34 membran mikrofiltrasi dan referensi membran ultrafiltrasi komersil. Secara umum
diagram alir penelitian dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Diagram alir penelitian
C. Metode
1. Persiapan
Seluruh proses penelitian dilakukan dengan keadaan aseptis, karena akan dilakukan uji yang meliputi karakteristik mikrobiologi air. Persiapan pengambilan
sampel dilakukan dengan terlebih dahulu membilas tempat sampel jirigen dengan Keterangan :
Semua Prosedur dilakukan secara aseptis
Dikarakterisasi
Data Penyaringan dengan membran
Air murni Dikarakterisasi
Air Sebelum Penambahan
Kaporit
Data Air Sebelum
Penambahan Kaporit
Selesai
35 air panas dan dibiarkan selama 30 menit lalu dibiarkan kering dengan keadaan
tertutup. Pengambilan sampel dilakukan dengan menjaga lingkungan sampling tetap dalam
keadaan aseptis, yaitu dengan menggunakan alkohol 95 yang disemprotkan di sekitar tempat sampling. Untuk penerapan membran, sistem modul dibersihkan
dengan cara pembilasan menggunakan air destilata dengan suhu 50
o
C selama 10 menit untuk menghilangkan residu pada alat dan menjaga alat dalam keadaan aseptis.
2. Filtrasi Air
Percobaan dilakukan dengan mensirkulasikan air sampel selama 360 menit dengan menggunakan 3 tingkat tekanan yaitu 0.7 bar, 1.4 bar dan 2.1 bar 10 psi, 20 psi dan
30 psi. Membran yang digunakan terdiri dari i membran polisulfon 12 ketebalan 0.05 mm, ii membran polisulfon 12 ketebalan 0.10 mm, iii membran polisulfon
12 ketebalan 0.15 mm serta membran mikrofiltrasi hollow fiber. Penentuan fluks air oleh berbagai jenis membran dilakukan untk mengetahui kemampuan membran
dalam melewatkan sejumlah volume air dan membandingkan kemampuan berbagai jenis membran tersebut.
3. Karakterisasi Air
Karakteristik air bahan baku dan hasil penyaringan menggunakan membran meliputi pH, warna, kekeruhan, Total Suspended Solid TSS, Total Dissolved Solid
TDS dan total mikroba total coliform dan total E.coli. Prosedur analisa dapat dilihat pada Lampiran 10.
D. Rancangan Percobaan
Rancangan yang digunakan pada penelitian ini adalah Rancangan Acak Lengkap Faktor Tunggal Complete Random Design dengan taraf perlakuan proses pemurnian
menggunakan tiga membran yang berbeda, yaitu :
36
r =
√ S
d
1. Membran polisulfon 12 dengan ketebalan membran 0.05 mm
2. Membran polisulfon 12 dengan ketebalan membran 0.10 mm
3. Membran polisulfon 12 dengan ketebalan membran 0.15 mm
Setiap perlakuan diulang dua kali. Model linier aditif rancangan percobaan adalah
Y
ij
= μ + τ
i
+ ε
ij
; i
= 1,2,3 j =
1,2 dimana :
Y
ij
= pengamatan pada perlakuan ke-i dan ulangan ke-j μ
= rataan umum
i
= pengaruh perlakuan ke-i ε
ij
= galat percobaan
Jika hasil yang diperoleh pada uji F
hitung
berbeda nyata, maka keragaman perlakuan terhadap variabel respon diuji dengan menggunakan Uji Perbandingan Berganda
Duncan Duncan Multiple Range Test, DMRT pada taraf 5 Gomez,1995, dengan persamaan :
2s
2
dimana :
S
d
= galat baku beda rataan s
2
= kuadrat tengah galat r
= banyak ulangan
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KINERJA MEMBRAN
Membran adalah teknologi yang dikembangkan oleh ilmuan saat ini untuk menggantikan teknologi konvensional yang sudah berkembang lama. Penerapan
membran pada penelitian ini adalah untuk menggantikan proses penjernihan air secara konvensional yakni proses dengan menggunakan teknologi pengolahan air
