PENINGKATAN KUALITAS AIR RAWA MENGGUNAKAN MEMBRAN KERAMIK BERBAHAN TANAH LIAT ALAM DAN ABU TERBANG BATUBARA
PENINGKATAN KUALITAS AIR RAWA
MENGGUNAKAN MEMBRAN KERAMIK BERBAHAN
TANAH LIAT ALAM DAN ABU TERBANG BATUBARA
Shinta Agmalini, Narke Nola Lingga, Subriyer Nasir*
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
Email: subriyer@yahoo.com
Abstrak
Air rawa merupakan air permukaan yang mengandung kandungan logam berat, kandungan zat organik,
mikroorganisme berbahaya serta bakteri yang terdapat di dalam air yang dapat menganggu kesehatan. Air
rawa tidak memenuhi syarat-syarat kesehatan untuk air minum karena derajat keasamannya. Oleh karena
itu, diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air rawa secara seksama. Salah satu cara untuk
menetralkan kandungan logam berat dan kandungan zat organik yang bersifat merusak tubuh yaitu
dengan menggunakan teknologi membran. Penelitian dilakukan dengan menggunakan membran keramik
dengan perbandingan komposisi dari tanah liat, abu batubara dan serbuk besi yaitu 67,5%:25%:7,5%.
Hasil analisa yang didapat memperlihatkan adanya peningkatan kualitas air rawa yang memenuhi
persyaratan menjadi air minum. Penurunan TDS, kandungan ion logam besi (Fe) dan kandungan zat
organik (Angka KMNO4) cenderung cukup tinggi yaitu TDS menjadi sebesar 84 ppm, kandungan ion
logam besi (Fe) menjadi sebesar 0,042 mg/l dan kandungan zat organik (Angka KMNO4) menjadi sebesar
0,77 mg/l dan pH sekitar 6,7. Hasil analisa terdapat produk permeat sesuai dengan
492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum.
Kata kunci: membran keramik, air rawa, air minum
Abstract
Swamp water is kind of surface water that containing heavy metal content, organic substances, harmful
microorganisms and bacteria found in water that can disturb health. Swamp water does not meet health
requirements for drinking water because of the degree of acidity. Therefore, the management and
protection of swamp water resources required with carefully. The neutralized the content of heavy metals
and organic substances are harmful to the body by using membrane technology. The study was conducted
by using ceramic membranes with a ratio of the composition of clay, coal ash and iron powder is 67.5%:
25%: 7.5%. Analysis results obtained showed an increased of swamp water quality improvement
requirements into drinking water. Reduction in TDS, the metal ion content of iron (Fe) and organic
matter content (KMnO4 Number) tend to be high enough that the TDS of 84 ppm, the metal ion content of
iron (Fe) was decreased to 0.042 mg/ l and organic matter content (KMnO4 Number) to of 0.77 mg / l and
the pH around 6.7. Analysis results are permeating product of drinking water quality requirements in
accordance with 492/MENKES/PER/IV/2010.
Keywords: ceramic membranes, swamp water, drinking water
1.
PENDAHULUAN
Air adalah sumber daya alam yang dapat
diperbarui. Air merupakan kebutuhan yang
sangat penting bagi kehidupan manusia karena
jumlahnya yang sangat melimpah di muka bumi
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
ini, tetapi kualitasnya sering mengalami
penurunan dikarenakan aktivitas manusia yang
berdampak pada pencemaran lingkungan hidup.
Saat ini masalah utama yang dihadapi oleh
sumber daya air adalah kuantitas air yang sudah
tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus
Page 59
meningkat dan kualitas air untuk keperluan
domestik yang terus menurun. Kondisi ini dapat
menimbulkan gangguan, kerusakan dan bahaya
bagi semua makhluk hidup yang bergantung
pada sumber daya air. Oleh karena itu,
diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber
daya air secara seksama.
Adapun yang menjadi tujuan dalam
penelitian ini adalah :
1. Mempelajari proses pengolahan air rawa
dengan menggunakan proses filtrasi dengan
filter keramik.
2. Untuk mengetahui pengaruh variabel operasi
(tekanan dan waktu) pada kinerja filter
keramik yang digunakan.
Dalam penelitian ini permasalahan yang
akan diangkat adalah bagaimana meningkatkan
kualitas air rawa. Air rawa yang digunakan
selama ini ternyata tidak dapat digunakan
sebagai air minum karena kualitasnya yang tidak
begitu baik. Dalam pemanfaatannya air rawa
digunakan untuk mencuci, minum, mandi dan
keperluan lainya. Air rawa ternyata belum masuk
kategori aman untuk langsung diminum, Karena
air rawa ini bersifat asam ,memiliki kadar besi
yang cukup tinggi, berwarna kuning dan bau
tentu tidak sesuai dengan standarisasi air. Proses
perebusan air untuk menjadi air minum hanya
membunuh kuman dan bakteri, namun tidak
membuang kandungan logam yang terkandung di
dalam air. Karena itu diperlukan pengolahan
lanjutan
misalnya
dengan
menggunakan
membran.
Adapun manfaat yang didapat dalam
melakukan penelitian ini adalah
1. Mengetahui pengolahan air rawa yang masih
mengandung logam-logam berat dengan
penggunaan filter keramik.
2. Mendapatkan suatu teknologi yang murah
dan sederhana dalam pengolahan air
domestik.
Ruang lingkup penelitian meliputi analisa
sampel air rawa. Analisa yang dilakukan antara
lain kadar pH, TDS, kandungan ion logam besi
(Fe) dan Kandungan zat organik (angka
KMNO4)
dalam air rawa tersebut dengan
variabel proses yang akan diteliti adalah tekanan
dan waktu operasi.
Penelitian ini dilakukan dalam skala
laboratorium.
