Karakteristik Fisik-kimia Umpan Fluksi Air, Permeabilitas dan Tahanan Membran

30

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. PEMISAHAN JUS JERUK DENGAN REVERSE OSMOSIS

4.1.1. Karakteristik Fisik-kimia Umpan

Larutan umpan yang digunakan untuk penelitian pemekatan jus dari hasil pemisahan mikrofiltrasi MF memiliki kandungan dan karakteristik sebagai berikut Tabel 10: Tabel 10 Karakteristik fisik-kimia jus jeruk umpan Karakteristik Nilai pH 4.85 Total padatan o Brix 7.8 Total gula 7.6 – 8.5 Total asam ww 0.36 Vitamin C mg asam askorbat100 g 15.74 Viskositas cP 100-200 rpm 12.8 - 17.8 Berat jenis g ml -1 1.03 Salah satu karakteristik larutan umpan yang mempengaruh proses filtrasi dan juga penting dalam analisis pemodelan adalah viskositas. Viskositas jus jeruk yang diukur pada rentang laju putaran 100 – 200 rpm menunjukkan peningkatan nilai dari 12.8 cP hingga 17.8 cP. Hal ini menunjukkan viskositas larutan umpan meningkat dengan peningkatan laju geser. Hubungan laju geser dengan viskositas jus jeruk dapat dilihat pada Gambar 11. Gambar 11 Pengaruh laju geser terhadap viskositas umpan data pada Lampiran 4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 25 30 35 40 45 50 Viskositas cP Laju geser detik ‐1 31 Perilaku larutan umpan jus jeruk menunjukkan jus jeruk umpan termasuk ke dalam fluida non-newtonian dan bersifat dilatan shear thickening. Menurut Rao 1995 viskositas fluida non-Newtonian dipengaruhi oleh laju geser dan sifat dilatan ditentukan oleh peningkatan laju geser yang meningkatkan viskositas. Sifat dilatan juga dapat dilihat dari perhitungan nilai indeks perilaku aliran n Lampiran 4. Hasil perhitungan menghasilkan nilai n sebesar 1.47 yang menunjukkan fluida bersifat dilatan. Nilai n 1 menunjukkan fluida bersifat pseudoplastis, sedangkan nilai n 1 menunjukkan fluida bersifat dilatan Perry Green 1999.

4.1.2. Fluksi Air, Permeabilitas dan Tahanan Membran

Fluksi air diukur untuk melihat kinerja membran sebelum dan setelah membran digunakan. Permeabilitas membran dihitung dengan mengukur fluksi air pada laju alir tetap dan beberapa tekanan. Pengukuran fluksi pada beberapa waktu dapat dilihat pada Gambar 12. Pengukuran fluksi air pada laju alir dan perbedaan tekanan tetap menghasilkan fluksi yang stabil pada kisaran waktu yang diuji. Hal ini menunjukkan performa membran terutama kinerja pompa stabil. Fluksi air pada laju alir 0.04 m s -1 dan tekanan transmembran transmembran pressure – TMP 0.34 Bar relatif konstan dengan nilai rata-rata 11.37 L m -2 jam -1 . Gambar 12 Fluksi air selama filtrasi pada TMP 0.34 Bar dan laju alir 0.04 m s -1 data pada Lampiran 5a 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 5 10 15 20 25 30 35 Fluksi L m ‐2 jam ‐1 Waktu menit 32 Permeabilitas membran dihitung dari nilai fluksi air pada beberapa TMP. Nilai permeabilitas merupakan kemiringan slope garis persamaan hubungan TMP dengan fluksi air. Grafik hubungan TMP dengan fluksi air dan garis persamaannya dapat dilihat pada Gambar 13. Gambar 13 Grafik hubungan TMP dengan fluksi air pada laju alir 0.01 m s -1 data pada Lampiran 5b Kemiringan garis dari persamaan pada Gambar 13 menunjukkan nilai permeabilitas membran yaitu sebesar 5.18 L m -2 jam -1 Bar -1 atau 1.44 x 10 -6 m s -1 Bar -1 . Nilai R 2 sebesar 0.998 menunjukkan tingkat akurasi persamaan yang sesuai dan mampu mewakili titik-titik hubungan antara TMP dan fluksi sebesar 99.8. Nilai permeabilitas membran menunjukkan kemampuan membran dalam melewatkan pelarut murni. Menurut Wenten 1999 permeabilitas membran atau disebut permeabilitas air atau permeabilitas hidrodinamik dinyatakan sebagai L p . Nilai ini merupakan fluksi perpindahan pelarut pada keadaan dimana tidak terdapat tekanan osmotik dan aliran terjadi karena adanya beda tekanan. Nilai L p bernilai 500 L m -2 jam -1 untuk mikrofiltasi, 50-500 L m -2 jam -1 untuk membran ultrafiltrasi dan 50 L m -2 jam -1 untuk RO Wenten 1999. Nilai permeabilitias membran yang digunakan dalam penelitian ini lebih tinggi dibandingkan nilai permeabilitas membran yang digunakan Jesus et al. 2007 sebesar 3 L m -2 jam -1 bar -1 . Hal ini disebabkan spesifikasi modul RO pada y = 5.176x + 1.286 R² = 0.998 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 2 4 6 8 10 Fluksi L m ‐2 jam ‐1 TMP Bar 33 penelitian ini dapat menahan garam NaCl sebesar 93, sedangkan modul RO yang digunakan Jesus et al. 2007 mampu menahan garam sebesar 95 . Kurva hubungan fluksi air dengan TMP berbentuk linear sama dengan pola yang diperoleh oleh Jesus et al. 2007 yang mengukur fluksi air pada kisaran TMP 20 – 40 Bar. Hubungan linear fluksi air – TMP juga diperoleh Alvarez et al. 2002 pada membran RO skala laboratorium dengan maksimum TMP yang diterapkan 42 Bar, tetapi ketika menggunakan membran RO skala pilot dengan maksimum TMP mencapai 72 bar, hubungan fluksi air – TMP berpola eksponensial. Hal ini terjadi karena adanya kompaktasi membran yang dirumuskan oleh Sourirajan dan Matsuura 1985 melalui korelasi eksponensial fluksi air dan TMP. Kompaktasi membran tidak atau belum terjadi pada membran RO dengan TMP yang relatif rendah Alvarez et al. 2002. Nilai tahanan membran merupakan kebalikan dari nilai permeabilitas membran dan dilambangkan sebagai R m , dimana R m = 1L p . Nilai tahanan membran RO yang digunakan dalam penelitian ini yaitu 6.94 x 10 5 Bar s m -1 atau sebesar 0.19 Bar m 2 jam L -1 . 4.1.3. Waktu Tunak Larutan Jus Penentuan waktu tunak larutan jus dilakukan dengan mengukur fluksi jus dalam beberapa waktu pada laju alir dan TMP tetap v = 0.03, TMP = 8 Bar. Fluksi yang diperoleh dengan resirkulasi permeat dan retentat relatif stabil selama 20 menit pengukuran Gambar 14. Fluksi sedikit meningkat pada menit ke-2 dari fluksi awal dan stabil hingga menit ke-4, kemudian menurun pada menit ke-5 hingga akhirnya relatif stabil pada menit ke-14 hingga menit ke-20. Secara umum fluktuasi fluksi tidak terlihat perbedaan yang nyata karena hanya berkisar sebesar ±0.04 L m -2 jam- 1 . Berdasarkan nilai fluksi ini proses filtrasi dapat dikatakan mencapai kondisi tunak steady state mulai menit ke-14, tetapi rejeksi membran terhadap komponen jus belum diketahui konstan pada waktu fluksi konstan didapat. 34 Gambar 14 Fluksi jus selama proses filtrasi pada TMP 8 Bar dan laju alir 0.03 m s -1 data pada Lampiran 6 Penentuan waktu tunak selanjutnya dilihat dari konsentrasi total padatan terlarut TPT - o Brix pada permeat dan rejeksi TPT. Pemekatan jus jeruk dengan RO diharapkan semua padatan dapat tertahan dan sebagian besar kandungan air keluar di permeat. Konsentrasi TPT pada permeat tetap sama dari awal filtrasi Gambar 15. Rejeksi TPT selama 20 menit waktu filtrasi dengan resirkulasi permeat dan retentat juga tetap konstan dari menit pertama Gambar 16. Gambar 15 Konsentrasi TPT umpan dan permeat pada TMP 8 Bar dan laju alir 0.03 m s -1 data pada Lampiran 7 0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Fluksi L m ‐2 jam ‐1 Waktu menit 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 TPT o Brix Waktu menit Umpan Permeat 35 Gambar 16 Rejeksi TPT selama beberapa waktu filtrasi pada TMP 8 Bar dan laju alir 0.03 m s -1 data pada Lampiran 7 Hal yang menarik adalah konsentrasi TPT pada umpan yang meningkat di menit ke-4 kemudian setelah itu stabil pada menit ke-6 dan seterusnya Gambar 14. Hal ini dapat terjadi karena sebagian air terpisah digunakan untuk membasahi dinding membran kemudian secara difusi air melewati dinding membran. Peningkatan konsentrasi TPT pada umpan relatif kecil yaitu 0.2 o Brix, hal ini disebabkan kemungkinan adanya proses adsorpsi solut oleh dinding membran yang mengurangi kandungan TPT umpan. Berdasarkan nilai fluksi dan rejeksi TPT membran RO maka kondisi tunak diperkirakan setelah proses berjalan 14 menit dimana fluksi dan rejeksi stabil. Untuk itu, waktu tunak yang digunakan untuk pengambilan sampel pada penelitian selanjutnya setelah 15 menit.

4.1.4. Pengaruh TMP dan Laju Alir terhadap Fluksi