secara fisik dan fisikokimia. Pengolahan air secara fisik hanya dipergunakan untuk menyaring air baku yang sifat-sifat fisiknya tidak memenuhi syarat. Sedangkan
pengolahan air secara fisiko-kimiawi penggunaannya lebih luas yaitu untuk menjernihkan air yang sifat-sifat fisik, kimia dan mikrobiologisnya dalam batas-batas
tertentu tidak memenuhi syarat karena telah terkontaminasi atau tercemar. Bahan- bahan yang umumnya dipakai dalam cara pengolahan ini adalah kerikil, pasir, ijuk,
arang aktif, zat-zat koagulan dan zat-zat desinfektan. Filter water yang dipakai sebagai air baku penelitian diperkirakan masih
mengandung sejumlah padatan tersuspensi, padatan terlarut dan senyawa mikrobiologis karena filter water ini hanya melewati perlakuan untuk pemisahan
koloid dan belum mengalami proses desinfeksi penambahan kaporit atau Calsium hypochorite. Hasil pengujian awal menunjukkan bahwa feed air baku atau
filterwater masih mengandung padatan terlarut dan tersuspensi dan senyawa mikrobiologis Tabel 6.
Tabel 6. Hasil uji feed air
Parameter Feed
Baku mutu TSS mgL
757.0
TDS mgL 33.9
≤1000
Warna TCU 8
≤ 15
Kekeruhan NTU 1
≤ 5
E.coli 100ml 10
negatif
coliform 100ml 20
negatif
Hasil uji diatas memang masih berada dalam standar kelayakan air minum Keputusan Menteri Kesehatan tahun 2002, namun dengan pengolahan membran
diharapkan didapat air yang berkualitas lebih tinggi. Penelitian ini menggunakan
38 membran polisulfon dengan ketebalan berbeda, yakni i membran polisulfon 12
dengan ketebalan 0.05 mm; ii membran polisulfon 12 dengan ketebalan 0.10 mm; iii membran polisulfon 12 dengan ketebalan 0.15 mm dan pembanding membran
mikrofiltrasi hollow fiber komersil skala laboratorium. Referensi kinerja membran ultrafiltrasi digunakan untuk membandingkan kinerja membran polisulfon sebagai
membran ultrafiltrasi. Membran polisulfon 12 digunakan berdasarkan hasil penelitian terdahulu tentang karakteristik membran Sembiring, 2005, sedangkan
pemilihan tiga tipe ketebalan yang dipakai yaitu 0.05; 0.10; dan 0.15 mm adalah sebagai perlakuan kinerja membran untuk ketebalan yang berbeda.
1. Fluks
Penggunaan membran untuk pengolahan air ini dilakukan dengan menggunakan sistem crossflow, air hasil filtrasi filter water sebelum dilakukan penambahan kaporit
dan masuk ke dalam reservoir disirkulasikan ke dalam modul selama enam jam dengan tiga tingkat tekanan yang berbeda yaitu i dua jam pertama bertekanan 0.7
bar 10 psi; ii dua jam kedua bertekanan 1.4 bar 20 psi dan iii dua jam ketiga 2.1 bar 30 psi. Rentang tekanan yang dipilih adalah berdasarkan hasil rujukan pada
penelitian terdahulu mengenai karakteristik membran polisulfon dengan berbagai konsentrasi dan penerapan pada tekanan yang bervariasi yang menunjukkan bahwa
tekanan yang paling baik bagi kinerja membran polisulfon 12 adalah pada tekanan 0.7 bar; 1.4 bar dan 2.1 bar Sembiring, 2005.
Sistem crossflow yang digunakan bertujuan untuk mengurangi fouling yang mungkin terjadi selama proses penyaringan air, sehingga diharapkan penurunan fluks
air dapat diminimalisir. Penerapan sistem perubahan tekanan dilakukan pada membran yang sama bertujuan untuk mengetahui pengaruh tekanan terhadap fluks air
pada sistem crossflow tanpa adanya perbedaan karakteristik membran yang digunakan, karena pada pembuatan membran datar akan sulit didapatkan karakteristik
membran yang serupa, namun secara umum memberikan karakteristik yang tidak jauh berbeda.
