LAPORAN KEMAJUAN PENELITIAN UNGGULAN DASAR DANA …

i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN UNGGULAN DASAR

DANA ITS 2020

Inovasi Teknologi untuk Mengolah Air Tua (Bittern) menjadi

Produk Bahan Kimia Bernilai Tambah dalam Mendukung

Konsep Garam Industri Terintegrasi

Tim Peneliti :

Arseto Yekti Bagastyo, ST., MT., MPhil., PhD (Teknik Lingkungan/FTSPK)

Ervin Nurhayati, ST., MT., PhD (Teknik Lingkungan/FTSPK) Diah Susanti, ST., MT., PhD (Teknik Material dan Metalurgi/FTI)

IDAA Warmadewanthi, ST., MT., PhD (Teknik Lingkungan/FTSPK)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: 801/PKS/ITS/2020

i

Daftar Isi

Daftar Isi ............................................................................................................................................ i

Daftar Tabel ...................................................................................................................................... ii

Daftar Gambar ................................................................................................................................. iii

Daftar Lampiran ............................................................................................................................... iv

BAB I RINGKASAN ....................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN.......................................................................................................... 2

2.1. Kajian Literatur .................................................................................................................. 2

2.1.1. Karakteristik Limbah Bittern ...................................................................................... 2

2.1.2. Contoh Pemanfaatan Bittern ....................................................................................... 3

2.1.3. Elektrodialisis dan Aplikasinya .................................................................................. 3

2.1.4. Penelitian Terdahulu ................................................................................................... 6

2.2. Hasil Penelitian Awal (Uji Pendahuluan) .......................................................................... 7

2.2.1. Karakteristik Limbah Bittern ...................................................................................... 7

2.2.2. Perubahan Parameter Uji Limbah Cair Bittern ........................................................... 9

2.2.3. Pembentukan Presipitat ............................................................................................. 13

BAB III STATUS LUARAN.......................................................................................................... 17

BAB IV PERAN MITRA ............................................................................................................... 18

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ................................................................. 19

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ..................................................................... 21

BAB VII DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 23

BAB VIII LAMPIRAN................................................................................................................... 24

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran ............................................................................................... 25

ii

Daftar Tabel

Tabel 2.1. Karakteristik Limbah Bittern .......................................................................................... 2

Tabel 2.2. Aplikasi Industri dengan Teknologi Elektrodialisis ........................................................ 6

Tabel 2.3. Penelitian Terdahulu ........................................................................................................ 6

Tabel 2.4. Karakteristik Limbah Bittern Industri Permunian Garam ............................................... 8

Tabel 2.5. Kandungan Ion pada Limbah Bittern Industri Permunian Garam ................................... 9

Tabel 2.6. Prediksi Senyawa Presipitat pada Anoda ....................................................................... 16

Tabel 2.7. Prediksi Senyawa Presipitat pada Katoda ...................................................................... 16

Tabel 6.1. Jadwal Penyelesaian Tahapan Penelitian Tahap I ......................................................... 21

iii

Daftar Gambar

Gambar 2.1. Skema Proses Elektrodialisis ....................................................................................... 4

Gambar 2.2. Susunan Reaktor Elektrodialisis .................................................................................. 5

Gambar 2.3. Skema Mode Operasi Elektrodialisis ........................................................................... 5

Gambar 2.4. Perubahan DHL Air Limbah dan Produk Selama Proses Electrodialysis .................. 10

Gambar 2.5. Perubahan TDS dalam Air Limbah dan Produk Selama Proses Electrodialysis ....... 10

Gambar 2.6. Perubahan Konsentrasi Klorida (Cl) dalam Air Limbah dan Produk Selama Proses

Electrodialysis ................................................................................................................................. 11

Gambar 2.7. Perubahan Konsentrasi Kalsium (Ca) dalam Air Limbah Selama Proses

Electrodialysis ................................................................................................................................. 12

Gambar 2.8. Perubahan Konsentrasi Magnesium (Mg) dan Sulfat (SO4) dalam Air Limbah Selama

Proses Electrodialysis ..................................................................................................................... 12

Gambar 2.9. Perubahan COD Air Limbah Selama Proses Electrodialysis ..................................... 13

Gambar 2.10. SEM Presipitat dalam Kompartemen Anoda dengan Pembesaran .......................... 14

Gambar 2.11. SEM Presipitat dalam Kompartemen Katoda dengan Pembesaran ......................... 14

Gambar 2.12. Hasil Uji EDX Presipitat dalam Kompartemen Anoda ............................................ 15

Gambar 2.13. Hasil Uji EDX Presipitat dalam Kompartemen Katoda ........................................... 15

Gambar 2.14. Hasil Uji XRD Presipitat dalam Kompartemen Anoda ........................................... 15

Gambar 2.15. Hasil Uji XRD Presipitat dalam Kompartemen Katoda .......................................... 16

iv

Daftar Lampiran

Lampiran 1 Tabel Daftar Luaran……………………………………………………………….25

1

BAB I RINGKASAN

Tingginya konsumsi garam di Indonesia khususnya untuk sektor industri masih belum sejalan

dengan tingkat kemampuan produksi garam yang memadahi baik dari sisi kualitas maupun

kuantitas. Masih dominannya pemakaian teknologi konvensional dalam produksi garam

menjadikan garam nasional sebagian besar berkualitas rendah dan laju produksi tidak bisa

memenuhi kebutuhan pasar. Pemerintah menggulirkan program Garam Industri Terintegrasi yang

diklaim mampu meningkatkan kualitas produk garam lokal dari NaCl 88 persen menjadi garam

industri. Di sisi lain, program tersebut harus juga mampu meminimalisir buangan sebagai

konsekuensi proses produksi tersebut. Limbah air tua yang merupakan air buangan sisa produksi

garam mengandung bahan-bahan yang bisa menjadi polutan jika dibuang langsung ke laut.