Membran dapat didefinisikan sebagai suatu
media ukuran dan bentuk molekul, menahan
komponen dari umpan yang memiliki ukuran
lebih besar dari pori-pori membran dan
melewatkan komponen yang mempunyai ukuran
yang lebih kecil. Membran selain sebagai
pemisah juga sebagai sarana pemekat dan
Page 60
pemurnian dari suatu larutan yang dilewatkan
pada membran tersebut.
Teknologi membran memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan dengan proses lain,
antara lain pemisahan dilakukan secara terus –
menerus, konsumsi energi umumnya relatif lebih
rendah, proses membran dapat mudah
digabungkan dengan proses pemisahan lainnya
(hybrid processing), dan material membran
bervariasi sehingga mudah diadaptasikan
pemakaiannya.
Kekurangan teknologi membran antara lain
fluks dan selektifitas karena pada proses
membran pada umumnya terjadi fenomena fluks
berbanding terbalik dengan selektifitas
Klasifikasi Membran
Berdasarkan
ukuran
partikel
yang
dipisahkan, membran dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut :
1. Membran mikrofiltrasi
2. Membran ultrafiltrasi
3. Membran osmosa balik (OR)
4. Nanofiltrasi
5. Membran dialisa
6. Membran elektrodialisa
Berdasarkan bentuknya membran dibagi
menjadi:
1. Membran datar
• Membran datar yang memiliki satu lembar
saja.
• Membran datar yang tersusun bertingkattingkat.
• Membran spiral bergulung.
2. Membran tubular
• Membran
serat
berongga(diameter
5 mm)
Prinsip Proses Pemisahan Membran
Pada prinsipnya proses pemisahan dengan
menggunakan membran adalah proses pemisahan
antara pelarut dengan zat terlarut.
Pelarut
dipisahkan dengan zat terlarut yang akan tertahan
pada membran atau yang disebut dengan
konsentrat, sedangkan pelarut akan lolos melalui
membran yang dinamakan permeate. Dengan
menggunakan membran,yaitu filtrasi laminar
(dead end) dan filtrasi tangensial (cross
flow),dalam filtrasi laminar,aliran umpan tegak
lurus kepermukaan membran sehingga sebagian
saja yang terakumulasi. Pada konfigurasi deadend tidak terdapat retentat sedangkan jika
terdapat retentat disebut cross flow. Jadi pada
konfigurasi cross flow terdapat sebagian feed
(pelarut) yang tidak menjadi permeat. Untuk
kasus dead-end, resistan meningkat menurut
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
ketebalan lapisan fouling yang terbentuk pada
permukaan membran.
1.
Kinerja Membran
Kinerja atau efisiensi perpindahan didalam
membran ditentukan oleh dua parameter yaitu :
a. Permeabilitas
Permeabilitas sering disebut juga sebagai
kecepatan permeat atau fluks adalah jumlah
volume permeat yang melewati satu satuan
permukaan luas membran dengan waktu tertentu
dengan adannya gaya dorong dalam hal ini
berupa tekanan. Pada proses filtrasi, nilai fluks
yang umum dipakai adalah fluks volume yang
dinyatakan sebagai volume larutan umpan yang
dapat melewati membran per satuan waktu per
satuan
luas
membran.
Faktor
yang
mempengaruhi permeabilitas adalah jumlah dan
ukuran pori, interaksi antara membran dan
larutan umpan, viskositas larutan serta tekanan
dari luar
b. Selektifitas
Selektifitas suatu membran merupakan
ukuran kemampuan suatu alat membran keramik
menahan suatu suspensi atau melewati suatu
suspensi tertentu lainnya. Faktor
yang
mempengaruhi selektifitas adalah besarnya
ukuran partikel yang akan melewatinya, interaksi
antara membran, larutan umpan dan ukuran pori.
Parameter
yang
digunakan
untuk
menggambarkan selektivitas membran adalah
koefisien rejeksi (R), yaitu fraksi konsentrasi zat
terlarut yang tidak menembus membran.
Beberapa faktor yang mempengaruhi dalam
penggunaan membran diantaranya :
1. Ukuran Molekul
Ukuran
molekul
membran
sangat
mempengaruhi kinerja membran.
2. Bentuk Membran
Membran dapat dibuat dalam berbagai
macam bentuk, seperti bentuk datar, bentuk
tabung, dan bentuk serat berongga.
3. Bahan Membran
Perbedaan
bahan
membran
akan
berpengaruh pada hasil rejeksi dan distribusi
ukuran pori.
4. Karakteristik Larutan
Karakteristik larutan ini mempunyai akan
memberi pengaruh terhadap permeabilitas
membran.
5. Parameter operasional
Jenis parameter yang digunakan pada
operasional umumnya terdiri dari tekanan
membran, permukaan membran, temperatur
dan konsentrasi.
2.
Keunggulan yang dimiliki teknologi membran
antara lain :
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
3.
4.
5.
Pemisahannya
berdasarkan
molekul
sehingga pemisahan dapat beroperasi pada
temperatur rendah (temperature ambient).
Pemakaianan energi yang relatif rendah
karena biasanya pemisahan menggunakan
membran tidak melibatkan perubahan fasa.
Tidak menggunakan zat bantu kimia dan
tidak ada tambahan produk buangan.
Bersifat modular, artinya di scale-up dengan
memperbanyak unitnya.
Dapat digabungkan dengan jenis operasi
lainnya.
Membran keramik
Membran keramik terbentuk dari kombinasi
logam (aluminium, titanium, zirkonium) dengan
non logam dalam bentuk oksida, nitrida atau
karbida. Contohnya adalah membran alumina
atau zirkonia. Adanya oksida logam pada
membran keramik menghasilkan muatan listrik
sehingga performance permukaan material
keramik lebih kuat. Secara fisik, membran
keramik dapat berbentuk tube atau disk, bersifat
porous.
