76
1.81
4.56
0.443
599.0 7.65
1.49
7.60
100
75
0
21.35 6.24
2.01
4.70
0.425
521.0 6.62
1.97
8.20
100
90
0
18.55 6.06
1.50
5.40
0.476
582.0 6.63
1.97
8.90
100
105
0
21.10 6.18
1.17
4.93
0.474
581.5 6.94
1.99
7.50
100
0 (+30 s)
2.
Pengolahan Data Koefisien Rejection (%R) Rumus : -
%R =
𝐶𝑚−𝐶𝑝 𝐶𝑚
x 100%
Pada t = 0 (+30 detik pertama) %R
=
226−7 226
x 100%
=
96.9%
-
%R
= =
-
= =
226
-
x 100%
%R
100% 226−0 226
=
-
=
226
-
=
226−0 226
226
x 100%
100% 226−0 226
x 100%
100%
Pada t = 105 menit %R
100%
= =
Pada t = 60 menit %R
= =
x 100%
226−0
Pada t = 90 menit %R
100% 226−0
= =
x 100%
100%
Pada t = 75 menit
Pada t = 45 menit %R
-
226−0
Pada t = 30 menit %R
-
=
Pada t = 15 menit
226−0 226
x 100%
100%
x 100%
Tabel 1.2 Koefisien Rejection (%R) setiap waktu Waktu (menit) 0 (+30 detik pertama) 15
TDS di Permeat (mg/L)
30
0
100%
45
0
100%
60
0
100%
75
0
100%
90
0
100%
105
0
100%
7
Koefisien Rejection (%R) 96.9% 100%
