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