METODE FILTRASI AIR MENGGUNAKAN MEMBRAN MICROFILTRASI

Seminar Nasional Sains dan Teknologi (Senastek),Denpasar Bali 2016

METODE FILTRASI AIR MENGGUNAKAN MEMBRANMICROFILTRASI BERBASIS HIBRID KOMPOSIT MATERIAL

A.A.I.A.S.Komaladewi,IGA Kade Suriadi,IK Adi AtmikaTeknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana

email : [email protected]

Abstrak

Berangkat dari upaya untuk memperbaiki kualitas air baku dengan penggunaan bahan alami yang palingmemungkinkan untuk dikembangkan lebih lanjut adalah biji kelor dan karbon aktif tempurung kelapa. Hibridisasidari kedua bahan penguat tersebut dikembangkan dalam penelitian ini, dengan pengikat menggunakan Poly(vinyl)alcohol (PVA). Tujuan hibridisasi material ini adalah didasarkan pada kemampuan masing - masing bahanterhadap senyawa negatif di air sehingga diperoleh filter berupa membran yang memiliki multifungsi dalam sparasidan adsorpsi.Dalam penelitian ini, keberadaan alat uji adalah salah satu komponen penting dalam hal pengujian kelayakan darimembran komposit yang dirancang terkait dengan perbaikan kualitas air hingga layak untuk dikonsumsi. Prototipesistem instalasi aliran air dengan skala laboratorium di rancang dan diproduksi dengan menggunakan metodeexperimen. Selanjutnya untuk membran mikrofiltrasi berbasis hibrid komposit dirancang diproduksi menggunakanrasio variasi fraksi berat (%wt) antara penguat dan pengikat yaitu 60:40 %wt. Hasil dari pengujian membranadalah berupa kelayakan kinerja alat uji dan membran baik secara fisis maupun mekanis.Dari hasil uji kekeruhansampel no 2 menunjukkan penurunan kekeruhan sebesar 28.89 NTU, turun 15 % terhadap control dengan nilairata-rata 34.108 NTU. Penggunaan sampel 1, 2, dan 3 selama 2 jam dapat mengurangi bakteri E. Coli dalam air,namun cenderung meningkatkan jumlah bakteri Coliform dalam air.

Kata kunci : Filtrasi Air, Membran Mikrofiltrasi, Hibridisasi, Komposit, Biji kelor, Karbon aktif.

Abstract

Aim from efforts to improve the quality of raw water with the use of natural ingredients that are mostlikely to be developed further is moringa seeds and coconut shell activated carbon. Hybridization of both thereinforcing material was developed in this study, with the polymer using Poly (vinyl) alcohol (PVA). Interesthybridization of this material is based on the ability of each ingredient against negative compounds in the water thatis obtained in the form of a membrane filter which are multifunctional in sparasi and adsorption. In this study, thepresence of the test equipment is one important component in terms of testing the feasibility of a compositemembrane that is designed to improve water quality associated with its suitable for consumption. The prototypesystem with the installation of water flow in the laboratory scale is designed and manufactured using theexperimental method. Furthermore, for the microfiltration membrane-based hybrid composites designedmanufactured using variations of the ratio of the weight fraction (wt%) between the reinforced and the polymer is60:40 wt%. The results of testing the membrane is in the form of feasibility and membrane performance test toolsboth physically and mechanicallyFrom the test results of the turbidity of the sample No. 2 showed a decrease of 28.89 NTU turbidity, down 15%against the control with the average value of 34 108 NTU. The use of samples 1, 2, and 3 for 2 hours to reducebacteria E. Coli in water, but tend to increase the number of coliform bacteria in the water.

Keywords: Water Filtration, Microfiltration Membranes, hybridization, Composite, moringa seeds, ActivatedCarbon

1.PENDAHULUANAir merupakan sumber kehidupan pokok mahluk hidup. Air sesuai Undang-Undang nomor 7

Tahun 2004 tentang Sumber Daya Air pada Pasal 5 [1]dan Keputusan Menteri Kesehatan RepublikIndonesia No. 907/Menkes/SK/VII/2002 akan dapat dikonsumsi apabila memenuhi 4 syarat yaitu syarat


fisik, kimia, biologis, radioaktif [2]. Permasalahan menurunnya kualitas dan kuantitas air yang disebabkanoleh pencemaran yang tinggi telah meresahkan. Sehingga mendorong peneliti untuk terus berupayamemperbaiki kualitas air, yang salah satunya adalah dengan penyaringan (Filtrasi).

