pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dari...
TRANSCRIPT
1 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DARI
UNIT DEOILING PONDS MENGGUNAKAN MEMBRAN
MIKROFILTRASI
T E S I S
Oleh
FARIDA HANUM 057022002/TK
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2009
S
EK O L A
H
PA
SC A S A R JANA
2 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DARI
UNIT DEOILING PONDS MENGGUNAKAN MEMBRAN
MIKROFILTRASI
T E S I S
Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik dalam Program Studi Teknik Kimia
pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara
Oleh
FARIDA HANUM 057022002/TK
SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2009
3 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Judul Tesis : PENGOLAHAN LIMBAH CAIR PABRIK KELAPA SAWIT DARI UNIT DEOILING PONDS MENGGUNAKAN MEMBRAN MIKROFILTRASI
Nama Mahasiswa : Farida Hanum Nomor Pokok : 057022002 Program Studi : Teknik Kimia
Menyetujui, Komisi Pembimbing
(Dr. Ir. Tjahjono Herawan, M.Sc) Ketua
(Dr. Sutarman, M.Sc) (Dr.Ir. Irvan, MSi) Anggota Anggota
Ketua Program Studi, Direktur,
(Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia) (Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B., M.Sc)
Tanggal lulus : 27 Januari 2009
4 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Telah diuji pada : Tanggal 27 Januari 2009
PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Dr. Ir. Tjahjono Herawan, MSc Anggota : 1. Dr. Sutarman, MSc
2. Dr. Ir. Irvan, MSi
3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia
4. Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc
5. Zuhrina Masyithah, ST, MSc
6. Mersi Suriani Sinaga, ST, MT
5 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
ABSTRAK Produksi minyak sawit mentah (crude palm oil, CPO) di Indonesia terus meningkat sehingga akan menambah jumlah limbah cair yang dihasilkan. Oleh karena itu dilakukan penelitian skala laboratorium yang bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja proses mikrofiltrasi menggunakan bahan keramik dalam pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dari unit deoiling ponds serta menyusun model yang sesuai untuk karakteristik proses mikrofiltrasi . Sedangkan manfaat penelitian adalah untuk memberikan alternatif pengolahan limbah cair yang lebih baik bagi pabrik kelapa sawit. Penelitian dilakukan dalam tiga tahapan, pertama penentuan trans membrane pressure (TMP) optimum, kedua nilai TMP optimum tersebut digunakan untuk mengoperasikan membran untuk memperoleh permeat dengan kualitas analisis terbaik, ketiga proses pemekatan retentat untuk mengutip total padatan terlarut. Selanjutnya penelitian diakhiri dengan menyusun model untuk memperkirakan fluks permeat pada proses mikrofiltrasi dan model untuk memprediksi nilai COD permeat. Disamping itu juga dihitung konstanta pembentukan cake dan koefisien rejeksi. Hasil penelitian menunjukkan membran mikrofiltrasi dapat merejeksi COD dari limbah deoiling ponds sebesar 67,94 %, rejeksi total padatan (TS) sebesar 46,26 %, rejeksi total padatan melayang (TSS) sebesar 96 %, kenaikan pH dari 4,6-5,9.Model yang diperoleh J=76,64α∆P, sedangkan model untuk prediksi COD = -0,006t3+2,788t2-392,3t+35847. Nilai konstanta pembentukan cake diperoleh 6.10-6 dan koefisien rejeksi sebesar 47,19 %. Kata kunci : Limbah deoiling ponds, membran mikrofiltrasi, rejeksi COD, rejeksi TS,
rejeksi TSS, kenaikan pH
6 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
ABSTRACT