Walaupun sebenarnya kandungan dalam air tua (bittern) masih bisa bernilai guna dan mempunyai

ekonomi tinggi bila bisa direcovery. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan untk mengembangkan

inovasi teknologi untuk mengolah/merecovery limbah air tua yang berpotensi menjadi produk

bernilai tambah dalam mendukung program pemerintah tersebut.

Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahapan penelitian, yaitu Tahap I (tahun 1- 2020) difokuskan pada

karakterisasi awal limbah bittern yang dihasilkan dari beberapa sumber maupun proses produksi

garam dan potensi valuable products hasil recovery berdasarkan karakteristik limbah tersebut dan

teknologi yang tersedia, salah satunya yang akan dikaji adalah elektrodialisis. Kemudian pada

Tahap II (tahun 2 – 2021), penelitian akan difokuskan pada inovasi teknologi/metode untuk

meningkatkan efisiensi proses recovery limbah bittern sehingga didapatkan tingkat kemurnian

tinggi produk yang bernilai tambah hasil recovery serta efluen limbah bittern yang memenuhi

persyaratan baku mutu. Pada akhirnya di Tahap III (tahun terakhir – 2022), penelitian difokuskan

pada pemantapan/pembuktian konsep (proof-of-concept) pengolahan dan recovery limbah bittern

secara terintegrasi sehingga memiliki kelayakan teknis untuk dapat diterapkan serta dikaji lebih

lanjut terkait kesiapan teknologi termasuk kajian pengelolaan residunya. Luaran yang ditargetkan

adalah publikasi 1 (satu) makalah/paper pada jurnal internasional terindeks Scopus berkategori Q2.

Kata kunci: Bittern, Elektrodialisis, Garam Industri Terintegrasi, Limbah Air Tua, Recovery

Materi

2

BAB II HASIL PENELITIAN

Pada Tahap I (2020), penelitian lebih menitik beratkan pada proses karakterisasi awal dan

memetakan kandungan limbah bittern yang berpotensi untuk dilakukan proses recovery. Selain itu,

dilakukan kajian terhadap beberapa opsi teknologi/metode yang dapat diterapkan dalam proses

recovery limbah bittern. Oleh karena itu, dalam mendukung pelaksanaan tahap 1, maka kajian

literatur dan beberapa skema kerja analisis dasar penelitian dilakukan di tahun pertama (2020).

Berikut ini kemajuan dari pelaksanaan kajian literatur dan hasil penelitian awal.

2.1. Kajian Literatur

Kajian literatur mengacu pada referensi pada jurnal nasional dan jurnal internasional diutamakan

dalam kurun waktu 10 tahun terakhir. Namun tidak menutup kemungkinan untuk membahas

referensi yang terpublikasi > 10 tahun pada topik tertentu yang sangat terbatas akses perolehannya.

Berikut ini adalah ringkasan hasil kajian literatur yang telah dilakukan, meliputi karakteristik

limbah bittern, contoh pemanfaatan linbah bittern, teknologi elektrodialisis dan beberapa penelitian

terdahulu.

2.1.1. Karakteristik Limbah Bittern

Bittern adalah sisa kristalisasi pada proses industri garam yang berbentuk larutan berwarna kuning

agak kecoklatan dengan kepekatan >30 ˚Be. Bittern memiliki berbagai kandungan mineral (seperti

magnesium, natrium, kalium, kalsium, klorida, sulfur dan mineral mikro lainnya), yang tidak dapat

mengkristal saat proses pembuatan garam. Pada umumnya, bittern akan dibuang atau diresirkulasi

kembali ke area penguapan untuk mendapatkan kristal garam dengan kandungan NaCl lebih rendah.

Karakteristik bittern berbeda-beda tergantung dari komposisi yang terkandung di dalamnya, seperti

terlihat pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1. Karakteristik Limbah Bittern

Parameter Satuan Air bittern PT Garam

Sumenep (Madura)

Air bittern perusahaan

garam rakyat (NTB)

pH - 7,08 8,69

Magnesium (Mg) mg/L 51,54 30,54

Natrium (Na) mg/L 46,17 69,53

Kalium (K) mg/L 14,49 7,78

Kalsium (Ca) mg/L 103,15 180,01

Khlor (Cl) mg/L 69,40 70,01

Sulfat (SO4) mg/L < 0,59 < 0,59

Posfat (PO4) mg/L 0,04 0,04

Besi (Fe) mg/L < 0,027 < 0,027

Mangan (Mn) mg/L 0,29 0,47

Tembaga (Cu) mg/L 0,063 0,012

3

Parameter Satuan Air bittern PT Garam

Sumenep (Madura)

Air bittern perusahaan

garam rakyat (NTB)

Boron (B) mg/L 87,28 51,50

Kobalt (Co) mg/L 0,008 0,008

Krom (Cr) mg/L 0.018 0,026

Nikel (Ni) mg/L 0,006 0,007

Kadmium (Cd) mg/L 0,083 0,002

Timah (Sn) mg/L < 0,0003 0,007

Timbal (Pb) mg/L 0,297 0,022

Air raksa (Hg) mg/L < 0,0004 < 0,0004

Arsen (As) mg/L 0,014 0,017

(Sudibyo dan Irma, 2011)

2.1.2. Contoh Pemanfaatan Bittern

Kandungan mineral yang cukup banyak dalam bittern menjadikannya layak untuk direcovery.

Penelitian terdahulu menunjukkan bahwa dengan penambahan NaAlO2 500 mg/L Al3+ dalam pH

13 dan waktu reaksi selama 3 jam, sebesar 96,88% kandungan lithium dalam bittern dapat

direcovery dalam bentuk senyawa LiH(AlO2)2.5H2O (Manao et al., 2012). Selain itu, beberapa

mineral lain yang dapat direcovery dari bittern antara lain boron, magnesium, natrium dengan

menggunakan beberapa proses fisik-kimia seperti koagulasi-flokulasi, elektrokimia, evaporasi, dan

kristalisasi fraksional.

