Pengolahan Limbah Cair Hotel Dengan Membran Ultrafiltrasi Aliran Cross Flow dan Pencucian Kimia Membran Miki Randi1), Syarfi Daud2), Ivnaini Andesgur2) 1)Mahasiswa Program Studi Teknik Lingkungan, 2)Dosen Teknik Lingkungan Laboratorium Pencegahan Pencemaran Lingkungan Program Studi Teknik Lingkungan S1, Fakultas Teknik, Universitas Riau Kampus Bina Widya Jl. HR. Soebrantas Km. 12,5 Simpang Baru, Panam, Pekanbaru 28293 Email: [email protected] ABSTRACT The construction of hotels is so rapid today will bring a significant effect on the environment. Ultrafiltration membrane is one of wastewater treatment technologies, but membranes have limitations such as the occurrence of the phenomenon of concentration polarization and fouling. The research objective of this study the effect of variations in transmembrane pressure against the rejection percentage BOD , 5 COD, TSS, and the effect of variations in transmembrane pressure, concentration of washing of the efficiency and effectiveness of washing the membrane. the concentration of the washing of the efficiency and effectiveness of washing the membrane. The process of ultrafiltration membranes and membrane chemical washing wastewater at the hotel do with variations in pressure of 0.5 bar , 1.5 bar , and 2.5 bar. Variation of chemical cleaning agent concentration of 1%, 1.5% and 2%, rinsing with distilled water for 30 minutes, for filtering wastewater hotel for 120 minutes, and washing using chemical cleaning agent (NaOH and Detergent) for 30 minutes. Results highest percentage of rejection was 83.1% for BOD , COD 5 parameter 69.6%, 66.7% TSS parameters in transmembrane pressure of 2.5 bar. The highest washing efficiency of the value of Flux Recovery (FR) gained 88.59%, and the value of resistance of Removal (RR) gained 95.00% in the washing detergent ingredients with a concentration of 2% in the transmembrane pressure of 2.5 bar. The highest leaching effectiveness obtained at 51.27% in the washing detergent ingredients with a concentration of 2% and a transmembrane pressure of 2.5 bar. Ultrafiltration membrane performance seen from the flux and rejection fit for use. Keywords: Ultrafiltration membrane, Fouling, Transmembrane Pressure, Efficiency of Washing, Effectiveness of Washing Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 1 PENDAHULUAN Pembangunan hotel yang menimbulkan dampak yang negatif begitu pesat saat ini akan membawa terhadap lingkungan sehingga dapat pengaruh dan berdampak signifikan disebut sebagai clean technology, terhadap lingkungan, akibat air limbah salah satu membran yang dapat yang dihasilkan. Limbah cair hotel digunakan adalah membran yang dibuang sembarangan dapat ultrafiltrasi, tetapi kendala yang merusak lingkungan [Elystia dkk, dihadapi oleh teknologi membran 2012]. adalah fouling [Syarfi dan Khairat, Karakteristik limbah cair hotel 2013]. mengandung BOD 69,69 mg/l, COD Fouling dapat dihilangkan 137,28 mg/l, dan TSS 125 mg/l. dengan tindakan pencucian Parameter ini dapat mereduksi menggunakan chemical agent cleaning kandungan oksigen di dalam air seperti detergen dan NaOH. Detergen sehingga kadar oksigen terlarut dalam adalah pembersih sintetis campuran air turun dan dapat mengakibatkan berbagai bahan, seperti surfaktan yang kematian biota air seperti ikan, selain merupakan zat aktif permukaan yang itu juga dapat membahayakan mempunyai ujung berbeda yaitu kesehatan manusia, salah satu hidrofil (suka air) dan hidrofob (suka teknologi alternatif pemisahan air lemak). NaOH sangat tepat sebagai zat adalah teknologi membran [Helard dan pembersih untuk silika, koloid Amelia, 2010]. anorganic dan foulant dari material Teknologi membran mampu organik atau biologi [Scott, 1995]. memisahkan komponen partikel secara spesifik, dapat beroperasi pada suhu METODOLOGI