Crude palm oil (CPO) production would be increased in Indonesia, so it could create the amount of liquid waste. Therefore conducted by research in laboratory scale to know performance microfiltration ceramic membrane to process of liquid waste of oil palm factory from deoiling ponds and also compile the appropriate model for the characteristic of microfiltration processing. While research benefit the better liquid waste processing alternative for oil palm factory. Research done in three step, first determination of trans membrane pressure (TMP) optimum, second using the optimum TMP to operate membrane to get permeate with the best analysis quality, third condensed process of retentate to taking solid total. Research terminate by compiling model to estimate the flux permeate at microfiltration process and model for predicted assess the COD permeate. Beside that also calculated forming of cake constant and coefficient rejection. Result of research show the membrane microfiltration earn the rejection COD from waste of deoiling ponds equal to 67,94 %, total solid rejection equal 46,26 %, total suspended solid rejection equal 96 %, increase pH from 4,6-5,9. Model obtained by J=76,64α∆P, while model to predicted COD=-0,006t3+2,788t2-392,3t+35847. Value of forming cake constant by 6.10-6 and rejection coefficient equal 47,19 %. Keyword : Deoiling ponds waste, microfiltration membrane, rejection COD, rejection
total solid, rejection total suspended solid, increase pH
7 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
KATA PENGANTAR
Segala puji berhak disampaikan kepada Allah SWT seiring dengan ucapan
Alhamdulillahi Rabbil’alamin atas segala karunia-Nya sehingga tesis ini dapat
diselesaikan. Tesis ini berjudul “ Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari
Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi”. Tesis ini disusun setelah
melalui tahapan penelitian yang dilakukan di Pusat Penelitian Kelapa Sawit (PPKS)
Medan. Oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya atas
segala bantuan dan fasilitas yang telah diterima. Penulis mengucapkan terima kasih
dan penghargaan yang tinggi kepada dosen pembimbing Dr.Ir. Tjahjono Herawan,
MSc ; Dr. Sutarman, MSc ; Dr. Ir. Irvan, MSi atas bantuan, bimbingan, curahan ilmu,
serta asih dan asuh yang telah diberikan dari penelitian sampai penyusunan tesis.
Pada kesempatan ini disampaikan pula ucapan terima kasih kepada yang terhormat :
1. Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.A(K), selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara atas kesempatan untuk mengikuti Pendidikan Program
Magister
2. Prof. Dr. Ir. T. Chairun Nisa B, MSc selaku Direktur Sekolah Pascasarjana
USU atas kesempatan menjadi mahasiswa Magister Teknik Kimia USU
3. Prof. Dr. Ir. Setiaty Pandia selaku Ketua Program Studi Magister Teknik
Kimia SPs USU sekaligus sebagai tim pembanding tesis
4. Dr. Halimatuddahliana, ST, MSc selaku sekretaris Program Studi Magister
Teknik Kimia SPs USU sekaligus sebagai tim pembanding tesis
5. Zuhrina Masyithah, ST, MSc dan Mersi Suriani Sinaga, ST, MT selaku tim
pembanding tesis
6. Kedua Orang tua, Muchtar Ibrahim dan Dra. Nurhafifah, serta abangandaku
Safri Hadi
8 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
7. Suamiku tercinta Suwandi serta anak-anakku tersayang Zulfikri Anwar dan
Rafie Maulana
8. Staf pengajar Magister Teknik Kimia USU
9. Staf pengajar Departemen Teknik Kimia USU
10. Pegawai administrasi Magister Teknik Kimia USU
11. Para Peneliti di PPKS beserta para teknisinya
12. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Magister Teknik Kimia USU
Akhir kata saya memohon kritik dan saran untuk perkembangan penelitian
selanjutnya.
