56
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
3.1. Lokasi dan Waktu
Penelitian dilakukan di Laboratorium Bioproses Engineering Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS Medan. Jalan Brigjend Katamso No. 51 Kp, Baru Medan.
Waktu penelitian selama 9 bulan mulai November 2007 sampai Agustus 2008.
3.2. Bahan dan Metoda
3.2.1. Bahan dan Alat A. Bahan
Bahan baku yang digunakan sebagai umpan adalah limbah cair dari deoiling ponds pabrik kelapa sawit Adolina Perbaungan, Medan. Sedangkan untuk
keperluan analisis digunakan bahan-bahan sebagai berikut : 1. Larutan K
2
Cr
2
O
7
2. Larutan asam sulfat-perak sulfat 3.Indikator feroin
4. Larutan FeSO
4
5. kain kassa ukuran 75 -100 m B. Alat
57
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
1 set pilot plant membran mikrofiltrasi keramik
Keterangan gambar : RV = Regulator valve P = Pressure gauge
Gambar 10. Rangkaian Peralatan Membran Mikrofiltrasi Keramik
58
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
Gambar 11. Membran Mikrofiltrasi Keramik
3.2.2. Metoda
59
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
A. Kerja Teoritik Kerja teoritik meliputi penyusunan model yang diperoleh dari data
yang dilakukan di laboratorium Bioproses Engineering Pusat Penelitian Kelapa Sawit PPKS Medan. Jalan Brigjend Katamso No. 51 Kp, Baru Medan. Penyusunan model
pada penelitian ini, yaitu : 1. Model Untuk Memperkirakan Fluks Permeat
Model tersebut dijelaskan pada bab II pada persamaan 2.3 yang ditulis :
r
2
∆P J =
8 ∆X
Dimana : J = fluks fluida yang melalui membran LMH
r = jari-jari saluran atau pori m
∆P = Beda tekanan, Trans Membrane Pressure bar = viskositas cairan pa,S
= tortuosity
∆X = tebal membran m = porositas permukaan membran
Bebapa asumsi digunakan untuk menurunkan model pada Persamaan 2.3. tersebut,
yaitu :
60
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
a Aliran yang melalui pori adalah Laminar yang mempunyai Bilangan Reynolds kurang dari 1800
b Densitas konstan atau cairan bersifat incompressible c Aliran tidak bergantung pada waktu dalam keadaan tunak
d Fluida termasuk fluida Newtonian yang tidak tergantung pada waktu
2. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah Model ini diperoleh dari persamaan yang diperoleh langsung dari grafik
hubungan COD terhadap waktu operasi. Persamaan tersebut dapat digunakan untuk memprediksi nilai COD pada berbagai waktu.
Disamping itu ada 2 perhitungan yang dilakukan dalam penelitian ini, yaitu : 1. Menghitung Konstanta Pembentukan Cake
Konstanta pembentukan cake merupakan parameter untuk memperkirakan fenomena fouling pada membran. Fouling adalah terjadinya deposisi partikel akibat
pengoperasian membran. Fouling meliputi penyumbatan pori, presipitasi pengendapan, dan pembentukan cake. Fouling merupakan faktor utama yang
menyebabkan keterbatasan penggunaan membran berpori. Fouling merupakan perubahan yang bersifat irreversibel yang disebabkan oleh interaksi secara fisik dan
kimia antara berbagai padatan terlarut dengan membran. Membran fouling diidentikkan dengan penurunan fluks permeat dan perubahan selektifitas pada
61
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
membran. Perubahan ini dapat berlangsung selama proses dan membutuhkan penanganan yang serius dan mahal termasuk penggantian membran Geankoplis,
1983. Pendekatan fouling yang digunakan pada penelitian ini yaitu model sederhana
dari model pembentukan cake, dimana tahanan cake mengendalikan fluks permeat. Persamaan tersebut dirumuskan Malleviele, 1996 :
J
2
J
2
= 3.1
1 + J
2
k’ t
Dimana : J
= Fluks akhir Lm
2
jam atau LMH J
= Fluks awal Lm
2
jam atau LMH k
’
= Konstanta pembentukan cake t =
Waktu jam
Linierisasi persamaan 1 di atas dapat digunakan untuk mencari nilai konstanta pembentukan cake, ditulis :
1 1 =
+
k
’
t
3.2 J
2
J
2
62
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
Harga k
’
diperoleh dari kemiringan garis slope pada pemetaan linier 1J
2
terhadap waktu t. Semakin besar nilai k
’
menunjukkan semakin cepat laju pembentukan cake pada permukaan membran. Nilai ini dapat dijadikan sebagai acuan
dalam menilai terjadinya fouling karena pembentukan cake merupakan kendali bagi terjadinya fouling pada membran Suprihanto notodarmojo, 2004.