39 Pengukuran fluks air dilakukan untuk mengetahui kemampuan membran
melewatkan air sebagai refining pada air olahan. Pada Gambar 13 terlihat bahwa fluks air pada membran polisulfon dengan ketebalan 0.05 memiliki kisaran fluks
tertinggi yaitu sekitar 95 - 323 Lm
2
.jam, sedangkan membran polisulfon dengan ketebalan 0.10 mm dan 0.15 mm memiliki nilai fluks yang lebih rendah yaitu 76 -
156 Lm
2
.jam dan 79 - 221 Lm
2
.jam. Ketiga nilai hasil pengukuran fluks air pada membran menunjukkan penurunan,
hal ini diperkirakan disebabkan oleh karena air sampel hasil olahan yang masih mengandung pengotor baik itu padatan organik maupun nonorganik. Perubahan
tekanan yang dilakukan yaitu dari 0.7 bar kemudian 1.4 bar sampai 2.1 bar menunjukkan penurunan nilai fluks, hal ini diperkirakan karena adanya faktor waktu
yang mempengaruhi kinerja pada membran, dimana membran tersumbat oleh kotoran berupa padatan yang masih terdapat pada air sampel sehingga menimbulkan fouling
pada membran.
50 100
150 200
250 300
350
30 60
90 120
150 180
210 240
270 300
330 360
Waktu menit F
lu k
s L
m 2.jam
membran 0.05 membran 0.10
membran 0.15
Gambar 13. Fluks membran polisufon selama filtrasi air p = 1.4 bar
p = 2.1 bar p = 0.7 bar
40 Fluks air membran polisulfon 0.05 mm pada tekanan 0.7 bar dimulai pada 323
Lm
2
.jam kemudian dengan menaikkan tekanan 1.4 bar fluks air mencapai 210 Lm
2
.jam dan saat tekanan dinaikkan menjadi 2.1 bar fluks air menjadi 141 Lm
2
.jam. Penurunan nilai ini disebabkan oleh adanya peristiwa fouling yang menyebabkan
penurunan seiring dengan waktu penyaringan. Peristiwa fouling ini disebabkan oleh kotoran-kotoran yang masih terkandung dalam feed dan terdorong oleh tekanan yang
ada sehingga dapat menyebabkan tertutupnya pori pada membran dan menyebabkan penurunan fluks. Peristiwa fouling yang terjadi pada membran polisulfon 0.05 mm
juga terjadi pada penyaringan membran polisulfon 0.10 mm dan polisulfon 0.15 mm. Hasil analisis keragaman menunjukkan bahwa ketebalan membran tidak memberikan
pengaruh nyata pada fluks air Lampiran 5. Menurut Sembiring 2005, nilai fluks air membran polisulfon 12 pada tiga
tingkat tekanan adalah 374 Lm
2
.jam tekanan 0.7 bar, 397 Lm
2
.jam tekanan 1.4 bar, dan 391 Lm
2
.jam tekanan 2.1 bar. Nilai fluks nira pada polisulfon 12 28 – 33 Lm
2
.jam lebih kecil bila dibandingkan dengan fluks air. Air yang diasumsikan tidak mengandung pengotor lebih mudah melewati membran fluks tinggi, nira yang
masih banyak mengandung pengotor dapat menyumbat pori-pori membran sehingga menghambat proses filtrasi membran fluks kecil.
Nilai fluks air yang dihasilkan pada membran polisulfon 12 ini lebih rendah tertinggi 323 Lm
2
.jam dari nilai fluks air murni pada penelitian Sembiring 2005 tertinggi 374 Lm
2
.jam. Seiring peningkatan tekanan yang dilakukan terjadi penurunan fluks, dimana pada awal tekanan 1.4 bar nilai fluks air sampel menurun
tertinggi 219 Lm
2
.jam, sedangkan fluks air murni penelitian Sembiring, 2005 mengalami peningkatan 397 Lm
2
.jam. Pada tekanan 2.1 bar pun terjadi penurunan yang sama pada sampel air 141 Lm
2
.jam, sedangkan fluks air murni penelitian Sembiring, 2005 juga mengalami penurunan 391 Lm
2
.jam namun tidak terlalu signifikan.