Medan, Januari 2009
Penulis
9 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
RIWAYAT HIDUP
Nama : Farida Hanum
Tempat/Tgl lahir : Banda Aceh/ 10 Juni 1978
Agama : Islam
Pekerjaan : Staf Pengajar Departemen Teknik Kimia USU (thn 2001-
sekarang)
Pendidikan : 1. SDN 060814 Medan (thn 1984-1990)
2. MTsN Medan (thn 1990-1993)
3. MAN 1 Medan (thn 1993-1996)
4. Program Studi Teknik Kimia USU (thn 1996-2001)
Status Keluarga : Menikah
Nama suami : Suwandi
Nama anak : 1. Zulfikri Anwar
2. Rafie Maulana
10 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK ..................................................................................................... i ABSTRACT ..................................................................................................... ii KATA PENGANTAR ...................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP ......................................................................................... v DAFTAR ISI ...................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ............................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ..................................................................................... xi TATA NAMA .................................................................................................... xii I.PENDAHULUAN ............................................................................................ 1 1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ...................................................................... 5 1.3. Tujuan Penelitian ............................................................................. 6 1.4. Manfaat Penelitian ......................................................................... 6 1.5. Lingkup Penelitian ......................................................................... 7 II. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................. 9 2.1. Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit .................................. 9 2.2. Proses Pemisahan Dengan Membran .............................................. 14 2.2.1. Proses Perpindahan Pada Membran ....................................... 15 2.2.2. Proses Pembuatan Membran .................................................. 19 2.2.3. Aplikasi Industri dari Membran .............................................. 23 2.3. Proses Mikrofiltrasi .......................................................................... 25 2.4. Pola Aliran Dalam Membran ........................................................... 29
2.5. Penyusunan Model .............................................................................. 33 2.5.1. Model Untuk Memperkirakan Fluks Permeat ..................... 33 2.5.2. Model Untuk memperkirakan Rejeksi COD Limbah ......... 37 III. METODOLOGI PENELITIAN .................................................................... 39 3.1. Lokasi dan Waktu ............................................................................ 39 3.2. Bahan dan Metoda ........................................................................... 39 3.2.1. Bahan dan Alat ....................................................................... 39 3.2.2. Metoda ................................................................................... 42
11 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... 49 4.1. Karakterisasi Membran ................................................................... 49 4.2.Pengolahan Limbah Dari Unit Deoiling Ponds ................................ 51 4.2.1. Hubungan Antara Fluks Permeat Dengan Beda Tekanan
(TMP) ...................................................................................... 51 4.2.2. Rejeksi COD Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar ..... 53 4.2.3. Rejeksi Total Solid (TS) Terhadap Waktu Operasi Pada
TMP 0,6 Bar ............................................................................ 55 4.2.4. Rejeksi Total Suspended Solid (TSS) Terhadap Waktu
Operasi Pada TMP 0,6 Bar ..................................................... 57 4.2.5. Kenaikan pH ............................................................................ 59 4.2.6. Profil Penentuan VCR (Volume Concentration Ratio) ........... 60 4.3. Penyusunan Model Untuk Proses Mikrofiltrasi ............................... 62 4.3.1. Model Untuk Memperkirakan Fluks Permeat ……………… 62 4.3.2. Model untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah ............. 69 4.4. Menghitung Konstanta Pembentukan Cake ...................................... 70 4.5. Menghitung Selektifitas Membran .................................................... 72 V. PENUTUP ...................................................................................................... 74 5.1. Kesimpulan ...................................................................................... 74 5.2. Saran ................................................................................................. 76 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 77
12 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman 1. Komposisi Limbah Awal ……………………………………………... 12 2. Komposisi Zat Nutrien Serat Buah, Padatan Terlarut/Tersuspensi,
Daun Pelepah, Bungkil Inti Sawit, dan Dedak Padi …………………. 13
3. Klasifikasi Proses Pemisahan Dengan Membran Berdasarkan Gaya Dorongnya ................................................................................... 17