Bittern dapat dimanfaatkan sebagai supplemen mineral ionik pada air minum, elektrolit alternatif

untuk sel aki bekas, serta koagulan pada industri kertas ataupun pengolahan limbah tepung ikan.

Dengan penambahan bittern sebanyak 40-50 ml dan pengadukan selama 50 detik, nilai TSS yang

dapat diturunkan berkisar antara 72,09 – 72,38% (Nugraha et al., 2018).

2.1.3. Elektrodialisis dan Aplikasinya

Elektrodialisis adalah proses penyisihan yang digerakkan dengan listrik menggunakan membran

penukar ion selektif untuk menyisihkan ion dalam larutan air (Gurreri et al., 2020). Pada prinsipnya,

elektroda dan membran penukar ion (anion exchange membran dan cation exchange membrane)

disusun secara bergantian, dengan elektroda diletakkan paling ujung. Elektroda ini berfungsi

sebagai konduktor untuk mengalirkan arus listrik. Skema proses dan susunan reaktor elektrodialisis

dapat dilihat pada Gambar 2.1 dan Error! Reference source not found..

4

Gambar 2.1. Skema Proses Elektrodialisis

(Gurreri et al., 2020)

Sistem operasi dalam proses elektrodialisis dapat digunakan dengan mode batch, feed and bleed,

serta kontinyu (Wenten et al., 2014). Mode batch umumnya digunakan untuk proses elektrodialisis

dengan kapasitas kecil. Pada mode ini, proses demineralisasi cukup tinggi dan tidak bergantung

pada fluktuasi komposisi umpan. Mode feed and bleed umumnya digunakan untuk kapasitas

menengah sampai besar. Sistem feed and bleed ini mudah beradaptasi dengan fluktuasi laju alir dan

komposisi umpan dan demineralisasi yang tinggi. Namun kelemahannya, konsumsi energinya

menjadi lebih tinggi, demikian pula dengan laju resirkulasinya, akibat sistem perpipaan yang lebih

kompleks. Mode kontinyu dapat digunakan untuk proses elektrodialisis dengan kapasitas besar.

Dalam mode ini, konsumsi energi menjadi lebih murah. Selain itu, biaya perpipaan, tangki

penyimpanan, serta kontrol juga dapat ditekan menjadi lebih murah. Akan tetapi, efektifitas proses

menjadi lebih rentan, akibat adanya keterkaitan sistem antara konsentrasi umpan, laju

demineralisasi, serta fluktuasi pada laju aliran. Skema mode operasi elektrodialisis dapat dilihat

pada Gambar 2.3. .

5

Gambar 2.2. Susunan Reaktor Elektrodialisis

(Gurreri et al., 2020)

Gambar 2.3. Skema Mode Operasi Elektrodialisis

(Wenten et al, 2014)

6

Menurut Huang (2007), terdapat 4 (empat) elemen yang berpengaruh dalam proses elektrodialisis,

yaitu: DC Supply, jenis elektroda, membran penukar ion, serta pelarut dan elektrolit. Kelebihan

proses elektrodialisis antara lain recovery pengolahannya tinggi, masa pakai membran yang

digunakan lebih lama, serta operasional prosesnya dapat dilakukan hingga suhu 50 ˚C. Sedangkan

kekurangannya antara lain tidak dapat menyisihkan bakteri atau virus, serta sangat sensitif terhadap

membrane fouling.

Aplikasi industri dengan teknologi elektrodialisis dapat dilihat pada

Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Aplikasi Industri dengan Teknologi Elektrodialisis

Aplikasi Industri Desain Stack dan

Proses

Status

Aplikasi

Hambatan Permasalahan

Desalinasi air payau Sheet dan tortuous,

reverse polarity

Komersial Biaya proses Biaya

Air umpan boiler

dan air umpan

proses

Sheet dan tortuous,

reverse polarity

Komersial Kualitas

produk dan

biaya

Biaya

Pengolahan limbah Sheet dan tortuous,

reverse polarity

Komersial Karakteristik

membran

Fouling

Demineraalisasi

produk makanan

Sheet dan tortuous,

reverse polarity

Komersial

pilot plant

Selektivitas

membran

Fouling

Produksi gram meja Sheet dan tortuous,

reverse polarity

Komersial Biaya proses Fouling

(Strathmann, 2010)

2.1.4. Penelitian Terdahulu

Sebagai referensi dalam pelaksanaan penelitian, beberapa penelitian terdahulu dirangkum dalam

Tabel 2.3.

Tabel 2.3. Penelitian Terdahulu

Penulis Hasil

Hapsari, 2008 Penelitian dilakukan untuk memisahkan ion Natrium (Na) dan

ion Magnesium (Mg), menggunakan variasi operasi waktu

operasi. Waktu operasi yang dilakukan adalah 30, 60, 90, 120

dan 150 menit. Hasil diperoleh untuk ion Na rejeksi 78,43%

dengan waktu 30 menit dan untuk ion Mg rejeksi sebesar

97,02% selama waktu 150 menit.

7

Penulis Hasil

Astuti, 2014 Variasi tegangan yang digunakan dalam penelitian ini adalah 6

V, 9 V dan 12 V. Hasil dari penelitian yang paling efektif adalah

debit 0,13 L/jam (waktu detensi 38 jam) pada tegangan 6V dan

lama pemaparan ozon selama 5 menit. Removal TDS sebesar

35,68%, salinitas 36,65% dan klorida 34,75%.

Elazhar et al, 2014 Penelitian dilakukan secara batch. Hasil penelitian ini

digunakan untuk menyisihkan garam dalam air payau.