Penyaringan adalah salah satu pendekatan yang dapat dilakukan untuk mengurangi atau memperbaikikualitas air. Sejak dua puluh tahun terakhir teknologi penyaringan air telah berkembang dengan pesatyaitu digunakannya penyaringan membran. Jenis penyaring membran cukup menguntungkan dari segiteknis, fisis maupun ekonomi. Akan tetapi hasil yang dicapai belum menggembirakan, karena sifatpenyaringannya masih parsial. Jenis membran menurut tingkat filtrasinya dibedakan menjadi membranmicrofiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) dan reversible osmosis (RO) [3]. Membrantype MF menjadi yang paling banyak digunakan karena merupakan modifikasi pengolahan secarakonvensional (Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi) dengan membran.

Berangkat dari isu lingkungan dan pemanfaatan sumber daya alam (SDA) sebagai materialbaru, motode hibridisasi merupakan metode yang efektif digunakan untuk pembuatan membrandengan bahan baku alam yang ramah lingkungan[4]. Dalam penelitian ini ditawarkan dua jenisbahan baku penguat dalam bentuk partikel yaitu karbon aktif tempurung kelapa dan biji kelor (moringaoleifera) dan diikat dengan menggunakan poly(vinyl alcohol) (PVA) sebagai sebuah membran hibridkomposit. Pemanfaatan biji kelor sebagai penjernih air telah diteliti oleh [5-10]. Sedangkan penelitianuntuk perbaikan kualitas air dengan mengunakan karbon aktif banyak dilakukan. Pemanfaatan PVAsebagai polimer biokompatibel dan biodegradable yang ramah lingkungan sehingga dapat dikombinasikandengan polimer lain untuk membentuk material membran telah banyak diteliti. Hibridisasi dari keduabahan penguat tersebut dikembangkan dalam penelitian ini, dengan pengikat adalah juga hibridisasiantara polymer plastik yaitu Poly(vinyl) alcohol (PVA). Tujuan hibridisasi material ini adalah didasarkanpada kemampuan masing - masing bahan terhadap senyawa negatif di air maupun organisme, sehinggadiperoleh filter berupa membran yang memiliki multifungsi dalam sparasi dan adsorpsi.

Dalam penelitian ini, keberadaan alat uji adalah salah satu komponen penting dalam hal pengujiankelayakan dari membran komposit yang dirancang terkait dengan perbaikan kualitas air hingga layakuntuk dikonsumsi. Prototipe sistem instalasi aliran air dengan skala laboratorium di rancang dandiproduksi dengan menggunakan metode experimen. Selanjutnya untuk membran microfiltrasi berbasishibrid komposit dirancang diproduksi menggunakan rasio variasi fraksi berat (%wt) antara penguat danpengikat yaitu 60:40 %wt. Hasil dari pengujian membran adalah berupa kelayakan kinerja alat uji danmembran secara fisis

2. METODOLOGIKegiatan penelitian secara umum adalah dikelompokkan menjadi tiga tahapan yaitu tahap

perancangan alat uji, tahap kedua adalah tahap pembentukan membran dan tahap ketiga adalah pengujianmembran dengan menggunakan peratan uji hasil rancangan tahap pertama.a. Tahap perancangan alat uji

Tahap ini adalah tahap pembuatan alat uji yang dipergunakan untuk menguji membran dengan aliranbertekanan dan adsorpsi. Adapun kegiatan yang dilakukan pada tahap perancangan meliputi:

pengambaran skematik alat uji, penentuan dimensi dan geometri, penentuan alat kontrol aliran, pembuatan bak penampung air.

b. Tahap pembentukan membranTahap ini adalah tahap perancangan membran dengan menggunakan metode hibridisasi antara

partikel carbon aktif tempurung kelapa dan biji kelor (moringa oleifera). Pembentukan membran adalahdidasarkan pada rasio fraksi berat 60:40%wt, dengan masing-masing memiliki 3 (tiga) variasi. Adapununtuk komposisi membran adalah seperti ditunjukkan pada Tabel 1 Proses produksi membran dilakukanmelalui proses casting pada suhu kamar yaitu sekitar 28oC. Adapun standar yang dipergunakan adalahASTM D882-10.