4. Porositas dan Distribusi Ukuran Pori Membran .................................... 19 5. Karakteristik Beberapa Modul Membran ............................................. 22 6. Aplikasi Industri Dari Membran ........................................................... 24 7. Aplikasi Industri Membran Mikrofiltrasi .............................................. 25 8. Karakteristik Membran yang Digunakan ............................................... 50 9. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 1............................ 64 10. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 2
(menggunakan faktor koreksi 0,9) ........................................................ 66
11. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 3 .......................... 67 12. Data Koefisien Rejeksi Membran .......................................................... 72 13. Hasil Penelitian Dibandingkan Dengan Baku Mutu Limbah Cair PKS .. 73
13 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman 1. Skema Proses Pemisahan Dengan Membran ........................................ 16 2. Beberapa Jenis Modul Membran .......................................................... 21 3. Modul Membran Mikrofiltrasi Keramik dan Housingnya .................... 27 4. Bentuk Geometri Pori Membran Mikrofiltrasi ...................................... 28 5. Ukuran Pori Membran Mikrofiltrasi, Ultrafiltrasi, dan Reverse
Osmosis ................................................................................................... 29
6. Pola Aliran Dalam Membran .................................................................. 30 7. Model Hubungan Fluks Terhadap Waktu ............................................... 31 8. Hubungan Antara Fluks Dengan ∆P Pada Mikrofiltrasi dan Ultrafiltrasi . 35 9. Skema Proses Aliran Fluida Melalui Pori Membran ................................. 36 10. Rangkaian Peralatan Membran Mikrofiltrasi Keramik ............................. 40 11 Membran Mikrofiltrasi Keramik ............................... ................................ 41 12. Hubungan Antara Fluks Permeat Dengan Beda Tekanan ................. ........ 52 13. Rejeksi COD Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar ..................... 54 14. Rejeksi Total Solid (TS) Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar ..... 56 15. Rejeksi Total Suspended Solid (TSS) Terhadap Waktu Operasi
Pada TMP 0,6 Bar ..................................................................................... 57
16. Kenaikan pH Permeat Pada Berbagai Waktu ........................................... 59
14 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
17. Hubungan VCR Dengan TS ..................................................................... 61 18. Perbandingan Data Hasil Penelitian Dengan Model 1....................... ........ 65 19. Perbandingan Model 1 dan 2 Dengan Variasi TMP ................................ 68 20. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah .............................. 69 21. Penentuan Konstanta Pembentukan Cake Membran Mikrofiltrasi............ 71
15 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Judul Halaman 1. Spesifikasi Peralatan Membran Mikrofiltrasi Keramik ...................... 80 2. Data Hasil Penelitian ........................................................................... 84 3. Perhitungan Nilai Residu ..................................................................... 90 4. Prosedur Percobaan .............................................................................. 114 5. Gambar Limbah Deoiling Ponds …………………………………….. 124
16 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
TATA NAMA
J fluks permeat, L/m2jam atau LMH
r Jari-jari saluran atau pori, m
∆P Beda tekanan (trans membrane pressure), bar
η Viskositas cairan, PaS
τ Tortuosity
∆X Tebal membrane, m
ε Porositas permukaan membrane
k Konstanta pembentukan cake
t Waktu, jam dan menit
R Koefisien rejeksi
Cp Konsentrasi zat terlarut dalam permeat, mg/l
Cf Konsentarsi zat terlarut dalam umpan, mg/l
dp Diameter pori rata-rata
α Faktor koreksi
17 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
I. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Minyak sawit mentah (Crude Palm Oil, CPO) merupakan komoditas andalan
penghasil devisa bagi Indonesia dari sektor industri agro. Indonesia memegang
peranan penting dalam penguasaan pasar CPO dunia dimana sekitar 80 % minyak
kelapa sawit yang beredar di pasaran dunia dihasilkan oleh Indonesia dan Malaysia.
Selain itu dinyatakan juga bahwa kontribusi minyak sawit terhadap ekspor nasional
mencapai 6 % sehingga membuat komoditas ini menjadi nomor satu dari produksi
Indonesia. Sejak tahun 2005 minyak sawit telah menjadi minyak makan terbesar di
dunia. Konsumsi minyak sawit dunia mencapai 26 % dari total konsumsi minyak
makan dunia. Pasokan CPO untuk produksi dalam negeri juga meningkat menjadi
12,8 juta ton pada tahun 2005, bila dibandingkan dengan tahun 2004 yang hanya
mencapai 12,5 juta ton. Diperkirakan pada tahun 2010 perkebunan kelapa sawit dapat
menyerap hingga 500 ribu tenaga kerja dan menghasilkan 2,7 juta TBS (tandan buah
segar) per tahun dan dipekirakan Indonesia akan menjadi produsen minyak sawit
terbesar di dunia (Ditjenbun, 2006). Hal ini dimungkinkan karena ketersediaaan lahan
maupun tenaga kerja yang lebih kompetitif. Untuk bersaing di pasar global,
18 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
perkembangan dan persyaratan perdagangan Internasional perlu diantisipasi
(Ditjenbun, 2006).