Yusuf, 2015 Penelitian dilakukan dengan 3 dan 5 kompartemen. Hasil

recovery garam pada parameter salinitas terbesar adalah pada

rapat arus 2,5 mA/cm2 dengan 5 kompartemen yaitu 29,28%

dan total chlorine sebesar 50,83 mg/L.

Hassan et al, 2019 Penelitian ini menggunakan sistem kontinyu dengan reaktor

biohidrogen. Hasil penelitian untuk memisahkan VFA dengan

elektrodialisis meningkatkan hasil hidrogen dengan faktor 3,5

dan produksi VFA meningkat dari 1894 mg/L menjadi 4678

mg/L. Selama fase fermentasi removal COD sebesar 49,07%

dan VS sebesar 60,52%.

Scarazzato et al, 2015 penelitian menggunakan limbah elektroplating yang

mengandung 1-hydroxyethane-1,1-diplhosphonic aacid

(HEDP), proses elektrodialisis (ED) yang digunakan untuk

menentukan batas arus listrik. Sistem menggunakan 5

kompartemen, menggunakan kationik (HDX 100, warna pink)

dan membran anion (HDX 200, warna hijau).Kurva tegangan

arus digunakan untuk menentukan arus menghasilkan nilai

antara 29,4 mA dan 33,6 mA (1,8 mA/cm2 dan 2,1 mA/cm2).

Guo et al, 2018 Recovery Lithium klorida menggunakan air laut dengan

menggunakan variasi tegangan 3 V-9 V. Hasil dalam penlitian

ini pada 7 V merupakan tegangan yang optimum 62,70%.

2.2. Hasil Penelitian Awal (Uji Pendahuluan)

2.2.1. Karakteristik Limbah Bittern

Sampel limbah bittern didapatkan dari salah satu perusahaan industri pemurnian garam yang

berlokasi di Surabaya. Pada Tabel 2.4 berikut ini dilaporkan data sekunder karakteristik limbah

bittern hasil analisis bulan Januari-Mei 2020.

8

Tabel 2.4. Karakteristik Limbah Bittern Industri Permunian Garam

No Test Description Unit Hasil Analisis

Baku

Mutu

Jan Feb Maret April Mei

Physical Properties

1 Temperature ˚ C 25.3 24.8 26.2 25.9 27.9 40

2 Total dissolved Solid, TDS mg/L 14700 36150 30800 6280 23300 4000

3 Total Suspended Solid, TSS mg/L > 7.5 109 190 48 37 400

Chemical Properties

1 pH pH

units 7.54 7.75 8.13 7.05 7.68 6 – 9

2 Dissolved Iron, Fe mg/L < 0.02 0.21 0.1 0.04 0.03 10

3 Dissolved Manganese, Mn mg/L 0.08 0.43 0.12 0.22 0.2 5

4 Barrium, Ba mg/L 0.25 2.31 2.09 1.43 1.32 3

5 Cupper, Cu mg/L 0.03 0.08 0.07 0.008 0.006 3

6 Zinc, Zn mg/L 0.14 < 0.04 0.12 0.04 0.03 10

7 Haxavalent Chromium, Cr6+ mg/L < 0.005 < 0.005 0.007 < 0.005 < 0.005 0.5

8 Total Chromium, Cr mg/L < 0.108 < 0.108 < 0.108 < 0.108 < 0.108 1

9 Cadmium, Cd mg/L 0.009 0.005 < 0.003 0.006 0.005 0.1

10 Mercury, Hg mg/L < 0.00007 < 0.00007 0.00007 0.00012 0.00022 0.005

11 Lead, Pb mg/L < 0.006 < 0.006 0.046 0.071 0.056 1

12 Stanum, Sn mg/L < 0.00008 < 0.00008 < 0.00008 0.04 0.007 3

13 Arsenic, As mg/L < 0.00004 0.25 0.002 0.11 0.003 0.5

14 Selenium, Se mg/L < 0.006 < 0.006 < 0.006 < 0.006 < 0.006 0.5

15 Nickel, Ni mg/L 0.093 0.45 < 0.08 < 0.08 < 0.08 0.5

16 Cobalt, Co mg/L < 0.13 0.34 < 0.13 < 0.13 < 0.13 0.6

17 Cyanide, CN mg/L 0.01 < 0.005 < 0.005 0.006 0.005 0.5

18 Sulfide, H2S mg/L < 0.015 < 0.015 < 0.015 0.017 0.012 0.1

19 Flouride, F mg/L 1.02 0.9 0.74 0.4 0.32 3

20 Free Chlorine, Cl2 mg/L < 0.04 0.15 0.05 0.04 0.04 2

21 Free Ammonia, NH3-N mg/L 0.014 0.063 0.067 < 0.01 < 0.01 5

22 Nitrate, NO3-N mg/L 1.19 2.22 2.19 0.86 0.73 30

23 Nitrite, NO2-N mg/L 0.008 0.017 0.013 0.05 0.04 3

24

Biochemical Oxygen Demand, BOD5 mg/L 105 566 86 39 17 150

25 Chemical Oxygen Demand, COD mg/L 316 1160 276 151 42 300

26 Surfactants, MBAS mg/L 0.29 0.8 0.033 0.17 0.15 10

27 Phenol mg/L < 0.005 < 0.005 0.01 < 0.005 < 0.005 1

28 Oil and Grease mg/L < 2.4 2.9 < 2.4 3.9 3.4 -

29 Vegetable Oil mg/L < 2.4 < 2.4 < 2.4 2.5 < 2.4 10

9

No Test Description Unit Hasil Analisis

Baku

Mutu

Jan Feb Maret April Mei

30 Mineral Oil mg/L < 2.4 < 2.4 < 2.4 < 2.4 < 2.4 50

Parameter-parameter yang diuji pada Tabel 2.4 didasarkan pada Peraturan Gubernur Jawa Timur

Nomor 72 Tahun 2013 tentang Baku Mutu Air Limbah bagi Industri dan/atau kegiatan Usaha

Lainnya untuk kategori Baku Mutu bagi Kegiatan Industri Lain. Selain parameter-parameter

tersebut, kandungan-kadungan ion penting dan/atau dominan dalam bittern ditampilkan pada Tabel

2.5. Dapat dilihat bahwa kandungan TDS yang tinggi (Tabel 2.4), sebagian besar disebabkan karena

kandungan ion-ion khususnya Na dan Cl (Tabel 2.5). Kandungan TDS yang tinggi inilah yang

selama ini menjadi tantangan bagi industri garam dalam mengolah air limbahnya (bittern) sehingga

memenuhi baku mutu aman dibuang ke badan air.