Tabel 1 Komposisi membran microfiltrasi hibrid komposit

Kelompok VariasiProsentase bahan (%wt)MO CA PVA

(60:40)%wt1 30 30 402 20 40 403 40 20 40

c. Tahap Pengujian membranPengujian adalah tahap untuk mengetahui kelayakan dari membran mikrofiltrasi berbasis hibrid

komposit dengan bahan penguat berupa parikel biji kelor dan karbon aktif tempurung kelapa padapengendalian kualitas air. Adapun kelayakan fungsi dari membran diuji terhadap sifat mekanis yaitutingkat adsorbsion membran. Pengujian fisis membran diuji tingkat kekeruhan danjumlah bakteri.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN3.1. Penggambaran desain alat uji

a. Desain alat uji b. alat uji

C Membran

Gambar1. Rancangan alat uji membran


3.2 Cara kerja alat uji membranCara kerja alat uji ini sederhana sehingga untuk menggunakan alat ini seseorang tidak

perlu mempunyai keahlian khusus. Tahap pertama potong membran yang telah jadi dengandiameter ±2 inchi kemudian letakkan membran pada sambungan pipa sekunder yang letakknyadi bawah stop kran lalu pasang penguncinya dan pastikan stop kran dalam keadaan tertutup.Hidupkan pompa dengan menekan tombol on. Selanjutnya pompa akan menyedot sampel airyang akan diuji yang berada di tempat penampungan dan selanjutnya akan dialirkan menuju pipapenampungan primer dengan posisi horizontal. Selanjutnya pipa primer akan mengalirkansampel air menjadi 3 saluran pipa sekunder dengan masing-masing membran didalamnya. Gayagravitasi akan membuat air memenuhi pipa sekunder sampai dengan stop kran. Buka stop krandengan perlahan-lahan kemudian air akan difiltrasi oleh membran dan menetes ke penampunganuntuk diuji kandungannya. Jaga agar tekanan di dalam pipa penampungan utama tidak melebihi1 bar karena ditakutkan akan merusak membran (robek). Apabila melebihi batas yang telahditentukan, maka putar stop kran ke posisi off dan kelebihan tekanan akan dikeluarkan melaluipressure realease. Apabila tekanan sudah mulai normal buka kembali stop kran. Hasil tetesanakan ditampung di masing-masing baker glass yang nantinya akan diuji kekeruhan dankandungan mikrobiologi di dalamnya.

3.3 Hasil Pengujian3.3.1 Uji kekeruhan

Gambar 2. Hasil uji kekeruhan

Dari gambar 2, sampel 2 menunjukkan nilai kekeruhan yang cenderung menurun yaitu sekitar28.89 NTU, turun 15 % terhadap control dengan nilai rata-rata 34.108 NTU. Hal ini sesuai denganpenelitian yang dilakukan oleh Jatindranat [11] bahwa komposisi fraksi wt% karbon aktif memberikandampak penurunan terhadap kekeruhan.


3.3.2 Uji mikrobiologi

Gambar 3. Hasil uji mikrobiologi

Pada gambar 3 menunjukkan penggunaan sampel 1, 2, dan 3 selama 2 jam dapat

mengurangi bakteri E. Coli dalam air [12], namun cenderung meningkatkan jumlah bakteri

Coliform dalam air. Hal ini mungkin disebabkan pada waktu proses pengeringan membran yang

terkontaminasi dengan udara terbuka atau botol penyimpanan air sampel dan alat uji kurang

steril.

4.Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan meliputi:

Alat uji dapat bekerja dengan baik untuk memfiltrasi air baku.

Perlakuan membran dengan menggunakan alat uji yang dibuat memberi dampak terhadap

kualitas air baku diantaranya nilai kekeruhan. Pada sampel 2 dengan 40% karbon aktif

mampu menurunkan 15% kekeruhan terhadap control.

Pada sampel 1, 2, dan 3 menunjukkan kemampuan menurunkan jumlah bakteri E. Coli

namun cenderung meningkatkan kadar Coliform dalam air

DAFTAR PUSTAKA

[1] S. Subekti, (2012), "Studi identifikasi kebutuhan dan potensi air baku air minumkabupaten pasuruan," Momentum vol. 8, No. 2, No, pp. 43- 51.

[2] MENTERI KESEHATAN REPUBLIK INDONESIA, (2002), Keputusan MenteriKesehatan Republik Indonesia, No. 907/MENKES/SK/VII/2002 "Syarat-syarat danpengawasan kualitas air minum".


[3] Bahareh Asadollahi Esfahani, Banafsheh Asadollahi Esfahani, Mina Shams Koupaei, andS.Z. Ghasemi., (2014), "Industrial waste water treatment by membrane systems," IndianJournal of Fundamental and Applied Life Sciences vol. 4 No, pp. 1168-1177.

[4] C. Stoquart, P. Servais, P.R. Bérubé, and B. Barbeau, (2012), "Hybrid membraneprocesses using activated carbon treatment for drinking water: A review," Journal ofMembrane Science, vol. 411-412, No, pp. 1-12.