rendah, kontinu, hemat energi, Alat dan Bahan prosesnya tidak destruktif terhadap Alat yang digunakan unit zat-zat yang dipisahkan dan tidak membran ultrafiltrasi dengan modul Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 2 Polysulfone, pompa jenis diafragma, selama 30 menit dengan sistem current timbangan analitik, stopwatch, gelas flow dan dicatat tiap 5 menit dengan ukur 100 ml dan 1000 ml, beaker tekanan operasi 0,5 bar untuk glass. Bahan yaitu limbah cair hotel mendapatkan nilai Jwi (permeat hasil 1 (sampel di ambil dari salah satu hotel pengukuran aquades sebagai flushing) . di Pekanbaru), bahan kimia NaOH dan Prosedur diteruskan dengan deterjen sebagai chemical cleaning melakukan pengukuran volume agent, aquades sebagai bahan permeat dari umpan air limbah hotel pembilas. selama 120 menit dengan pengambilan Variabel Penelitian jumlah permeat tiap 5 menit dengan Variabel Tetap tekanan operasi sesuai dengan tekanan operasi dengan umpan aquades untuk Waktu pembilasan dengan mendapatkan nilai Jf (permeat hasil aquades selama 30 menit, waktu 1 pengukuran limbah cair hotel sebelum penyaringan limbah hotel selama 120 pencucian), dan hasil penyaringan ini menit, pencucian dengan bahan kimia diambil sampelnya untuk dianalisa selama 30 menit. parameter BOD COD, dan TSS. Variabel Beruba 5, Dilanjutkan flushing selama 30 a. Tekanan transmembran yang menit dengan aquades dengan tekanan digunakan (0,5 bar, 1,5 bar, dan operasi yang sama dan mencatat 2,5 bar). volume permeat tiap 5 menit untuk b. Konsentrasi bahan kimia untukk mendapatkan nilai Jww (permeat hasil pencucian membran (1%, 1,5%, 1 pengukuran aquades sebagai flushing) dan 2%). . Langkah selanjutnya adalah Parameter melakukan prosedur pencucian BOD COD, dan TSS. 5, menggunakan cairan pencuci NaOH Prosedur Penelitian dengan konsentrasi 1 % dengan Prosedur pertama dilakukan menggunakan rangkaian counter flow pengukuran volume permeat aquades selama 30 menit dan mencatat jumlah Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 3 volume permeat tiap 5 menit dengan dengan penyaringan limbah hotel tekanan operasi 0,5 bar untuk selama 120 menit untuk mendapatkan mendapatkan nilai Jcc (pengukuran nilai Jf’ (permeat hasil pengukuran 1 1 pemakaian NaOH) Langkah limbah cair hotel setelah pencucian). . selanjutnya flushing dengan aquades Prosedur berikutnya sesuai dengan aliran current flow selama 30 menit tekanan transmembran dan konsentrasi dan mencatat volume permeatnya tiap bahan pencuci. Prosedur penelitian 5 menit untuk mendapatkan nilai Jwc secara umum dapat dilihat pada 1 (pengukuran pemakaian aquades Gambar 1. sebagai flushing). Prosedur diakhiri Persiapan Penelitian *Pengambilan aquades *Pengambilan limbah cair hotel *Pembuatan larutan pencucian NaOH dan Deterjen (1%,1,5%,2%) *Perangkaian sistem membran ultrafiltrasi Step 1. Pengukuran permeat 1 (Aquades) sebagai flushing *Aliran : Current Flow Didapat Jwi *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar *Waktu : masing-masing 30 menit *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Step 2. Pengukuran permeat 2 (Air limbah cair hotel) Didapat *Aliran : Current Flow Jf dan Analisa *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar Parameter BOD, *Waktu : masing-masing 120 menit COD, dan TSS *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Step 3. Pengukuran permeat 3 (Aquades) sebagai flushing *Aliran : Current Flow Didapat *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar Jww *Waktu : masing-masing 30 menit *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Step 4. Pengukuran pemakaian NaOH dan Deterjen dengan 1%, 1,5%, dan 2% *Aliran : Counter Flow Didapat *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar Jcc *Waktu : masing-masing 30 menit *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Step 