Tabel 2.5. Kandungan Ion pada Limbah Bittern Industri Permunian Garam

No Parameter Konsentrasi

(mg/L)

Test Method

1 Magnesium (Mg) 2840 APHA 3120 B

2 Natrium (Na) 22825 APHA 3120 B

3 Calcium (Ca) 217 APHA 3120 B

4 Kalium (K) 840 APHA 3120 B

5 Chloride (Cl) 60804 4500-Cl-B

6 Sulfat (SO4) 4518 4500-SO42--E

2.2.2. Perubahan Parameter Uji Limbah Cair Bittern

Selain karakterisasi bittern, pada percobaan pendahuluan dilakukan juga beberapa eksperimen

untuk mendapat gambaran awal fenomena yang terjadi terhadap beberapa parameter uji, seperti

DHL (daya hantar listrik), TDS (total dissolved solid), konsentrasi klorida, calsium, magnesium,

sulfat dan COD (chemical oxygen demand) selama proses elektrodialisis dijalankan.

10

Gambar 2.4. Perubahan DHL Air Limbah dan Produk Selama Proses Electrodialysis

Gambar 2.5. Perubahan TDS dalam Air Limbah dan Produk Selama Proses Electrodialysis

11

Gambar 2.6. Perubahan Konsentrasi Klorida (Cl) dalam Air Limbah dan Produk Selama

Proses Electrodialysis

Parameter uji khususnya DHL, TDS dan konsentrasi klorida diukur pada air limbah dan produk

untuk melihat terjadinya perpindahan ion dari kompartemen anoda dan katoda (air limbah) ke dalam

kompartemen produk. Dapat dilihat pada Gambar 2.4 hingga Gambar 2.6, parameter DHL, TDS,

dan konsentrasi klorida dalam kompartemen produk mengalami peningkatan. Hal ini menunjukkan

bahwa transport ion dari kompartemen anoda dan katoda menuju kompartemen produk terjadi

sebagaimana diharapkan. Peningkatan konsentrasi di kompartemen produk ini seharusnya diiringi

dengan menurunnya kandungan yang sama di dalam air limbah. Namun sebagai mana terlihat pada

Gambar 2.5 dan Gambar 2.6, TDS dan konsentrasi klorida dalam air limbah cenderung tidak

terjadi perubahan. Hal ini kemungkinan disebabkan karena TDS dan konsentrasi klorida awal di

dalam air limbah yang sangat tinggi sehingga perubahan yang relatif kecil tidak terdeteksi dengan

metode analisis yang diterapkan dalam percobaan ini. Sementara itu, DHL air limbah terlihat sedikit

meningkat walaupun DHL dalam produk juga meningkat (Gambar 2.4). Hal ini dikarenakan

walaupun terjadi transport ion dari air limbah ke produk, kemungkinan juga terjadi penguraian

polutan (kandungan organik) dalam air limbah yang menghasilkan spesies terlarut yang bisa

meningkatkan DHL air limbah.

12

Gambar 2.7. Perubahan Konsentrasi Kalsium (Ca) dalam Air Limbah Selama Proses

Electrodialysis

Gambar 2.8. Perubahan Konsentrasi Magnesium (Mg) dan Sulfat (SO4) dalam Air Limbah

Selama Proses Electrodialysis

13

Kandungan magnesium dan sulfat di dalam air limbah diukur untuk mengetahui potensi removal magnesium

dalam air limbah (selain transport menuju ke kompartemen produk) sebagai presipitat garam magnesium

sulfat. Dalam Gambar 2.8 terlihat bahwa magnesium konsisten mengalami penurunan selama proses namun

kandungan sulfat terlihat fluktuatif. Pada analisis selanjutnya (Tabel 2.6 dan Tabel 2.7) didapatkan bahwa

probabilitas terbentuknya presipitat magnesium lebih pada pembentukan magnesium hidroksida. Adapun

untuk kandungan kalsium dalam air limbah (Gambar 2.7) terlihat fluktuatif dan tidak menunjukkan trend.

Gambar 2.9. Perubahan COD Air Limbah Selama Proses Electrodialysis

Gambar 2.9 menunjukkan perubahan COD air limbah selama proses percobaan. Terlihat bahwa kandungan

organik terukur fluktuatif selama proses. Hal ini dikarenakan selain proses electrodialysis terjadi juga proses

oxidasi di dalam kompartemen anoda. Proses oksidasi ini dapat mengkonversi kandungan awal senyawa

organik menjadi senyawa organik lain dan/atau mineral. Tingkat okisidasi senyawa produk antara ini

bervariasi sehingga dalam pengukuran COD terbaca fluktuatif. Selain itu, kandungan ion-ion seperti klorida

dan besi juga merupakan penggangu dalam pengukuran COD. Dalam pelaksanaan analysis COD pada

percobaan selanjutnya hal ini perlu diantisipasi.

2.2.3. Pembentukan Presipitat

Kandungan ion-ion dalam air limbah berpotensi membentuk presipitat. Gambar 2.10 dan Gambar 2.11

menunjukkan SEM image presipitat yang terakumulasi di kompartemen anoda dan katoda. Dari gambar-

gambar tersebut terlihat secara morfologi presipitat dalam kompartemen katoda berukuran lebih besar

dibandingkan presipitat dalam kompartemen katoda. Namun, analisis lebih lanjut untuk mengetahui

penyusun presipitat melalui analisis EDX (Gambar 2.13, Gambar 2.14) terlihat bahwa kandungan kedua

presipitat tersebut hampir sama. Secara umum elemen yang dominan ada adalah Cl, Mg, Na, K, Ca, O.

