25 dan V
m
adalah voleme sampel cm
3
. Selain itu, terdapat pula perhitungan lain yang digunakan untuk menentukan harga porositas nyata apparent
porosity , yaitu sebagai berikut.
…………………5
Thokchom et.al.,2009 Dimana P adalah porositas, M
b
adalah massa sampel g yang direndam didalam air selama 48 jam, M
s
adalah massa sampel g yang dikeringkan pada 85
o
C selam 24 jam, M
g
adalah massa sampel yang digantung didalam air dan M
k
adalah massa kawat penggantung g. Sedangkan untuk menentukan seberapa besar kapasitas penyimpanan air atau derajat pengembangan degree
of swollen pada suatu sampel dapat ditentukan melalui persamaan sebagai
berikut.
….……………………………..….…6
Ghazali and Tram, 2004, Suherman, 2009 Dimana,
DS = Derajat pengembangan sampel degree of swollen M
s
= Massa sampel didalam air g M
d
= Massa sampel kering g
2. Komposisi Kimia Bahan
Umumnya penggunaan bahan membran memiliki tujuan khusus dalam pemanfaatannya. Sehingga pada prakteknya dikenal suatu pembagian atau
klasifikasi membran berdasarkan material penyusunnya yang dibedakan menjadi dua yaitu:
26 a.
Membran biologis yang berasal dari sel makhluk hidup b.
Membran sintetis, yang berasal dari bahan polimer membran organik dan berasal dari keramik, zeolit, serat logam membran anorganik.
3. Unjuk kerja membran
Dari segi pengoperasiannya, membran dapat dioperasikan secara dead-end
ataupun cross flow. Pada modul operasi dead-end, arah aliran umpan tegak lurus terhadap membran. Pada operasi ini, seluruh air umpan
dipaksa melewati membran secara kontinu, dan tidak ada sirkulasi air didalam modul membran. Sedangkan pada pola aliran cross flow aliran umpan dengan
arah sejajar dengan permukaan membran dan terjadi sirkulasi umpan. Prinsip separasi membran seperti yang dikemukakan oleh Timoti
2005 dan Boussu 2007 adalah pemisahan antar dua bagian yang terpisah oleh membran untuk tujuan tertentu. Meskipun sebenarnya gaya tekan umpan
juga dihasilkan akibat gaya beratnya atau lebih dikenal dengan tekanan hidrostatik.
Tekanan hidrostatik adalah berat kolom air yang biasa diukur dalam atmosfir atm. Tekanan air pada setiap arah pada suatu badan air memiliki
besaran yang sama, air akan bergerak dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan lebih rendah. Tekanan hidrostatik dapat dinyatakan dengan
persamaan berikut Resnick, 1985:
P
hidrostatik
= ρ. g. h ……….………………………………..7
Dimana:
P
hidrostatik
= Tekanan hidrostatik tekananunit area
ρ = Massa jenis air gcm
3
27 g = Percepatan gravitasi 9,8 mdet
2
h = Kedalaman dibawah permukaan air cm
Tekanan hidrostatik bertambah secara konstan seiring dengan bertambahnya kedalaman air. Setiap kedalaman 10 m tekanan hidrostatik
bertambah sebesar 1 atm yang setara dengan 1,03 kgcm
2
. Meskipun begitu, umumnya operasi membran memerlukan gaya dorong dari luar gradien
tekanan sehingga spesi tertentu mampu melewati membran dan spesi yang tidak diinginkan tetap tertahan pada permukaan membran secara efisien.
Selanjutnya untuk menentukan laju rata-rata filtrasi membran average filtration rate dapat ditentukan melalui persamaan berikut ini.
………………………8
Ahmad and Ismail 2001, Liu, et.al.2008 Dimana W adalah massa dari permeat dalam satuan kg atau liter L
jika dihitung dalam volume, A luas permukaan membran dalam satuan m
2
dan t
adalah waktu dalam satuan jam. Menurut Ghazali and Tram 2004
perhitungan laju filtrasi membran dapat disederhanakan menjadi. ……………………………9
Dimana Q adalah berat kg atau volume L filtrat pada waktu tertentu dan A adalah luas efektif area membran m
2
. Untuk penggunaaan aliran membran secara vertikal dead end dapat digambarkan pada Gambar 3.
berikut ini:
28 Gambar 3. Prinsip aliran membran secara vertical dead end filtration
kiri dan grafik laju perpindahan massa persatuan waktu kanan. Menurut Zhong et.al 2009 untuk pengukuran efektifitas area membran
dapat ditentukan melalui persamaan :
A = N . π. d
o
. l …………………………………………10
Dimana,
A = Luas permukaan membran m
2
d
o
= Diameter luar membran m N = Jumlah lapisan membran
l = Ketebalan membran m
Selain ditentukan fluks membran atau laju filtrasi yang juga perlu diketahui adalah penentuan koefisien rejeksi permselektivitas. Menurut
Notodermoko dan Deniva 2004 koefisien rejeksi suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran untuk menahan suatu spesi konsentrat
atau melewatkan suatu spesi konsentrat tertentu. Parameter yang digunakan untuk menggambarkan tingkat pemisahan membran terhadap suatu konsentrat
tertentu, dapat diekspresikan melalui nilai adalah koefisien rejeksi R atau dapat pula disebut persen pemisahan Removal. Namun, seringkali nilai
rejeksi atau pemisahan membran dapat dijadikan rujukan langsung untuk
29 menggambarkan efisiensi penyaringan suatu membran. Untuk mendapatkan
persen efisiensi penyaringan dapat digunakan persamaan sebagai berikut:
......................................11
Las, 1989 dimana:
R = Persen pemisahan membran atau effisiensi penyaringan membran
terhadap zat tertentu Ct
= Konsentrasi zat terlarut dalam permeat atau filtrate ppm C
o
= Konsentrasi zat terlarut dalam umpan ppm Penggunaan membran tidak selalu menguntungkan, kekurangan teknologi
membran antara lain, dapat diidentifikasi melalui laju fluks dan selektifitas membran. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas
dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan selama proses penyaringan adalah mempertinggi fluks dan selektifitas, seperti terlihat pada gambar berikut
ini.
Gambar 4. Selektifitas membran yang didasarkan atas ukuran partikel pada model aliran dead end.Wilbert, 1999.
Kelemahan yang utama adalah terjadinya fouling, yaitu proses terakumulasinya komponen secara permanen akibat proses filtrasi itu sendiri.
Kemungkinan terjadinya fouling sangat besar pada metode dead end filtration,
30 karena aliran larutan umpan mengalir secara vertikal. Namun begitu fouling
dapat dikurangi dengan melakukan pembilasan seperti back flow. Dapat dilihat pada gambar 5 berikut ini, bahwa penyerapan sejumlah partikel dipermukaan
membran selama periode penggunaan membran tertentu akan menghasilkan pemampatan membran membrane fouling.
Gambar 5. Ilustrasi terjadinya proses penyerapan membran dan pemampatan yang terjadi selama periode tertentu Williams, 2006.
2.3.3. Aplikasi Membran
