Judul Tugas Akhir Pengolahan Limbah Laundry menggunakan...

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


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


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

)


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

)


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

(%

)


zeolit 3 gram

zeolit 6 gram


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

(%

)


zeolit 3

gram

zeolit 6

gram


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


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

(%

)


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

(%

)


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

(%

)


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.


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.


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

Judul Tugas Akhir Pengolahan Limbah Laundry menggunakan...

Documents

Transcript of Judul Tugas Akhir Pengolahan Limbah Laundry menggunakan...