5. Pengukuran permeat 4 (Aquades) sebagai flushing *Aliran : Current Flow *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar Didapat *Waktu : masing-masing 30 menit Jwc *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Step 6. Pengukuran permeat 5 (Air limbah hotel) Didapat *Aliran : Current Flow *Tekanan Operasi : 0,5, 1,5, dan 2,5 bar Jf’ *Waktu : masing-masing 120 menit *Pengambilan data volume permeat : tiap 5 menit Selesai Gambar 1. Prosedur Penelitian Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 4 HASIL DAN PEMBAHASAN organik untuk menembus membran Hasil Analisa Sebelum dan Sesudah bersama air, sehingga kadar BOD5, Perlakuan dengan Membran COD, dan TSS pada permeat semakin Ultrafiltrasi Parameter BOD , COD, 5 dan TSS berkurang dan pada akhirnya meningkatkan persen rejeksi terhadap Gambar 2 memerihatkan komponen organik dan partikel- persentase rejeksi BOD pada tekanan 5 partikel tersuspensi tersebut. . transmembran 0,5 bar sebesar 76,0%, Penurunan nilai konsentrasi pada tekanan transmembran 1,5 bar setelah dilakukan pengolahan sebesar 78,7%, dan pada tekanan berbanding lurus dengan tekanan transmembran 2,5 bar sebesar 83,1%. transmembran yang digunakan. Gambar 2 terlihhat tren kenaikan Berdasarkan Aufiyah dan Damayanti persentase rejeksi juga terjadi untuk [2013] menyampaikan bahwa nilai parameter COD dan TSS. Gambar 2 konsentrasi tersebut terus turun seiring memperlihatkan perolehan persentase dengan bertambahnya tekanan rejeksi semakin tinggi ketika tekanan transmembran pengoperasian. transmembran dinaikkan. Menurut Kecilnya nilai konsentrasi pada Janeta dan Purnomo [2011], hal ini tekanan transmembran yang rendah disebabkan karena semakin besar dikarenakan membran masih bersih tekanan yang diberikan maka dan belum dikotori oleh zat-zat yang kecepatan air untuk melalui membran terkandung dalam limbah hotel. Ketika juga semakin cepat, dimana komponen permukaan membran sudah terkotori organik yang memiliki berat molekul pori membran akibat tekanan yang lebih besar dari pada pori membran lebih besar, maka akan akan tertahan sehingga akan terkompaksinya foulat-foulant pada membentuk lapisan cake pada pori membran dan pada akhirnya permukaan membran, dimana akan menyempit dan semakin lama akan menutupi pori-pori membran. Hal ini membentuk cake, ketika terbentuk membuat semakin sulitnya komponen cake maka zat terlarut juga akan Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 5 tertahan yang menyebabkan nilai menghasilkan konsentrasi yang lebih konsentrasi pada tekanan kecil. transmembran yang lebih besar akan Gambar 2. Hubungan % Rejeksi Terhadap Tekanan Transmembran semakin tinggi tekanan, semakin cepat Pengaruh Tekanan Transmembran air limbah hotel mengalir melewati Terhadap Fluks Permeat membran ultrafiltrasi. Sedangkan nilai Gambar 3 menunjukkan fluks yang dihasilkan cenderung turun terjadinya perbedaan fluks yang terhadap waktu [Mulder, 1996]. dihasilkan pada masing-masing Menit-menit awal, fluks tekanan transmembran. Tekanan permeat yang melewati membran transmembran 0,5 bar didapat fluks ultrafiltrasi lebih besar karena pada sebesar 12,81 ml/menit.cm2, tekanan permukaan membran belum transmembran 1,5 bar didapat fluks terakumulasi partikel-partikel yang sebesar 14,78 ml/menit.cm2, dan menempel pada permukaan dan tekanan transmembran 2,5 bar didapat didalam membran relatif kecil, fluks 18,72 ml/menit.cm2. Semakin sehingga aliran air limbah hotel yang besar tekanan transmembran, maka melalui membran belum mengalami makin tinggi nilai fluks. Nilai fluks hambatan berarti [Janeta dan Purnomo, berbanding lurus dengan tekanan 2011]. transmembran, hal ini disebabkan Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 6 Gambar 3. Pengaruh Tekanan Transmembran Terhadap Fluks Permeat Pengaruh