Perbedaan paling mencolok yang terlihat adalah adanya elemen Fe dalam kompartemen anoda. Hal ini

diperkirakan karena terjadi disolusi ion Fe dari konektor anoda ke dalam larutan yang kemudian mengalami

proses presipitasi (Gambar 2.14).

14

Hal ini sejalan dengan hasil analisis XRD yang dilakukan (Gambar 2.14, Gambar 2.15; Tabel 2.6, 2.7)

bahwa pada presipitat anoda diperkirakan terdapat senyawa FeCl2 yang tidak ditemui dalam presipitat di

kompartemen katoda. Berdasarkan hasil uji XRD tersebut didapatkan bahwa probabilitas tertinggi presipitat

yang terbentuk baik di kompartemen anoda maupun katoda adalah NaCl, CaCO3, Mg(OH)2 dan HgCl.

Sementara untuk presipitat Ca, terjadi perbedaan antara anoda dan katoda; di mana di anoda terbentuk

Ca3(PO4)2 sementara di katoda terbentuk Ca5O13P3. Sebagai pengganti FeCl2, dikarenakan di katoda

tidak terdapat ion Fe, maka terbentuk presipitat HgCl2.

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2.10. SEM Presipitat dalam Kompartemen Anoda dengan Pembesaran

(a) 150x; (b) 250x; (c) 500x; (d) 2500x

(a) (b) (c) (d)

Gambar 2.11. SEM Presipitat dalam Kompartemen Katoda dengan Pembesaran

(a) 150x; (b) 250x; (c) 500x; (d) 2500x

15

Gambar 2.12. Hasil Uji EDX Presipitat dalam Kompartemen Anoda

Gambar 2.13. Hasil Uji EDX Presipitat dalam Kompartemen Katoda

Gambar 2.14. Hasil Uji XRD Presipitat dalam Kompartemen Anoda

16

Gambar 2.15. Hasil Uji XRD Presipitat dalam Kompartemen Katoda

Tabel 2.6. Prediksi Senyawa Presipitat pada Anoda

No Presipitat Formula Persentase (%)

1 Natrium klorida NaCl 35,3

2 Aragonite CaCO3 30,2

3 Magnesium hydroxide (Brucite) Mg(OH)2 17,2

4 Kalsium fosfat Ca3(PO4)2 10

5 Lawrencite FeCl2 6,1

6 Calomel HgCl 1,1

Tabel 2.7. Prediksi Senyawa Presipitat pada Katoda

No Presipitat Formula Persentase (%)

1 Natrium klorida NaCl 36,5

2 Aragonite CaCO3 27,6

3 Magnesium hydroxide (Brucite) Mg(OH)2 16,1

4 Hydroxylapatite Ca5O13P3 9,2

5 Raksa (II) klorida HgCl2 7,9

6 Sylvite HgCl 2,6

17

BAB III STATUS LUARAN

Status luaran wajib berupa publikasi artikel dalam jurnal internasional (min Q2) hingga saat ini

masih dalam proses penyusunan draft artikel. Hal ini dikarenakan pelaksanaan penelitian di

laboratorium sedang berlangsung. Pelaksanaan kajian literatur akan terus dilaksanakan sebagai

antisipasi bila pelaksanaan penelitian di laboratorium mengalami hambatan sehingga data primer

penelitian yang didapatkan kurang mencukupi untuk dapat dilakukan analisis/pembahasan.

Sehingga, luaran wajib berupa publikasi artikel berupa kajian literatur (literature review)

berdasarkan data sekunder maupun hasil studi/penelitian terdahulu akan menjadi alternatif luaran.

Detail status luaran dapat dilihat pada isian ketercapaian luaran di bagian Lampiran 1.

18

BAB IV PERAN MITRA

Tidak ada realisasi kerjasama dan realisasi kontribusi mitra, baik in-kind dan in-cash dalam skema

penelitian unggulan dasar multidisiplin ini.

19

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Tidak dapat dipungkiri, kondisi pandemi (hingga saat ini) mempengaruhi pelaksanaan penelitian

secara umum. Tahun 2020 adalah tahun pertama penelitian dimana segala sesuatunya termasuk

tahap persiapan mengalami hambatan berupa keterlambatan dalam pelaksanaan yang sesuai dengan

jadwal rencana semula.

Adapun kendala-kendala/tantangan yang dihadapi selama pelaksanaan penelitian pada tahap 1 ini

meliputi tahapan kegiatan:

1. Pengambilan sampel limbah bittern

Salah satu tujuan pelaksanaan penelitian Tahap I adalah karakterisasi limbah bittern. Dalam hal ini

diperlukan sampel limbah bittern. Namun proses pengambilan sampel limbah bittern mengalami

keterlambatan 1-2 bulan dari rencana dikarenakan industri pemurnian garam tidak beroperasi karena

status PSBB Kota Surabaya. Sebagai antisipasi, maka dilakukan pengumpulan data sekunder secara

paralel untuk dapat menganalisis data dan menentukan parameter uji yang menjadi analisis

parameter utama. Saat ini, sampel limbah bittern telah dilakukan.

2. Pengadaan material untuk rancang bangun reaktor skala laboratosium dan reactor uji

skala pilot

Seperti halnya kegiatan pengambilan sampel, kegiatan pengadaan material untuk proses rancang

bangun reaktor uji juga mengalami keterlambatan 1-2 bulan dikarenakan tidak beroperasionalnya

vendor penyedia bahan/material karena status PSBB Kota Surabaya. Selain itu juga, beberapa

material harus dipesan dan didatangkan dari luar kota (Jakarta/Jawa Barat) dan mengalami

penundaan, misalnya akrilik, elektroda dan membran. Saat ini, material telah tersedia sesuai

kebutuhan.