[5] Eman N. Ali, Suleyman A. Muyibi, Hamzah M. Salleh, Mohd Ramlan M. Salleh, anda.M.Z. Alam., (2009) "Moringa oleifera seeds as natural coagulant for water treatment,"Thirteenth International Water Technology Conference, IWTC 13 Hurghada, Egypt, pp.163-168.

[6] Emelie Arnoldsson, Maria Bergman, Nelson Matsinhe, and a.K.M. Persson., (2008),"Assessment of drinking water treatment using moringa oleifera natural coagulant,"VATTEN, vol. 64, No, pp. 137-150.

[7] J. Sánchez-Martín, (2010), "Surfactant-polluted surface water treatment with moringaoleifera seed extract," Water Practice and Technology, vol. 5, No 1, pp. 1-10.

[8] I.r. Yuliastari, (2010), "Penggunaan serbuk biji kelor (moringa oleifera) sebagai koagulandan flokulan dalam perbaikan kualitas air limbah dan air tanah.," Starata S1, Programstudi Kimia, Fakultas sain dan Teknologi, Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah,Jakarta.

[9] Tambak Manurung, Yusriani Sapta Dewi, and B. J.Lekatompessy, ( 2012), "Efektivitasbiji kelor (moringa oleifera) pada pengolahan air sumur tercemar limbah domestik,"Jurnal Ilmiah Fakultas Teknik LIMIT’S, vol. 8 Nomor 1 No, pp. 37 - 46.

[10] Syahru Ramadhani, Alexander Tunggul Sutanhaji, and d.B.R. Widiatmono, ( 2013),"Perbandingan efektivitas tepung biji kelor (moringa oleifera lamk), poly aluminiumchloride (pac), dan tawas sebagai koagulan untuk air jernih," Jurnal Keteknikan PertanianTropis dan Biosistem, vol. Vol. 1 No. 3, No, pp. 186-193.

[11] Gilar S. Pambayun, Remigius Y.E. Yulianto, M. Rachimoellah, and E.M.M. Putri.,(2013), "Pembuatan karbon aktif dari arang tempurung kelapa dengan aktivator zncl2 danna2co3 sebagai adsorben untuk mengurangi kadar fenol dalam air limbah," JURNALTEKNIK POMITS, vol. 2, No. 1, No, pp. 116-120.

[12] Frischa Marcheliana Wachid and Darminto., (2012), "Analisis fasa karbon pada prosespemanasan tempurung kelapa," JURNAL TEKNIK POMITS, vol. 1, No. 1, No, pp. 1-4.

Gambar 1. Hasil Uji Kekeruhan

Seminar Nasional Sains dan Teknologi (SENASTEK-2016), Kuta, Bali, INDONESIA, 15 -16 Desember 2016

METODE FILTRASI AIR MENGGUNAKAN MEMBRAN

MICROFILTRASI BERBASIS HIBRID KOMPOSIT

MATERIAL

METODE PENELITIAN

KESIMPULAN Perlakuan membran dengan menggunakan alat uji yang dibuat

memberi dampak terhadap kualitas air baku diantaranya nilai

kekeruhan. Pada sampel 2 dengan 40% karbon aktif mampu

menurunkan 15% kekeruhan terhadap control.

Pada sampel 1, 2, dan 3 menunjukkan kemampuan

menurunkan jumlah bakteri E. Coli namun cenderung

meningkatkan kadar Coliform dalam air.

DAFTAR PUSTAKA

UCAPAN TERIMA KASIHKepada Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Udayana dan LPPM Unud yang memberi bantuan

baik dana maupun fasilitas.

PENDAHULUANAir merupakan sumber kehidupan pokok mahluk hidup. Air sesuai

Undang-Undang nomor 7 Tahun 2004 tentang Sumber Daya Air

pada Pasal 5 [1]dan Keputusan Menteri Kesehatan Republik

Indonesia No. 907/Menkes/SK/VII/2002 akan dapat dikonsumsi

apabila memenuhi 4 syarat yaitu syarat fisik, kimia, biologis,

radioaktif [2]. Permasalahan menurunnya kualitas dan kuantitas air

yang disebabkan oleh pencemaran yang tinggi telah meresahkan.

Sehingga mendorong peneliti untuk terus berupaya memperbaiki

kualitas air, yang salah satunya adalah dengan penyaringan

(Filtrasi).