Tanah Liat (Lempung)
Tanah liat memiliki sifat paling stabil dan
paling tahan tererosi. Agar tanah liat dapat
digunakan untuk membentuk benda keramik
maka harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut :
1. Sifat plastis
Sifat plastis berfungsi sebagai pengikat
dalam proses pembentukan sehingga benda yang
dibentuk tidak akan mengalami keretakan, pecah
atau berubah bentuk.
2. Memiliki kemampuan bentuk
Tanah liat juga harus mempunyai
kemampuan bentuk yaitu kualitas penopang
bentuk selama proses pembentukan berlangsung
yang berfungsi sebagai penyangga.
3. Susut kering dan susut bakar
Tanah liat yang terlalu plastis biasanya
memiliki persentase penyusutan lebih dari 15 %,
sehingga apabila tanah liat tersebut dibentuk
akan memiliki resiko retak atau pecah yang
tinggi.
4. Suhu kematangan (vitrifikasi)
Suhu bakar keramik berkaitan langsung
dengan suhu kematangan, yaitu keadaan benda
keramik yang telah mencapai kematangan secara
tepat tanpa mengalami perubahan bentuk.
5. Porousitas
Fluks membran keramik secara langsung
berhubungan dengan porositas, dimana membran
keramik yang bagus adalah membran dengan
porositas tinggi, tetapi tidak menurunkan
kekuatan mekanik membran tersebut.
Page 61
Abu Terbang Batubara (Fly Ash)
Abu terbang batubara terdiri dari butiran
halus yang umumnya berbentuk bola padat atau
berongga. Secara kimia abu batubara merupakan
mineral
alumino
silikat
yang
banyak
mengandung unsur-unsur Ca, K, dan Na di
samping juga mengandung sejumlah kecil unsur
C dan N. Sifat kimia dari abu terbang batubara
dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan
teknik penyimpanan serta penanganannya.
Kualitas Air Baku
Kualitas air minum sangat erat berkaitan
dengan kualitas air bakunya. Umumnya air baku
dari air tanah kualitasnya sudah cukup baik
sehingga tidak sulit menjadikannya air minum
yang memenuhi persyaratan kesehatan.
Beberapa persyaratan air minum yang layak
minum baik dari segi fisika, kimia, maupun
biologinya antara lain sebagai berikut :
A. Persyaratan Fisika
Syarat fisik air yang layak minum sebagai
berikut :
1. Kekeruhan
Kualitas air yang baik adalah jernih (bening)
dan tidak keruh. Batas maksimal kekeruhan air
layak minum menurut PERMENKES RI Nomor
492 Tahun 2010 adalah 5 skala NTU.
2. Tidak Berbau dan Rasanya Tawar
3. Jumlah batas maksimal jumlah padatan
terapung yang diperbolehkan adalah 500
mg/l.
4. Suhu Normal yaitu 35oC.
5. Warna
Air yang layak dikonsumsi harus jernih dan
tidak berwarna. PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010 menyatakan bahwa batas maksimal
warna air yang layak minum adalah 15 skala
TCU.
B. Persyaratan Kimia
Persyaratan kimia sebgai batasan air layak
minum sebagai berikut:
1. Derajat Keasaman (pH)
Menurut PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010, batas pH minimum dan maksimum
air layak minum berkisar 6,5-8,5.
2. Kandungan Bahan Kimia Organik
Bahan kimia organik seperti NH4, H2S,
SO42,dan NO3 tidak boleh melebihi batas yang
ditetapkan.
3. Kandungan Bahan Kimia Anorganik
Kandungan bahan kimia anorganik seperti
garam dan ion-ion logam (Fe, Al, Cr, Mg, Ca,
Cl, K, Pb, Hg, Zn) pada air layak minum tidak
melebihi jumlah yang telah ditentukan.
4. Tingkat Kesadahan
Page 62
Berdasarkan PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010, derajat kesadahan (CaCO3)
maksimum air yang layak minum adalah 500 mg
per liter.
Kandungan Logam dalam Air
Indikator yang digunakan untuk mendeteksi
pencemaran air adalah cemaran logam berat
didalamnya. Di antara semua unsur logam berat,
Hg menduduki urutan pertama dalam hal sifat
racunnya, kemudian diikuti oleh logam berat
antara lain Cd, Ag, Ni, Pb, As, Cr, Sn, Fe dan
Zn.
Logam berat merupakan komponen alami
tanah. Elemen ini tidak dapat didegradasi
maupun dihancurkan. Logam berat dapat masuk
ke dalam tubuh manusia melalui makanan, air
minum, atau udara. Logam berat seperti
tembaga, selenium, atau seng dibutuhkan tubuh
manusia untuk membantu kinerja metabolisme
tubuh. Akan tetapi, dapat berpotensi menjadi
racun jika konsentrasi dalam tubuh berlebih.
Logam berat menjadi berbahaya disebabkan
sistem
bioakumulasi,
yaitu
peningkatan
konsentrasi unsur kimia didalam tubuh mahluk
hidup.
Kelebihan Total Dissolved Solid (TDS)
Semakin tinggi TDS maka dalam jangka
panjang akan memberikan dampak negatif pada
tubuh manusia karena tidak sanggup diuraikan
dan akan mengendap sebagai sumber berbagai
penyakit degenerative.
Kelebihan Zat organik (Angka KMnO4)
Zat
organik
merupakan
makanan
mikroorganisme yang menyebabkan pesatnya
pertumbuhan mikroorganisme air, sehingga
membahayakan
masyarakat
yang
menggunakannya untuk memenuhi kebutuhan
sehari-hari. Dapat menyebabkan kerusakan pada
organ ginjal, hati, kulit, sistem saraf pusat.