Penurunan fluks air tidak terjadi pada membran mikrofiltrasi, hal ini diperkirakan terjadi karena besar pori yang dimiliki oleh membran mikrofiltrasi lebih besar dari
pori membran polisulfon sehingga padatan yang menjadi penyebab fouling pada
41 membran polisulfon tidak menyebabkan fouling pada membran mikrofiltrasi. Padatan
ini tidak menimbulkan fouling dikarenakan ukuran partikel padatan yang sangat kecil dan lebih kecil dari besar pori yang dimiliki oleh membran mikrofiltrasi 100,000
daltons makromolekul 500,000 gmol atau partikel dengan ukuran 0.1-10 μm.
Berdasarkan Gambar 3 dan definisi membran ultrafiltrasi, membran yang termasuk pada membran ultrafiltrasi memiliki besar pori yang dapat menyaring makromolekul
5,000 gmol atau partikel dengan ukuran 0.001-0.1 μm dari larutan. Maka dapat
disimpulkan bahwa padatan yang tergolong pada TSS pasti akan tersaring karena masih memiliki molekul yang cukup besar, sedangkan nilai TDS akan menunjukkan
nilai yang kecil karena padatan yang lebih besar dari 0.001 μm pasti akan tersaring
oleh membran. Feed yang dipakai adalah air yang telah diproses terlebih dahulu dengan
menggunakan penyaringan secara bertahap menggunakan proses fisiko-kimiawi, sehingga pengotor berupa padatan yang terlarut pada air adalah padatan sangat kecil,
termasuk pada padatan terlarut dan tersuspensi. Data pada Lampiran 6 menunjukkan nilai TSS permeat mikrofiltrasi lebih tinggi dibandingkan nilai TSS membran
polisulfon, sehingga dapat disimpulkan bahwa padatan dan pengotor yang terdapat pada air feed berukuran lebih besar dari ukuran pori membran polisulfon ultrafiltrasi
namun lebih kecil dari ukuran pori membran mikrofiltrasi.
2. Rejeksi polutan
Rejeksi padatan pada proses pemurnian air ini dapat dilihat dari kadar total padatan tersuspensi yang terkandung dalam permeat membran polisulfon. Nilai ini
menunjukkan kemampuan membran dalam merejeksi polutan yang terkandung dalam air, semakin besar nilai rejeksi yang dihasilkan maka kinerja membran dapat
digolongkan semakin baik dalam merejeksi polutan dalam air. Data hasil analisis padatan tersuspensi yang terkandung dalam permeat membran
pada Tabel 6 memberikan hasil kandungan TSS mencapai nol, sehingga nilai rejeksi membran terhadap padatan tersuspensi dalam air mencapai 100. Hasil ini
menunjukkan bahwa membran polisulfon dapat memberikan efektifitas yang sangat
42 baik dalam pemurnian air. Pembanding mikrofiltrasi menujukkan kinerja yang tidak
sebaik membran polisulfon, yaitu rejeksi membran hanya mencapai 38, karena kadar TSS permeat yang masih cukup tinggi mencapai 470,0 mgL.
Hal ini juga terlihat pada hasil uji permeat yang menunjukkan nilai yang menurun tajam baik pada nilai TSS, warna, dan pH yang semakin netral Tabel 6. Menurut
Herlambang 2005, teknologi ultrafiltrasi bermanfaat untuk mengurangi bahan polutan di dalam air. Ukuran alat ini 2100 mikron atau 0.02 mikron, sementara
ukuran bakteri patogen adalah 0.5 mikron. Penggunaan teknologi ultrafiltrasi dan membran untuk pengolahan air minum merupakan upaya terkini menghilangkan
bahan berbahaya yang berukuran cukup kecil termasuk bakteri patogen.
B. Karakteristik Air