Penyaringan adalah salah satu pendekatan yang dapat dilakukan

untuk mengurangi atau memperbaiki kualitas air. Sejak dua puluh

tahun terakhir teknologi penyaringan air telah berkembang dengan

pesat yaitu digunakannya penyaringan membran. Jenis penyaring

membran cukup menguntung dari segi teknis, fisis maupun

ekonomi. Akan tetapi hasil yang dicapai belum menggembirakan,

karena sifat penyaringannya masih parsial. Jenis membran menurut

tingkat filtrasinya dibedakan menjadi membran microfiltration (MF),

ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF) dan reversible osmosis (RO)

[3]. Membran type MF menjadi yang paling banyak digunakan

karena merupakan modifikasi pengolahan secara konvensional

(Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi) dengan membran. Berangkat dari

isu lingkungan dan pemanfaatan sumber daya alam (SDA) sebagai

material baru, motode hibridisasi merupakan metode yang efektif

digunakan untuk pembuatan membran dengan bahan baku alam

yang ramah lingkungan[4]. Dalam penelitian ini ditawarkan dua jenis

bahan baku penguat dalam bentuk partikel yaitu karbon aktif

tempurung kelapa dan biji kelor (moringa oleifera) dan diikat dengan

menggunakan poly(vinyl alcohol) (PVA) sebagai sebuah membran

hibrid komposit.

.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar 2 Hasil Uji Mikrobiologi

Sampel 2 menunjukkan nilai kekeruhan yang cenderung

menurun yaitu sekitar 28.89 NTU, turun 15 % terhadap control

dengan nilai rata-rata 34.108 NTU. Komposisi fraksi wt% karbon

aktif memberikan dampak penurunan terhadap kekeruhan.

Sampel 1, 2, dan 3 selama 2 jam dapat mengurangi bakteri E.

Coli dalam air, namun cenderung meningkatkan jumlah bakteri

Coliform dalam air. Hal ini mungkin disebabkan pada waktu

proses pengeringan membran yang terkontaminasi dengan

udara terbuka atau botol penyimpanan air sampel dan alat uji

kurang steril.

Penelitian ini menggunakan metode eksperimental untuk mendisain,

merancang sistem instalasi alat uji membran microfiltrasi (MF)

berbasis hybrid komposit. Sistem instalasi dirancang berdasarkan

pada skala laboratorium dengan menggunakan standar - standar

elemen mesin dan dinamika aliran fluida. Perancangan membran

dengan menggunakan metode hibridisasi antara partikel carbon aktif

tempurung kelapa dan biji kelor (moringa oleifera). Pembentukan

membran adalah didasarkan pada rasio fraksi berat 60:40%wt,

dengan masing-masing memiliki 3 (tiga) variasi. Proses produksi

membran dilakukan melalui proses casting pada suhu kamar yaitu

sekitar 28oC. Adapun standar yang dipergunakan adalah ASTM

D882-10. [1] S. Subekti, (2012), "Studi identifikasi kebutuhan dan potensi air baku air minum

kabupaten pasuruan," Momentum vol. 8, No. 2, No, pp. 43- 51.

[2] MENTERI KESEHATAN REPUBLIK INDONESIA, (2002), Keputusan Menteri

Kesehatan Republik Indonesia, No. 907/MENKES/SK/VII/2002 "Syarat-syarat dan

pengawasan kualitas air minum".

[3] Bahareh Asadollahi Esfahani, Banafsheh Asadollahi Esfahani, Mina Shams

Koupaei, and S.Z. Ghasemi., (2014), "Industrial waste water treatment by membrane

systems," Indian Journal of Fundamental and Applied Life Sciences vol. 4 No, pp. 1168-

1177.

[4] C. Stoquart, P. Servais, P.R. Bérubé, and B. Barbeau, (2012), "Hybrid membrane

processes using activated carbon treatment for drinking water: A review," Journal of

Membrane Science, vol. 411-412, No, pp. 1-12.

A.A.I.A.Sri Komaladewi(1) , IGAKade Suriadi (2), IK Adi Atmika(3)

Udayana1 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas, Kampus Bukt Jimbaran, Bali,

Telp.(0361) 703321

[email protected]

0

10

20

30

40

50

60

70

Sampel 1 Sampel 2 Sampel 3 Control (Air waduk)

UJI KEKERUHAN

1 2 3 S

a. Penuangan bahan membran b. Membran c. Alat uji membran

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 (control)

UJI MIKROBIOLOGI

Coliform E. Coli

Komala

Typewritten text

A.A.I.A SRI KOMALADEWI

Documents

METODE FILTRASI AIR MENGGUNAKAN MEMBRAN MICROFILTRASI