3. Pelaksanaan penelitian di laboratorium dan analisis uji laboratorium untuk parameter

kimia

Pelaksanaan penelitian di laboratorium meliputi penelitian karakterisasi limbah bittern dan uji

pendahuluan dengan menggunakan reaktor uji (bench scale). Dengan adanya keterlambatan

pengambilan sampel limbah bittern dan kendala ketersediaan material untuk reaktor uji di

laboratorium, maka pelaksanaan penelitian untuk mendapatkan data primer baru dapat dilaksanakan

pada awal bulan Juni. Selain itu, adanya kebijakan tidak dioperasikannya laboratorium di

Departemen Teknik Lingkungan sebagai lokasi penelitian menyebabkan tertundanya pelaksanaan

penelitian. Uji pendahuluan hanya dapat dilaksanakan selama 7-10 hari, sebelum akhirnya

diberlakukan kebijakan serupa hingga pertengahan bulan Juli. Saat ini, uji pendahuluan sudah

dimulai kembali dan sedang berlanjut tahap pelaksanaan penelitian (pengoperasian reaktor uji skala

laboratorium). Kebijakan pembatasan waktu operasional kegiatan di laboratorium juga memberikan

dampak pada keterlambatan analisis sampel untuk menguji parameter kimia, misalnya uji SEM-

EDX dan XRD yang dilakukan di laboratorium eksternal. Namun saat ini, walaupun terdapat

keterlambatan, pelaksanaan penelitian sudah dapat menyesuaikan dengan kondisi dan situasi yang

ada.

20

4. Proses desain dan perakitan reaktor uji skala pilot

Proses desain reaktor uji skala pilot seharusnya dilakukan setelah mendapatkan data karakteristik

awal limbah bittern dan uji pendahuluan dengan proses elektrodialisis skala laboratorium

menggunakan sistem batch (bench scale). Akan tetapi, dikarenakan adanya keterlambatan

pelaksanaan penelitian sebagaimana pada poin 1 hingga poin 3 di atas, maka desain reaktor uji skala

pilot dilakukan terlebih dahulu sebagai antisipasi pergeseran jadwal penelitian. Desain yang

dilakukan adalah berdasarkan data sekunder dan dengan perhitungan dimensi yang disesuaikan

dengan kondisi ketersediaan alat dan bahan. Sehingga nantinya diperlukan validasi perhitungan

efektifitas proses recovery setelah didapatkan data primer yang lengkap dari hasil uji di

laboratorium. Adapun proses perakitan reaktor uji skala pilot saat ini mencapai 90%, yang juga

masih mengalami kendala dalam hal pengadaan material.

5. Penyusunan draft artikel luaran wajib

Dengan adanya kendala di atas, maka penyusunan draft artikel yang direncanakan berupa research

article masih belum dapat dilaksanakan karena sangat terbatasnya data primer hasil penelitian di

laboratorium. Sebagai antisipasi, maka draft artikel berupa narrative/literature review mengenai

topik penelitian juga dipersiapkan. Artikel ini akan membahas potensi pemanfaatan limbah bittern

dan aplikasi teknologi berdasarkan data sekunder hasil penelurusan studi terdahulu. Saat ini, proses

penyusunan draft artikel untuk luaran wajib masih dalam proses pengerjaan (in progress).

21

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Dalam mencapai luaran yang dijanjikan, rencana penyelesaian penelitian Tahap I, meliputi:

1. Penyelesaian penelitian di laboratorium dan analisis uji laboratorium untuk parameter

kimia

Saat ini, pelaksanaan penelitian sudah dapat menyesuaikan dengan kondisi dan situasi yang ada.

Dengan sisa waktu yang ada di tahun pertama hingga bulan November 2020, penelitian akan

difokuskan pada karakterisasi limbah bittern dan uji pendahuluan menggunakan reaktor bench scale

untuk mendapatkan data primer mengenai potensi produk yang dapat dihasilkan dari proses

recovery limbah bittern menggunakan teknologi elektrodialisis. Adapun tahapan penelitian

mengenai proses permurnian produk akan dilaksanakan pada Tahap II di tahun 2021. Keterlibatan

beberapa asisten peneliti diharapkan mampu untuk mengejar ketertinggalan mendapatkan data

primer uji laboratorium.

2. Penyelesaian rancang bangun reaktor uji skala pilot untuk pelaksanaan penelitian Tahap

II

Dalam 1 bulan ke depan, proses rancang bangun reaktor uji skala pilot dapat diselesaikan. Reaktor

ini dipersiapkan untuk pelaksanaan penelitian Tahap II. Walaupun demikian, bila rencana tahapan

pada poin 1 di atas telah dapat diselesaikan dan masih terdapat waktu, maka penelitian berupa

recovery limbah bittern dengan menggunakan reaktor uji skala pilot dapat dilaksanakan untuk

mendapatkan tambahan data primer sehingga dapat meningkatkan kualitas pembahasan pada draft

artikel yang disusun.

3. Penyelesaian draft artikel luaran wajib

Draft artikel berupa research article untuk luaran wajib akan memuat pembahasan hasil penelitian

uji pendahuluan sebagaimana penjelasan pada poin 1 di atas. Selain itu juga, dipersiapkan draft

artikel berupa narrative/literature review untuk luaran wajib yang akan memuat pembahasan data

sekunder hasil penelurusan studi terdahulu mengenai potensi pemanfaatan limbah bittern dan

aplikasi teknologi berdasarkan data sekunder. Hal ini sebagai antisipasi bila masih terdapat kendala

pelaksanaan penyelesaian penelitian pada poin 1 dan 2 di atas. Pada Tabel 6.1. berikut ini disajikan

jadwal penyelesaian Tahapan Penelitian pada Tahap I (Tahun pertama di Tahun 2020).

Tabel 6.1. Jadwal Penyelesaian Tahapan Penelitian Tahap I

No Nama Kegiatan

Bulan/Minggu

September Oktober November

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1 Karakterisasi limbah bittern (data primer) – Analisis sampel parameter utama X X

2 Penelitian Tahap I:

-Pengaruh jumlah kompartemen dan kuat arus pada proses elektrodialisis sistem batch X X X X

-Analisis sampel parameter utama X X X X

22

No Nama Kegiatan

Bulan/Minggu

September Oktober November

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

-Analisis presipitat SEM-EDX dan XRD X X X X

-Analisis Data dan Pembahasan: Potensi produk recovery dan efisiensi proses elektrodialisis X X X X X X X

3 Finalisasi laporan:

-Log book X X X

-Laporan akhir X X X

-Laporan keuangan/SPJ X X X

4 Publikasi Ilmiah:

- Penulisan draft artikel ilmiah hasil penelitian X X X X X X X

-Penulisan draft artikel (Literatur review) sebagai alternatif X X X X X X X X X X X

5 Target artikel submission (luaran) X X

23

BAB VII DAFTAR PUSTAKA

Astuti, U.P., 2014. Pengolahan air payau menggunakan elektrodialisis dan ozon. Tesis. Teknik

Lingkungan. Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Elazhar, F., Elazhar, M., Hafsi, M., Taky, M., El Midaoni, A., 2014. Performances of electrodialysis

process in desalination of brackish waters at various salinities and voltage. International

Journal of Advanced Chemistry 2(2), 49-52.

Guo Z.H., Ji, Z.Y, Chen, Q.B., Liu, J., Zhao, Y.Y., Li, F., Liu, Z.Y., Yuan. J.S., 2018.

Prefractionation of LiCl from concentrated seawater/ salt lake brines by electrodialysis with

monovalent selective ion exchange membranes. Journal of Cleaner Production 193, 338-350.

Gurreri, L., Cipollina, A., Tamburini, A., Micale, G., 2020. Chapter 6- Electrodialysis for

wastewater treatment-Part I: Fundamentals and municipal effluents. Current Trends and

Future Development on (Bio-) Membranes, 141-192.

Hapsari, N., 2008. Proses pemisahan ion Natrium (Na) dan Magnesium (Mg) dalam bittern

(buangan) industri garam dengan membran elektrodialisis. Jurnal Teknik Kimia 3(1), 192-

198.

Hassan, G.K., Nicolau, J.M., Dinsdale, R., Jones, R.J., Abo-Aly, M.M., El-Gohary, F.A., Guwy,

A., 2019. A novel method for increasing biohydrogen production from food waste using

electrodialysis. International Journal of Hydrogen Energy 44(29), 14715-14720.

Manao, R.D., Alfianto, R., Sumarno. 2012. Recovery garam lithium pada air tua (bittern) dengan

metode presipitasi. Jurnal Teknologi Kimia dan Industri 1(1), 292-297.

Nugraha, K.A., Wesen, P., Mirwan, M., 2018. Pemanfaatan bittern sebagai koagulan alternatif

pengolahan limbah tepung ikan. Jurnal Ilmiah Teknik Lingkungan 8(1), 1-9.

Scarazzato, T., Buzzi, D.C., Bernades, A.M., Tenorio, J.A.S., Espinosa, D.C.R., 2015. Current-

voltage curves for treating effluent containing HEDP: determination of the limiting current.

Brazillian Journal of Chemical Engineering 32(4), 831-836.

Strathmann, H., 2010. Electrodialysis, a mature technology with a multitude of new applications.

Desalination 264(3), 268-288.

Sudibyo, A, Susanti, I., 2011. Studi Pemanfaatan Air Bittern Sebagai Suplemen Dan Pengawetan

Produk Pangan. Jurnal Hasil Penelitian Industri 24(2), 67-83.

Wenten, I.G., Hakim, A.N., Khoiruddin., 2014. Elektrodialisis. Diktat. Teknik Kimia, Institut

Teknologi Bandung.

24

BAB VIII LAMPIRAN

Lampiran berisi table daftar luaran (Format sesuai lampiran 1) dan bukti pendukung luaran wajib

dan luaran tambahan (jika ada) sesuai dengan target capaian yang dijanjikan.

25

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran

Program : Penelitian Unggulan Dasar Dana Lokal ITS

Nama Ketua Tim : Arseto Yekti Bagastyo, PhD

Judul : Inovasi Teknologi untuk Mengolah Air Tua (Bittern)

menjadi Produk Bahan Kimia Bernilai Tambah dalam

Mendukung Konsep Garam Industri Terintegrasi

1.Artikel Jurnal

No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*)

1 Resource Recovery Process from

Waste Bittern: A Review

Environmental Science

and Pollution Research

Persiapan/Penyusunan

draft artikel

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published

2. Artikel Konferensi

No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama

Penyelenggara, Tempat, Tanggal)

Status Kemajuan*)

N/A

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented

3. Paten

No Judul Usulan Paten Status Kemajuan

N/A

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review

4. Buku

No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)

N/A

*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published

5. Hasil Lain

No Nama Output Detail Output Status Kemajuan*)

1 Prototipe Reaktor Elektrodialisis

untuk Recovery Limbah Bittern

Rancang Bangun Peralatan

untuk Proses Recovery

Tahap Perakitan dan

Uji Coba

*) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini

6. Disertasi/Tesis/TugasAkhir/PKM yang dihasilkan

No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)

1 Afrah Zhafirah

Sinatria

03211950010006 Recovery Garam dari Limbah

Bittern Menggunakan Metode

Elektrodialisis

In progress

*) Status kemajuan: cantumkan lulus dan tahun kelulusan atau in progress