Tekanan Transmembran pencuci sama, memperlihatkan bahwa dan Konsentrasi Bahan Kimia bahan pencuci deterjen lebih baik Terhadap Tingkat Efisiensi Pencucian dibandingkan dengan bahan pencuci NaOH. Syarfi dan Khairat [2013] Efisiensi pencucian menyimpulkan bahwa bahan pencuci diindikasikan oleh parameter Fluks deterjen terlihat lebih efisien dalam Recovery (FR) dan Resistant Removal peningkatan nilai persentase Fluks (RR). Kedua indikator ini oleh Recovery (FR) dibanding jika Kazemimoghadam dan Mohammadi menggunakan NaOH. Perbandingan [2006] telah dijadikan sebagai tolak antara NaOH dan deterjen dalam ukur guna melihat efisiensi pencucian. proses pencucian membran setelah Gambar 4 memperlihatkan terbentuknya fouling mengindikasikan nilai FR bahan pencuci NaOH bahwa NaOH adalah chemical tertinggi mencapai 76,35% dan cleaning agent yang lebih lemah Gambar 5 nilai FR untuk bahan dibandingkan dengan deterjen yang pencuci deterjen tertinggi mencapai mengandung larutan penstabil emulsi 88,59%. Kondisi tekanan yang disebut sebagai surfactant. transmembran dan konsentrasi bahan Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 7 Gambar 4. Grafik Nilai FR dengan Bahan Pencuci NaOH Gambar 5. Grafik Nilai FR dengan Bahan Pencuci Deterjen Gambar 6 dan Gambar 7 meningkatkan turbulensi aliran memperlihatkan tren naiknya nilai sehingga foulant yang terdeposisi pada persentase Resistan Removal (RR) permukaan atau pada pori membran didapat ketika konsentrasi bahan akan terangkat dan ikut kealiran pencuci dinaikkan dari 1%, 1,5%, pencuci. Sedangkan peningkan hingga 2%, serta tekanan konsentrasi akan mempercepat poroses transmembran dinaikkan dari 0,5 bar, pemutusan atau penghancuran foulant 1,5 bar, dan 2,5 bar. Tekanan dan sehingga foulant semakin mudah konsetrasi memberi pengaruh yang mengalir kealiran pencucian. Pengaruh besar terhadap nilai Resitant Removal tekanan dan konsentrasi dapat (RR) karena tekanan yang tinggi akan mereduksi tahanan yang ditimbulkan Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 8 selama proses berlangsung seperti pembentukan lapisan gel, polarisasi tahanan karena: adsorpsi foulant, konsentrasi, dan poreblocking. Gambar 6. Grafik Nilai RR dengan Bahan Kimia NaOH Gambar 7. Grafik Nilai RR dengan Bahan Kimia Deterjen Pengaruh Tekanan Transmembran mencapai 51,27%. Tren kenaikan dan Konsentrasi Bahan Kimia tingkat efektifitas pencucian Terhadap Tingkat Efektifitas Pencucian dipengaruhi oleh konsentrasi bahan pencuci dan tekanan transmembran. Gambar 8 terlihat bahwa Pengaruh tingkat konsentrasi bahan tingkat efektifitas pencucian tertinggi kimia pencuci yang lebih tinggi akan untuk bahan pencuci NaOH tertinggi memvariasikan nilai persentase mencapai 20,89%, dan Gambar 9 efektifitas pencucian ke arah yang dengan bahan pencuci deterjen terlihat lebih baik. Perubahan tekanan operasi tingkat efektifitas pencucian tertinggi Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 9 transmembran juga menghasilkan nilai membran. Sarah [2008], mempertegas persentase yang lebih tinggi. bahwa kemampuan deterjen sebagai Deterjen terlihat lebih baik bahan pencuci membran lebih baik, dibanding dengan bahan pencuci hal ini dikatakan Sarah [2008] karena NaOH, perbandingan bahan pencuci kandungan builder atau disebut juga deterjen dan NaOH yang sudah diteliti pembentuk didalam deterjen yang oleh Syarfi dan Khairat [2013], serta berfungsi meningkatkan efisiensi Syarfi dkk [2006], pengaruh pencucian dari deterjen dengan cara konsentrasi bahan pencuci dan tekanan menon-aktifkan mineral atau foulant transmembran terhadap pencucian penyebab fouling pada membran. Gambar 8. Grafik Nilai Efektifitas Pencucian dengan Bahan Kimia NaOH Gambar 9. Grafik Nilai Efektifitas Pencucian dengan Bahan Kimia Deterjen Jom FTEKNIK Vol 3 No.1 Februari 2016 10