Dampak Kelebihan Zat Besi (Fe)
Kandungan besi dalam air yang
diperbolehkan < 0,3 ppm apabila melebihi 0,3
ppm, mengakibatkan Warna air menjadi kemerah
merahan, memberi rasa tidak enak pada
minuman dan pembentukan endapan pada pipa
logam. Kelebihan zat besi (Fe) pada tubuh
manusia bisa menyebabkan keracunan, dimana
terjadi muntah, diare dan kerusakan usus serta
gangguan pada ginjal. Selain itu, kelebihan zat
besi ini, bisa meningkatkan risiko penyakit
jantung. Zat ini dapat mendorong pembentukan
plaque (semacam kerak) di dinding pembuluh
arteri, sehingga terjadi aterosklerosis, yaitu
dinding pembuluh arteri jadi tebal dan mengeras.
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
Air Rawa
Air rawa merupakan limbah, sebab air
rawa memiliki kandungan logam Fe, Mn dan
mikroorganisme berbahaya. pH air rawa
cenderung
bersifat
asam.Turbidity
atau
kekeruhan dari air disebabkan oleh adanya
partikel-partikel dalam air atau suspended yang
larut tetapi berwarna atau juga dapat
dikelompokkan kedalam zat organik dan
nonorganik, plankton serta mikroorganisme
lainnya. Jadi turbidity adalah tingkat atau ukuran
kekeruhan suatu fluida atau cairan yang
digunakan untuk standar dibolehkannya atau
ukuran kekeruhan suatu produk untuk kebutuhan
manusia dan lingkungan. Kekeruhan itu tidak
bisa dikorelasikan dengan persentase berat dari
suspended-suspended dalam air itu karena ia
mempunyai hubungan erat dengan cahaya (sifatsifat optiknya), ukuran dan bentuk partikel itu
sendiri. Rawa, berdasarkan Peraturan pemerintah
Republik Indonesia Nomor 27 tahun 1991,
adalah lahan genangan air secara alamiah yang
terjadi terus-menerus atau musiman akibat
drainase alamiah yang terhambat serta
mempunyai ciri-ciri khusus terutama keadaan
tanahnya cekung; ciri kimiawi, terutama derajat
keasaman airnya rendah; dan ciri biologis,
terutama terdapat ikan-ikan rawa, tumbuhan
rawa dan hutan rawa. Kualitas air menyatakan
tingkat kesesuaian air untuk dipergunakan bagi
pemenuhan kehidupan manusia seperti untuk
kebutuhan langsung, air minum, mandi dan
sebagainya. Untuk keperluan air bersih faktor
yang harus diperhatikan adalah kandungan besi,
kesadahan CaCO3, klorida, mangan, nitrat, nitrit,
pH dan kandungan sulfat. Air rawa tidak
memenuhi syarat-syarat kesehatan untuk air
minum karena derajat keasamannya rendah.
2.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di dua tempat.
Persiapan bahan baku membran keramik berupa
serbuk besi dan fly ash di Laboratorium
Kesetimbangan Kimia Jurusan Teknik Kimia
Universitas Sriwijaya. Pengolahan air rawa di
Laboratorium Teknik Pemisahan Jurusan Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.
Waktu penelitian adalah bulan agustus-november
2011.
Alat Dan Bahan
Alat yang digunakan antara lain :
1. Filter Membran keramik
2. Selang plastik
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Pressure gauge
Pipa PVC
Pompa air
Flowmeter
pHmeter
TDS meter
Oven
Erlenmeyer
Gelas ukur
Ember plastik
Bahan yang digunakan, yaitu :
1. Tanah liat
2. Abu batubara
3. Serbuk besi
4. Air rawa
Prosedur Penelitian
1. Pembuatan Filter Keramik
Pencampuran tanah liat, abu
batubara dan serbukbesi
Dicetak bentuk silinder
Pengeringan
Disusun dalam Tungku
pembakaran,
o
Filter keramik
Gambar 3.1. Diagram Alir Proses Pembuatan Filter
Keramik
Proses Pembuatan Filter Keramik
Berikut ini adalah langkah-langkah dalam
pembuatan filter keramik :
1. Pencampuran tanah liat, abu batubara dan
serbuk besi : dengan perbandingan tanah liat
:abu batubara : serbuk besi yaitu 67,5% : 25%
: 7,5%. Ukuran Serbuk besi dan abu batubara
500µm. Kemudian ditambah air 30%
kemudian diaduk rata.
2. Bahan dicetak dengan cetakan gips.
3. Dikeluarkan
dari
cetakan
kemudian
ditempatkan diatas lembaran pohon pisang.
4. Dikeringkan pada suhu kamar selama 7 hari.
5. Dibakar pada suhu 900 – 1000oC.
6. Lama pembakaran 12 jam, yaitu 4 jam
dilakukan pengasapan dan pembakaran 8
jam.
2.
3. Skema rancangan filter keramik
Membran keramik dibuat dari tanah liat dan
abu batubara yang mempunyai:
Page 63
Diameter dalam
Diameter luar
Ketebalan
Panjang
=
=
=
=
1.
2.
4 cm
5 cm
1 cm
25 cm
Gambar 1. Skema
rancangan membran
keramik
3.
Bau
Total zat terlarut
(TDS)
Kekeruhan
4.
5.
Rasa
Warna
1.
Arsen
2.
3.
4.
5.
11.
12.
13.
Besi
Fluorida
Kadmium
Kesadahan
(CaCO3)
Klorida
Total Kromium
Mangan
Nitrit,
(sebagai
NO2-)
Nitrat
(sebagai
(NO3-)
pH
Seng
Sianida
14.
15.
17.
Sulfat
Timbal
Zat Organik
6.
7.
8.
9
10.
4. Rangkaian Alat Penelitian
mg/l
Tidak Berbau
1500
Skala
25
NTU
Tidak Berasa
Skala
50
PtCo
B. Parameter Kimia
mg/l
0,05
Tidak Berbau
219
15,200
Tidak Berasa
25,000
Mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
1,0
1,5
0,005
500
Negative/
0,01
1,117
MENGGUNAKAN MEMBRAN KERAMIK BERBAHAN
TANAH LIAT ALAM DAN ABU TERBANG BATUBARA
Shinta Agmalini, Narke Nola Lingga, Subriyer Nasir*
Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya
Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
Email: subriyer@yahoo.com
Abstrak
Air rawa merupakan air permukaan yang mengandung kandungan logam berat, kandungan zat organik,
mikroorganisme berbahaya serta bakteri yang terdapat di dalam air yang dapat menganggu kesehatan. Air
rawa tidak memenuhi syarat-syarat kesehatan untuk air minum karena derajat keasamannya. Oleh karena
itu, diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber daya air rawa secara seksama. Salah satu cara untuk
menetralkan kandungan logam berat dan kandungan zat organik yang bersifat merusak tubuh yaitu
dengan menggunakan teknologi membran. Penelitian dilakukan dengan menggunakan membran keramik
dengan perbandingan komposisi dari tanah liat, abu batubara dan serbuk besi yaitu 67,5%:25%:7,5%.
Hasil analisa yang didapat memperlihatkan adanya peningkatan kualitas air rawa yang memenuhi
persyaratan menjadi air minum. Penurunan TDS, kandungan ion logam besi (Fe) dan kandungan zat
organik (Angka KMNO4) cenderung cukup tinggi yaitu TDS menjadi sebesar 84 ppm, kandungan ion
logam besi (Fe) menjadi sebesar 0,042 mg/l dan kandungan zat organik (Angka KMNO4) menjadi sebesar
0,77 mg/l dan pH sekitar 6,7. Hasil analisa terdapat produk permeat sesuai dengan
492/MENKES/PER/IV/2010 tentang persyaratan kualitas air minum.
Kata kunci: membran keramik, air rawa, air minum
Abstract
Swamp water is kind of surface water that containing heavy metal content, organic substances, harmful
microorganisms and bacteria found in water that can disturb health. Swamp water does not meet health
requirements for drinking water because of the degree of acidity. Therefore, the management and
protection of swamp water resources required with carefully. The neutralized the content of heavy metals
and organic substances are harmful to the body by using membrane technology. The study was conducted
by using ceramic membranes with a ratio of the composition of clay, coal ash and iron powder is 67.5%:
25%: 7.5%. Analysis results obtained showed an increased of swamp water quality improvement
requirements into drinking water. Reduction in TDS, the metal ion content of iron (Fe) and organic
matter content (KMnO4 Number) tend to be high enough that the TDS of 84 ppm, the metal ion content of
iron (Fe) was decreased to 0.042 mg/ l and organic matter content (KMnO4 Number) to of 0.77 mg / l and
the pH around 6.7. Analysis results are permeating product of drinking water quality requirements in
accordance with 492/MENKES/PER/IV/2010.
Keywords: ceramic membranes, swamp water, drinking water
1.
PENDAHULUAN
Air adalah sumber daya alam yang dapat
diperbarui. Air merupakan kebutuhan yang
sangat penting bagi kehidupan manusia karena
jumlahnya yang sangat melimpah di muka bumi
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
ini, tetapi kualitasnya sering mengalami
penurunan dikarenakan aktivitas manusia yang
berdampak pada pencemaran lingkungan hidup.
Saat ini masalah utama yang dihadapi oleh
sumber daya air adalah kuantitas air yang sudah
tidak mampu memenuhi kebutuhan yang terus
Page 59
meningkat dan kualitas air untuk keperluan
domestik yang terus menurun. Kondisi ini dapat
menimbulkan gangguan, kerusakan dan bahaya
bagi semua makhluk hidup yang bergantung
pada sumber daya air. Oleh karena itu,
diperlukan pengelolaan dan perlindungan sumber
daya air secara seksama.
Adapun yang menjadi tujuan dalam
penelitian ini adalah :
1. Mempelajari proses pengolahan air rawa
dengan menggunakan proses filtrasi dengan
filter keramik.
2. Untuk mengetahui pengaruh variabel operasi
(tekanan dan waktu) pada kinerja filter
keramik yang digunakan.
Dalam penelitian ini permasalahan yang
akan diangkat adalah bagaimana meningkatkan
kualitas air rawa. Air rawa yang digunakan
selama ini ternyata tidak dapat digunakan
sebagai air minum karena kualitasnya yang tidak
begitu baik. Dalam pemanfaatannya air rawa
digunakan untuk mencuci, minum, mandi dan
keperluan lainya. Air rawa ternyata belum masuk
kategori aman untuk langsung diminum, Karena
air rawa ini bersifat asam ,memiliki kadar besi
yang cukup tinggi, berwarna kuning dan bau
tentu tidak sesuai dengan standarisasi air. Proses
perebusan air untuk menjadi air minum hanya
membunuh kuman dan bakteri, namun tidak
membuang kandungan logam yang terkandung di
dalam air. Karena itu diperlukan pengolahan
lanjutan
misalnya
dengan
menggunakan
membran.
Adapun manfaat yang didapat dalam
melakukan penelitian ini adalah
1. Mengetahui pengolahan air rawa yang masih
mengandung logam-logam berat dengan
penggunaan filter keramik.
2. Mendapatkan suatu teknologi yang murah
dan sederhana dalam pengolahan air
domestik.
Ruang lingkup penelitian meliputi analisa
sampel air rawa. Analisa yang dilakukan antara
lain kadar pH, TDS, kandungan ion logam besi
(Fe) dan Kandungan zat organik (angka
KMNO4)
dalam air rawa tersebut dengan
variabel proses yang akan diteliti adalah tekanan
dan waktu operasi.
Penelitian ini dilakukan dalam skala
laboratorium.
Membran dapat didefinisikan sebagai suatu
media ukuran dan bentuk molekul, menahan
komponen dari umpan yang memiliki ukuran
lebih besar dari pori-pori membran dan
melewatkan komponen yang mempunyai ukuran
yang lebih kecil. Membran selain sebagai
pemisah juga sebagai sarana pemekat dan
Page 60
pemurnian dari suatu larutan yang dilewatkan
pada membran tersebut.
Teknologi membran memiliki beberapa
keunggulan dibandingkan dengan proses lain,
antara lain pemisahan dilakukan secara terus –
menerus, konsumsi energi umumnya relatif lebih
rendah, proses membran dapat mudah
digabungkan dengan proses pemisahan lainnya
(hybrid processing), dan material membran
bervariasi sehingga mudah diadaptasikan
pemakaiannya.
Kekurangan teknologi membran antara lain
fluks dan selektifitas karena pada proses
membran pada umumnya terjadi fenomena fluks
berbanding terbalik dengan selektifitas
Klasifikasi Membran
Berdasarkan
ukuran
partikel
yang
dipisahkan, membran dapat diklasifikasikan
menjadi beberapa jenis, yaitu sebagai berikut :
1. Membran mikrofiltrasi
2. Membran ultrafiltrasi
3. Membran osmosa balik (OR)
4. Nanofiltrasi
5. Membran dialisa
6. Membran elektrodialisa
Berdasarkan bentuknya membran dibagi
menjadi:
1. Membran datar
• Membran datar yang memiliki satu lembar
saja.
• Membran datar yang tersusun bertingkattingkat.
• Membran spiral bergulung.
2. Membran tubular
• Membran
serat
berongga(diameter
5 mm)
Prinsip Proses Pemisahan Membran
Pada prinsipnya proses pemisahan dengan
menggunakan membran adalah proses pemisahan
antara pelarut dengan zat terlarut.
Pelarut
dipisahkan dengan zat terlarut yang akan tertahan
pada membran atau yang disebut dengan
konsentrat, sedangkan pelarut akan lolos melalui
membran yang dinamakan permeate. Dengan
menggunakan membran,yaitu filtrasi laminar
(dead end) dan filtrasi tangensial (cross
flow),dalam filtrasi laminar,aliran umpan tegak
lurus kepermukaan membran sehingga sebagian
saja yang terakumulasi. Pada konfigurasi deadend tidak terdapat retentat sedangkan jika
terdapat retentat disebut cross flow. Jadi pada
konfigurasi cross flow terdapat sebagian feed
(pelarut) yang tidak menjadi permeat. Untuk
kasus dead-end, resistan meningkat menurut
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
ketebalan lapisan fouling yang terbentuk pada
permukaan membran.
1.
Kinerja Membran
Kinerja atau efisiensi perpindahan didalam
membran ditentukan oleh dua parameter yaitu :
a. Permeabilitas
Permeabilitas sering disebut juga sebagai
kecepatan permeat atau fluks adalah jumlah
volume permeat yang melewati satu satuan
permukaan luas membran dengan waktu tertentu
dengan adannya gaya dorong dalam hal ini
berupa tekanan. Pada proses filtrasi, nilai fluks
yang umum dipakai adalah fluks volume yang
dinyatakan sebagai volume larutan umpan yang
dapat melewati membran per satuan waktu per
satuan
luas
membran.
Faktor
yang
mempengaruhi permeabilitas adalah jumlah dan
ukuran pori, interaksi antara membran dan
larutan umpan, viskositas larutan serta tekanan
dari luar
b. Selektifitas
Selektifitas suatu membran merupakan
ukuran kemampuan suatu alat membran keramik
menahan suatu suspensi atau melewati suatu
suspensi tertentu lainnya. Faktor
yang
mempengaruhi selektifitas adalah besarnya
ukuran partikel yang akan melewatinya, interaksi
antara membran, larutan umpan dan ukuran pori.
Parameter
yang
digunakan
untuk
menggambarkan selektivitas membran adalah
koefisien rejeksi (R), yaitu fraksi konsentrasi zat
terlarut yang tidak menembus membran.
Beberapa faktor yang mempengaruhi dalam
penggunaan membran diantaranya :
1. Ukuran Molekul
Ukuran
molekul
membran
sangat
mempengaruhi kinerja membran.
2. Bentuk Membran
Membran dapat dibuat dalam berbagai
macam bentuk, seperti bentuk datar, bentuk
tabung, dan bentuk serat berongga.
3. Bahan Membran
Perbedaan
bahan
membran
akan
berpengaruh pada hasil rejeksi dan distribusi
ukuran pori.
4. Karakteristik Larutan
Karakteristik larutan ini mempunyai akan
memberi pengaruh terhadap permeabilitas
membran.
5. Parameter operasional
Jenis parameter yang digunakan pada
operasional umumnya terdiri dari tekanan
membran, permukaan membran, temperatur
dan konsentrasi.
2.
Keunggulan yang dimiliki teknologi membran
antara lain :
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
3.
4.
5.
Pemisahannya
berdasarkan
molekul
sehingga pemisahan dapat beroperasi pada
temperatur rendah (temperature ambient).
Pemakaianan energi yang relatif rendah
karena biasanya pemisahan menggunakan
membran tidak melibatkan perubahan fasa.
Tidak menggunakan zat bantu kimia dan
tidak ada tambahan produk buangan.
Bersifat modular, artinya di scale-up dengan
memperbanyak unitnya.
Dapat digabungkan dengan jenis operasi
lainnya.
Membran keramik
Membran keramik terbentuk dari kombinasi
logam (aluminium, titanium, zirkonium) dengan
non logam dalam bentuk oksida, nitrida atau
karbida. Contohnya adalah membran alumina
atau zirkonia. Adanya oksida logam pada
membran keramik menghasilkan muatan listrik
sehingga performance permukaan material
keramik lebih kuat. Secara fisik, membran
keramik dapat berbentuk tube atau disk, bersifat
porous.
Tanah Liat (Lempung)
Tanah liat memiliki sifat paling stabil dan
paling tahan tererosi. Agar tanah liat dapat
digunakan untuk membentuk benda keramik
maka harus memenuhi persyaratan sebagai
berikut :
1. Sifat plastis
Sifat plastis berfungsi sebagai pengikat
dalam proses pembentukan sehingga benda yang
dibentuk tidak akan mengalami keretakan, pecah
atau berubah bentuk.
2. Memiliki kemampuan bentuk
Tanah liat juga harus mempunyai
kemampuan bentuk yaitu kualitas penopang
bentuk selama proses pembentukan berlangsung
yang berfungsi sebagai penyangga.
3. Susut kering dan susut bakar
Tanah liat yang terlalu plastis biasanya
memiliki persentase penyusutan lebih dari 15 %,
sehingga apabila tanah liat tersebut dibentuk
akan memiliki resiko retak atau pecah yang
tinggi.
4. Suhu kematangan (vitrifikasi)
Suhu bakar keramik berkaitan langsung
dengan suhu kematangan, yaitu keadaan benda
keramik yang telah mencapai kematangan secara
tepat tanpa mengalami perubahan bentuk.
5. Porousitas
Fluks membran keramik secara langsung
berhubungan dengan porositas, dimana membran
keramik yang bagus adalah membran dengan
porositas tinggi, tetapi tidak menurunkan
kekuatan mekanik membran tersebut.
Page 61
Abu Terbang Batubara (Fly Ash)
Abu terbang batubara terdiri dari butiran
halus yang umumnya berbentuk bola padat atau
berongga. Secara kimia abu batubara merupakan
mineral
alumino
silikat
yang
banyak
mengandung unsur-unsur Ca, K, dan Na di
samping juga mengandung sejumlah kecil unsur
C dan N. Sifat kimia dari abu terbang batubara
dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan
teknik penyimpanan serta penanganannya.
Kualitas Air Baku
Kualitas air minum sangat erat berkaitan
dengan kualitas air bakunya. Umumnya air baku
dari air tanah kualitasnya sudah cukup baik
sehingga tidak sulit menjadikannya air minum
yang memenuhi persyaratan kesehatan.
Beberapa persyaratan air minum yang layak
minum baik dari segi fisika, kimia, maupun
biologinya antara lain sebagai berikut :
A. Persyaratan Fisika
Syarat fisik air yang layak minum sebagai
berikut :
1. Kekeruhan
Kualitas air yang baik adalah jernih (bening)
dan tidak keruh. Batas maksimal kekeruhan air
layak minum menurut PERMENKES RI Nomor
492 Tahun 2010 adalah 5 skala NTU.
2. Tidak Berbau dan Rasanya Tawar
3. Jumlah batas maksimal jumlah padatan
terapung yang diperbolehkan adalah 500
mg/l.
4. Suhu Normal yaitu 35oC.
5. Warna
Air yang layak dikonsumsi harus jernih dan
tidak berwarna. PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010 menyatakan bahwa batas maksimal
warna air yang layak minum adalah 15 skala
TCU.
B. Persyaratan Kimia
Persyaratan kimia sebgai batasan air layak
minum sebagai berikut:
1. Derajat Keasaman (pH)
Menurut PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010, batas pH minimum dan maksimum
air layak minum berkisar 6,5-8,5.
2. Kandungan Bahan Kimia Organik
Bahan kimia organik seperti NH4, H2S,
SO42,dan NO3 tidak boleh melebihi batas yang
ditetapkan.
3. Kandungan Bahan Kimia Anorganik
Kandungan bahan kimia anorganik seperti
garam dan ion-ion logam (Fe, Al, Cr, Mg, Ca,
Cl, K, Pb, Hg, Zn) pada air layak minum tidak
melebihi jumlah yang telah ditentukan.
4. Tingkat Kesadahan
Page 62
Berdasarkan PERMENKES RI Nomor 492
Tahun 2010, derajat kesadahan (CaCO3)
maksimum air yang layak minum adalah 500 mg
per liter.
Kandungan Logam dalam Air
Indikator yang digunakan untuk mendeteksi
pencemaran air adalah cemaran logam berat
didalamnya. Di antara semua unsur logam berat,
Hg menduduki urutan pertama dalam hal sifat
racunnya, kemudian diikuti oleh logam berat
antara lain Cd, Ag, Ni, Pb, As, Cr, Sn, Fe dan
Zn.
Logam berat merupakan komponen alami
tanah. Elemen ini tidak dapat didegradasi
maupun dihancurkan. Logam berat dapat masuk
ke dalam tubuh manusia melalui makanan, air
minum, atau udara. Logam berat seperti
tembaga, selenium, atau seng dibutuhkan tubuh
manusia untuk membantu kinerja metabolisme
tubuh. Akan tetapi, dapat berpotensi menjadi
racun jika konsentrasi dalam tubuh berlebih.
Logam berat menjadi berbahaya disebabkan
sistem
bioakumulasi,
yaitu
peningkatan
konsentrasi unsur kimia didalam tubuh mahluk
hidup.
Kelebihan Total Dissolved Solid (TDS)
Semakin tinggi TDS maka dalam jangka
panjang akan memberikan dampak negatif pada
tubuh manusia karena tidak sanggup diuraikan
dan akan mengendap sebagai sumber berbagai
penyakit degenerative.
Kelebihan Zat organik (Angka KMnO4)
Zat
organik
merupakan
makanan
mikroorganisme yang menyebabkan pesatnya
pertumbuhan mikroorganisme air, sehingga
membahayakan
masyarakat
yang
menggunakannya untuk memenuhi kebutuhan
sehari-hari. Dapat menyebabkan kerusakan pada
organ ginjal, hati, kulit, sistem saraf pusat.