Untuk menghilangkan fouling pada membran dilakukan back washing, yaitu pencucian membran dengan metoda aliran balik. Metode regenerasi membran dengan
pencucian balik back washing menggunakan air untuk mengangkat zat pengotor fouling yang terakumulasi dipermukaan membran Wenten, 2001. Dengan
perlakuan seperti disebut di atas diharapkan membran mikrofiltrasi yang digunakan untuk pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dapat dipertahankan kinerjanya
untuk proses pengoperasian yang relatif lama. Perlakuan penanganan fouling dilakukan dengan pengaturan tekanan, pencucian balik back washing dengan air
maupun pencucian dengan larutan asam jika produktivitas membran tidak dapat kembali seperti semula dengan pencucian balik. Bahan kimia yang digunakan adalah
asam klorida HCl untuk mengatasi fouling akibat garam mineral dan logam-logam GDP Filter, 2006.
2. Menghitung Selektifitas Membran Selektifitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran
menahan suatu spesi atau melewatkan suatu spesi tertentu lainnya. Selektivitas
63
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
membran tergantung pada interaksi antar muka dengan spesi yang akan melewatinya, ukuran spesi dan ukuran pori permukaan membran.Parameter yang digunakan untuk
menggambarkan selektivitas membran adalah koefisien rejeksi R. Koefisien rejeksi adalah fraksi konsentrasi zat terlarut yang tidak menembus membran dan dirumuskan
sebagai berikut Mulder,1996 :
C
p
R = 1 - x 100 3.3
C
f
Dimana : R = koefisien rejeksi C
p
= konsentrasi zat terlarut dalam permeat mgl C
f
= konsentrasi zat terlarut dalam umpan mgl
Dengan nilai R berkisar antara 0 sampai 1. Jika harga R = 0 berarti membran tidak mampu menahan zat kontaminan yang melewatinya, sedangkan jika harga R =1
berarti zat kontaminan ditahan sempurna oleh membran Suprihanto notodarmojo, 2004.
B. Pelaksanaan Percobaan Pelaksanaan percobaan adalah untuk mendapatkan data penguji keabsahan
model yang telah disusun. Data tersebut meliputi data hubungan fluks dengan beda
64
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
tekanan TMP, penentuan fluks optimum dengan berbagai parameter analisa, dan profil penentuan VCR.
Sistem operasi yang diterapkan pada penelitian adalah sistem operasi dengan mode looping. Pada mode ini retentat dan permeat yang telah dihasilkan dialirkan
kembali ke tangki umpan dengan tujuan untuk mempertahankan konsentrasi umpan agar proses berjalan dengan steady state.
Bahan baku yang telah disaring sebelumnya dengan menggunakan saringan kasar mesh 200 atau 75-100 m dimasukkan ke dalam tangki umpan. Umpan
dipompakan menggunakan pompa sentrifugal ke dalam modul membran mikrofiltrasi keramik. Umpan masuk dari sisi lumen membran dengan tekanan operasi yang
cukup. Permeat akan keluar dari permukaan luar membran sisi shell, sedangkan konsentrat retentat yang direjeksi oleh membran dikeluarkan melalui sisi lumen
bagian akhir atas. Konsentrat retentat dalam bentuk yang lebih pekat selanjutnya dikembalikan ke dalam tangki umpan untuk diproses lebih lanjut. Sirkulasi umpan
dapat dilakukan berulang kali sampai tingkat kepekatan atau kekentalan material di dalam tangki sesuai dengan yang diharapkan. Dengan konfigurasi dan kondisi operasi
yang telah ditentukan diharapkan dapat dihasilkan produk permeat dan retentat dengan kualitas yang memenuhi standar yang telah ditentukan.
Dalam kurun waktu tertentu, proses filtrasi mengakibatkan terjadinya deposisi partikel di atas permukaan membran yang mengakibatkan menurunnya produktifitas
membran. Apabila hal ini terjadi, maka membran mikrofiltrasi keramik perlu di-back
65
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
wash. Proses backwash dilakukan dengan cara mengalirkan air demin panas pada tangki backwash ke dalam unit membran dari sisi permeat shell side. Hal ini akan
mengakibatkan terjadinya aliran balik pada struktur pori-pori membran. Aliran balik ini diharapkan mampu menyeret partikel yang terdeposisi di permukaan dan dalam
pori membran sehingga produktifitas membran kembali seperti semula.
1. Variasi Percobaan Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi percobaan untuk mendapatkan data
karakteristik operasi. Beberapa variasu percobaan yang dilakukan antara lain variasi beda tekanan TMP, variasi VCR volume concentration ratio. Variasi
TMP didapatkan dengan mengatur nilai pressure gauge pada umpan masuk dan permeat sesuai dengan yang diinginkan, sedangkan variasi VCR dilakukan
dengan membandingkan nilai volume umpan awal dengan penurunan volume tangki umpan selama proses pemekatan berlangsung.
2. Pengujian Model Pengujian model dilakukan dengan membuat grafik antara model dengan data
hasil percobaan. Kalau grafiknya berbeda maka dicari suatu nilai faktor koreksi . Untuk mengetahui sampai dimana kesesuaian dari faktor koreksi , maka
langkah selanjutnya adalah menggunakan faktor koreksi tersebut untuk
66
Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009
USU Repository © 2008
menghitung fluks. Kemudian dilakukan uji verifikasi dengan menghitung nilai residu terkecil dari model yang disusun.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN