Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktifdigilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · zat terlarut menentukan kebutuhan struktur membran yang digunakan.

Hasil Pene/itian P2PLR Tahun 2002

ANALISIS KARAKTERISTIK MIEMBRAN OSMOSA BALIKFILMTECH TW30-1512-F UNTUK: PENGOLAHAN LIMBAH

Dyah SJjlistyani RPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKANALISIS KARAKTERISTIK MEMBRAN OSMOSA BALIK FILMTECH TW30-1512-F

UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH. Karakteristik pada membran Osmosa balik Filmtech TW30-1512-F telah dipelajari dengan menggunakan larutan umpan Cesium Nitrat dan Cobalt Nitrat.Dalam penelitian ini diamati fluks larutan umpan melewati membran , faktor rejeksi dankonsentrasi larutan umpa~ dalam permeat. Perubah yang dig'Jnakan adalah suhu larutanumpan dari 30°C sampai 50° C dan tekanan larutan umpan dari 3 atm sampai 5 atm. Hasilnyamenunjukkan bahwa kenaikan tekanan operasi diikuti oleh penurunan faktor rejeksi ,kenaikanfluks permeat serta kenaikan konduktivitas larutan umpan dalam perr:leat. Sedangkankenaikan suhu umpan menyebabkan kenaikan fluks umpan melewati membran dankonduktivitas serta menyebabkan turunnya factor rejeksi. Pada penelitian ini factor rejeksi yangtinggi dan konduktivitas yang rendah direroleh pada suhu 30° C dan tekanan 3 atm yaitu untuklarutan umpan Co NO3, R = 88,64% dan konduktivitas = 0,53 mS/cm, sedangkan untuk larutanumpan Cs NO3, R = 89,06% dan konduktivitas = 0,25 mS/cm.

ABSTRACTCHARACTERISTIC OF FILMTECH TW30-1512-F REVERSE OSMOSIS MEMBRANE

FOR WASTE TREATMENT. Characteristic of Filmtech TW30-1512-F reverse osmosismembrane were studied with cesium nitrate and cobalt nitrate as feed solution. This researchfeed solution through membrane, rejection factor and conductivity of solution were determinedas function of feed temperature varying from 30"C to 50"C ,and operation pressure varying from3 atm to 5 atm. The result show that increasing of operation pressure is followed by decreasingof rejection factor, increasing of permeat flux through membrane and increasing of feed solutionconcentration in permeate. The increasing of feed temperature is followed by increasing of fjuxthrough membrane, increasing of conductivity and decreasing of rejection factor. High rejectionfactor and low conductivity of CoNO3 solution in permeate are found when temperature = 30 "Cand operation pressure = 3 atm , R = 88,64% and conductivity = 0,53 mS/cm. High rejection

factor and low conductivity of CsNO3 solution in permeate are found when temperature = 30 "Cand operation pressure = 3 atm, R = 89,06% and conductivity = 0,25 mS/cm.

PENDAHULUANSebagai salah satu alternatif teknik pengolahc.n limbah cair, maka perlu

dikembangkan teknik membran, khususnya membran osmosis balik. Dalamskala industri, teknologi membran digunakan untuk perrlurnian air, di industrimakanan untuk pemekatan juice (minuman) dan susu. Mem~ran merupakanmedia yang bersifat sebagai filter yang dapat memisahkan campuran senyawayang terlarut dengan cara yang amat spesifik. Proses pemisahan sangatdipengaruhi oleh struktur membran, yaitu ukuran pori, distribusi dan porositasmembran. Dengan demikian, ukuran partike!1 atau molekul serta sifat-sifat kimiazat terlarut menentukan kebutuhan struktur membran yang digunakan. Jenismembran ini mempunyai ukuran pori 1:ertentu dimana interval tersebutmenentukan tiDe membran. Membran diklasifikasikan berdasarkan ukuran

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

senyawa yang akan dipisahkan, seperti membran osmosa balik (RO) untukukuran molekul 0,1 -150 nm dan Mikrofiltrasi (MF) untuk ukuran molekul10-1000 nm. Membran osmosa balik (RO) tipe T'J'/30 -1512 -10 FilmTech madein USA adalah didesain untuk pemisahan molE~kul NaGI atau proses desalinasiyang menghasilkan air tawar.

Osmosa balik digunakan untuk memisahkan bahan dengan beratmolekul rendah atau garam anorganik dari larutan, dimana aplikasinya dapatditemukan pada desalinasi air laut. Prinsip osmosa balik adalah memindahkanpelarut dari larutan encer ke larutan pekat. Untuk membiarkan air (pe!arut)melalui membran, tekanan yang digunakan harus lebih besar dari tekananosmotic (biasanya kira-kira tiga kali lebih besar). Akan tetapi, membran harusdapat melewatkan pelarut saja, bukan zat terlarut (garam). Membran yangdigunakan pada proses ini biasanya adalah membran yang porinya sangat kecilatau padat (dense).

Pada penelitian terdahulu, telah dipelajari pemodelan untukpengoperasian modul membran osmosis balik. Dalam kajian ini, diperolehkajian-kajian dan persamaan dasar yang diperlukan Uiltuk pengoperasianmembran osmosis balik. Pad a penelitian ini dikembangkan untuk ujikarakteristik membran osmosis bailk (RO) dengan menggunakan larutanGsNO3 dan GoNO3 sebagai larutan umpan dengan mengamati pengaruh faktorsuhu dan tekanan, sebagai langkah awal dalam upaya mempelajarikemungkinan teknik ini untuk pemekatan limbah radioaktif cair aktivitas rendahpada berbagai ukuran partikel zat terlarut.

TEaRI

.Jika liP < li TT Jw

...Jw Jika ~p < ~TT

Gambar 1. 8kema pemisahan menggunakanmembran dengan prinsip osmosisbalik

100

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Gambar 1 menunjukkan gambar skematik pemisahan menggunakanmembran dengan prinsip osmosis balik. SIJpaya air bisa melewati membran,maka tekanan operasi harus lebih besar dari tekanan osmosis. Ketika tekananlebih tinggi dari tekanan osmosis ,air mengalir dari larutan konsentrat menujularutan yang encer. Efektif air mengalir melalui membran ditunjukkan padapersamaan :

Jw = A (~P < ~TT)1)

Ketika R< 100 % dan <3 < 1 , maka persamaan menjadi

Jw = A (!:lP- 6 I1TT) (2)

Js B.L\c s=(3)

L1Cs = Ct -Cp(4)

Js = B./).cs(5)

dimana :i1cs adalah perbedaan konsentrasi zat terlarut antara membran

Jw adalah fluks pelarut melewati membranA adalah koefisien permeabilitas pelaruti1P adalah tekanan operasi, yaitu perbedaan tekanan pada dua sisi

membran6 adalah koefisien refleksi (idealitas membran) yang harganya antara 0

sampai 1 (6 =1 berarti membran hanya rneloloskan air atau pelarut gaia,sedangkan 6 = 0 artinya membran sarna sekali tidak selektif)

i1 TT adalah perbedaan tekanan osmosis larutan pad a dua sisi membranB adalah koefisien permeabilitas zat terlarutJs adalah fluks zat terlarut m~lewati membranR adalah factor rejeksi

B sebagai fungsi dari difusivitas (:Os) dan koefisien distribusi (Ks)ditunjukkan pada persamaan dibawah ini :

Ds.Ks

t:J.xB= (6)

dimana t::.x adalah perbedaan fraksi mollarutan

Dari persamaan (1) menunjukkan bahwa kenaikan tekanan meningkatdengan peningkatan fluks pelarut.

101

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Selektivitas membran ditunjukkan dengan factor rejeksi R :

R = 1 Js/Jw

~~=1-~ (7)Cr Cf

dimana cp adalah konsentrasi zat terlarut dalam permeat (mg/liter),Cf adalahkonsentrasi zat terlarut dalam umpan (mg/liter)

BAHAN DAN ALA T

BahanLarutan CsNO3 1000 ppm, larut2n CoNO3 1000 ppm, aquadest.

AlatAlat yang digunakan adalat] membran RO Filmtech TW 30 -1512 -F

METODEDilakukan pengujian dengan membran RO Filmtech TW 30 -1512 -F

dengan larutan CoNO3 dan larutan CsNO3 masing-masing dengan konsentrasi1000 ppm dengan variasi suhu 300 C, 400 C dan 500 C. dan variasi tekananyaitu 3 atm, 4 atm dan 5 atm. Permeat yang dihasilkan ditampung dalambeaker glass dan diukur fluksnya,.

Semua permeat yang dihasilkan diukur konduktivitasnya dengan alatkonduktometer. Faktor Rejeksi (R) dihitung dengan menggunakanpersamaan 7.

HASIL DAN PEMBAHASANPengaruh tekanan operasi terhadap fluks permeat dan factor rejeksi (R)

dari larutan Cs dan larutan Co adalah fluks permeat akan mengalami kenaikandengan naiknya tekanan operasi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaanJw = A(~P -~ TT), dimana dengan naikknya perpedaan tekanan pada dua sisi

membran, sehingga (~p -~ TT) semakin besar, sehingga menyebabkan

naiknya fluks permeat. Konduktivitas juga mengalami kenaikan dengan adanyakenaikan tekanan operasi. Sedangkan Faktor Rejeksi akan mengalamipenurunan dengan adanya kenaikan tekanan operasi. Dari percobaan ini dapatdiamati bahwa fluks permeat dan factor rejeksi yang tinggi serta konduktivitasyang diperoleh pada tekanan operasi 3 atm, terlih3t pad a Gambar 2 danGambar 3.

102

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

I

_1

"§ j"G)"4i'~...0-,~~~

::!~==~====:==:::~~===::

tA.~'~ ===:=::=:=:~=======:: ". 0 .7550.6969

-0.6388

30 40 50

Suhu (Oc)

t9kanan 4 atm-+- tekanan 3 amI ~ t~!~"'~"'cn5 a' tm---~f(J! " .--~---"~-

Gambar 3. Kurva Suhu vs R Larutan CsNO3

Pengaruh suhu operasi akan menyebabkan kenaikan fluks permeat,seperti diperlihatkan pad a Gambar 4 dan 5, hal itu dapat dijelaskan pad3pengamatHn pada kinerja membran, dimana dengan kenaikan suhu ,makadapat menyebabkan disosiasi pada bahan membran, sehingga kinerja darimembran menurun dan menyebabkan naiknya fluks permeat danmengakibatkan naiknya konduktivitas dalam permeat seperti diperlihatkan padaGambar 6 dan 7 dan faktor Rejeksi dalam hal ini mengalami penurunan sepertidiperlihatkan pad a Gambar 2 dan 3. Dari percobaan diamati bahwa flukspermeat dan factor rejeksi yang tinggi serta konduktivitas yang rendahdiperoleh pad a suhu operasi 30°C.

103

1[).9D.8[).70.60-50.40.3-

0.20.1

0

HasH

Penelitian

P2P

LR

Tahun

2002

Gam

bar 4. K

urva S

uhu vs F

luks Larutan

CoN

O3

Gam

bar 5. K

urva F

lux vs Suhu

Larutan C

sNO

3

104

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

.,

0"40

Suhu (C)

50

~ tekanan 3 atm ---tekanan 4 aim -.-tekanan 5 atm

Gambar 6. Suhu vs Konduktivitas Larutan GoNG3

30 50

Suhu(~C)

--tekanan 4atm-+- tekanan 3 atmi

-.-teqnan5 am IJ

Gambar 7. Kurva Suhu vs Konduktivitas Larutan CsNO3

105

HflSil Penelitifln P2PLR Tahun 2002

Oari penelitian ini, dapat diamati pula bahwa percobaan denganmenggur.akan larutan Co dan larutan Cs sebagai larutan umpan , ternyatamenunjukkan bahwa factor rejeksi (R) hasil permeat pada larutan Co lebihrendah dari pada larutan Cs, hal ini dikarenakan ukuran r u?r:-jari) ion Co2+( = 0,65Ao ) lebih kecil dibandingkan dengan ukuran r uari-jari) ion Cs+

(=1,69AO) , sehingga kendala lolosnya ion tersebut melewati membran lebihbesar dan ini berpengaruh terhadap pengukuran konduktivitas dan fakto rejeksilarutan tersebut. Selain r uari-jari) ion ,ternyata nomor massa berpengaruh jugaterhadap proses pemisahan membran. Nomor massa ion Cs+ = 137, lebihbesar dari nomor massa Co2+ = 60, sehjngga akan menimbulkan fouling pada

membran , hal ini akan berpengaruh pad a hasil permeat, dimana pengukurankonduktivitas akan lebih rendah ,sedangkan factor r~jeksi akan meningkat.

KESIMPULANHasil penelitian menunjukkan bahwa kenaikan tekanan operasi diikuti

oleh penurunan factor rejeksi, kenaikan fluk permeat dan kenaikankonduktivitas larutan umpan dalam permea_t. Sedangkan ken3.ikan suhu umpanmenyebabkan kenaikan fluks umpan melewati mem.bran dan kenaikankonduktivitas serta menyebabkan turunnya facto! rejeksi. Faktor rejeksi danfluks permeat yang tinggi serta konduktivitas yang rendah diperoleh pada suhu30 C dan tekanan 3 atm, yaitu:untuk larutan umpan Co, konduktivitas = 0,53 mS/cm, R = 88,64%,

sedangkanuntuk larutan umpan Cs, konduktivitas = 0,25 mS/cm, R = 89,06%.

DAFTAR PUSTAKA1. OHYA, H. 1976. Reverse Osmosis Method. Membran Separation

Engineering. Kagaku Pub. Co. Tokyo. P.2732. Winduwati S.,Yohan, Rifaid M.Nur. ,1996. Karakteristik Osmosis balik

Membran Spiral Wound, Hasil penelitian PTPLR 19963. Rifaid M.Nur , Status Pengembangan Sains Dan Teknologi Membran di

Indonesia., Buletin Limbah , Volume 7 Nomor 1 tahun 2002, ISSN 0853-5221.

4. Marcel Mulder., Basic Principles of f\1embran Technology.,Kluwer., Academic Publishers., Nedherlands, 1996.

106