Dampak Kelebihan Zat Besi (Fe)
Kandungan besi dalam air yang
diperbolehkan < 0,3 ppm apabila melebihi 0,3
ppm, mengakibatkan Warna air menjadi kemerah
merahan, memberi rasa tidak enak pada
minuman dan pembentukan endapan pada pipa
logam. Kelebihan zat besi (Fe) pada tubuh
manusia bisa menyebabkan keracunan, dimana
terjadi muntah, diare dan kerusakan usus serta
gangguan pada ginjal. Selain itu, kelebihan zat
besi ini, bisa meningkatkan risiko penyakit
jantung. Zat ini dapat mendorong pembentukan
plaque (semacam kerak) di dinding pembuluh
arteri, sehingga terjadi aterosklerosis, yaitu
dinding pembuluh arteri jadi tebal dan mengeras.
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
Air Rawa
Air rawa merupakan limbah, sebab air
rawa memiliki kandungan logam Fe, Mn dan
mikroorganisme berbahaya. pH air rawa
cenderung
bersifat
asam.Turbidity
atau
kekeruhan dari air disebabkan oleh adanya
partikel-partikel dalam air atau suspended yang
larut tetapi berwarna atau juga dapat
dikelompokkan kedalam zat organik dan
nonorganik, plankton serta mikroorganisme
lainnya. Jadi turbidity adalah tingkat atau ukuran
kekeruhan suatu fluida atau cairan yang
digunakan untuk standar dibolehkannya atau
ukuran kekeruhan suatu produk untuk kebutuhan
manusia dan lingkungan. Kekeruhan itu tidak
bisa dikorelasikan dengan persentase berat dari
suspended-suspended dalam air itu karena ia
mempunyai hubungan erat dengan cahaya (sifatsifat optiknya), ukuran dan bentuk partikel itu
sendiri. Rawa, berdasarkan Peraturan pemerintah
Republik Indonesia Nomor 27 tahun 1991,
adalah lahan genangan air secara alamiah yang
terjadi terus-menerus atau musiman akibat
drainase alamiah yang terhambat serta
mempunyai ciri-ciri khusus terutama keadaan
tanahnya cekung; ciri kimiawi, terutama derajat
keasaman airnya rendah; dan ciri biologis,
terutama terdapat ikan-ikan rawa, tumbuhan
rawa dan hutan rawa. Kualitas air menyatakan
tingkat kesesuaian air untuk dipergunakan bagi
pemenuhan kehidupan manusia seperti untuk
kebutuhan langsung, air minum, mandi dan
sebagainya. Untuk keperluan air bersih faktor
yang harus diperhatikan adalah kandungan besi,
kesadahan CaCO3, klorida, mangan, nitrat, nitrit,
pH dan kandungan sulfat. Air rawa tidak
memenuhi syarat-syarat kesehatan untuk air
minum karena derajat keasamannya rendah.
2.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di dua tempat.
Persiapan bahan baku membran keramik berupa
serbuk besi dan fly ash di Laboratorium
Kesetimbangan Kimia Jurusan Teknik Kimia
Universitas Sriwijaya. Pengolahan air rawa di
Laboratorium Teknik Pemisahan Jurusan Teknik
Kimia Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya.
Waktu penelitian adalah bulan agustus-november
2011.
Alat Dan Bahan
Alat yang digunakan antara lain :
1. Filter Membran keramik
2. Selang plastik
Jurnal Teknik Kimia No. 2, Vol. 19, April 2013
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Pressure gauge
Pipa PVC
Pompa air
Flowmeter
pHmeter
TDS meter
Oven
Erlenmeyer
Gelas ukur
Ember plastik
Bahan yang digunakan, yaitu :
1. Tanah liat
2. Abu batubara
3. Serbuk besi
4. Air rawa
Prosedur Penelitian
1. Pembuatan Filter Keramik
Pencampuran tanah liat, abu
batubara dan serbukbesi
Dicetak bentuk silinder
Pengeringan
Disusun dalam Tungku
pembakaran,
o
Filter keramik
Gambar 3.1. Diagram Alir Proses Pembuatan Filter
Keramik
Proses Pembuatan Filter Keramik
Berikut ini adalah langkah-langkah dalam
pembuatan filter keramik :
1. Pencampuran tanah liat, abu batubara dan
serbuk besi : dengan perbandingan tanah liat
:abu batubara : serbuk besi yaitu 67,5% : 25%
: 7,5%. Ukuran Serbuk besi dan abu batubara
500µm. Kemudian ditambah air 30%
kemudian diaduk rata.
2. Bahan dicetak dengan cetakan gips.
3. Dikeluarkan
dari
cetakan
kemudian
ditempatkan diatas lembaran pohon pisang.
4. Dikeringkan pada suhu kamar selama 7 hari.
5. Dibakar pada suhu 900 – 1000oC.
6. Lama pembakaran 12 jam, yaitu 4 jam
dilakukan pengasapan dan pembakaran 8
jam.
2.
3. Skema rancangan filter keramik
Membran keramik dibuat dari tanah liat dan
abu batubara yang mempunyai:
Page 63
Diameter dalam
Diameter luar
Ketebalan
Panjang
=
=
=
=
1.
2.
4 cm
5 cm
1 cm
25 cm
Gambar 1. Skema
rancangan membran
keramik
3.
Bau
Total zat terlarut
(TDS)
Kekeruhan
4.
5.
Rasa
Warna
1.
Arsen
2.
3.
4.
5.
11.
12.
13.
Besi
Fluorida
Kadmium
Kesadahan
(CaCO3)
Klorida
Total Kromium
Mangan
Nitrit,
(sebagai
NO2-)
Nitrat
(sebagai
(NO3-)
pH
Seng
Sianida
14.
15.
17.
Sulfat
Timbal
Zat Organik
6.
7.
8.
9
10.
4. Rangkaian Alat Penelitian
mg/l
Tidak Berbau
1500
Skala
25
NTU
Tidak Berasa
Skala
50
PtCo
B. Parameter Kimia
mg/l
0,05
Tidak Berbau
219
15,200
Tidak Berasa
25,000
Mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
1,0
1,5
0,005
500
Negative/
0,01
1,117