Dengan bertambahnya produksi CPO berarti akan semakin bertambah pula
jumlah limbah yang dihasilkan. Baik limbah cair, limbah padat, maupun gas. Limbah
yang dihasilkan PKS termasuk kategori limbah berat dengan kuantitas yang tinggi
dan kandungan kontaminan mencapai hingga 20.000-60.000 mg/l untuk BOD
(biochemical oxygen demand) dan 40.000-120.000 mg/l untuk COD (chemical
oxygen demand). Kadar air 95%, padatan terlarut/tersuspensi 4,5%, serta sisa minyak
dan lemak emulsi 0,5 -1% (Buku panduan Teknologi Pengendalian Dampak
Lingkungan Industri Minyak Kelapa Sawit Di Indonesia). Limbah terutama
dihasilkan dari tahap perebusan, pengendapan, dekantasi, dan sentrifugasi yang
dilakukan selama proses klarifikasi CPO. Kapasitas limbah cair menurut pusat
penelitian kelapa sawit (1992-1993) berkisar 1-1,3 m3/ton tandan buah segar atau 2-3
ton limbah cair /ton minyak.
Pengolahan limbah cair industri kelapa sawit yang ada saat ini di Indonesia
umumnya menggunakan unit pengumpul (fatpit) biasanya berupa parit yang
kemudian dialirkan ke deoiling ponds (kolam pengutipan minyak) untuk diambil
minyaknya serta diturunkan suhunya, setelah itu dialirkan ke kolam anaerobik atau
aerobik dengan memanfaatkan mikroba sebagai perombakan BOD dan menetralisir
keasaman cairan limbah. Hal ini dilakukan karena pengolahan limbah dengan
19 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
menggunakan teknik tersebut cukup sederhana dan dianggap murah. Namun
pengolahan dengan sistem kolam mempunyai banyak kelemahan, antara lain :
1. Lahan yang diperlukan untuk pengolahan limbah sangat luas, yaitu sekitar 7 ha
untuk pabrik kelapa sawit (PKS) dengan kapasitas 30 ton tandan buah segar
(TBS)/jam. Kebutuhan lahan yang cukup luas pada teknik pengolahan limbah
dengan menggunakan sistem kolam dapat mengurangi ketersediaan lahan untuk
kebun kelapa sawit.
2. Efisiensi perombakan limbah cair PKS dengan sistem kolam hanya 60 – 70%.
3. Sering mengalami pendangkalan sehingga masa retensi menjadi lebih singkat
dan baku mutu limbah tidak dapat tercapai.
4. Sistem dengan kolam tertutup pada temperatur ambient yang tinggi
menghasilkan produksi gas metana dan karbondioksida yang tidak terkendali,
yang mana keduanya merupakan gas rumah kaca.
Permasalahan utama yang dihadapi adalah kendala teknologi dimana
pengolahan limbah yang ada saat ini sulit untuk menghasilkan keluaran yang
mengarah pada PKS yang bebas limbah (Penelitian Kelapa Sawit, 2005,
www.Ipard.com). Selain itu sistem pengolahan konvensional tidak memiliki nilai
ekonomis karena setelah diolah limbah langsung dibuang ke badan air.
Adapun alternatif yang dipilih untuk menjawab kedua permasalahan tersebut
adalah dengan mengolah limbah cair PKS dari unit deoiling ponds dengan
20 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
menggunakan teknologi membran mikrofiltrasi berbahan keramik yang memiliki
ukuran pori 0,2 µm sehingga mudah diaplikasikan untuk limbah dengan kandungan
kontaminan yang tinggi seperti limbah cair PKS. Sedangkan dasar pemilihan material
keramik adalah agar mudah dalam pengoperasian dan pencucian (backwash) karena
material ini bertekstur licin sehingga partikel yang menempel padanya mudah
dibersihkan sehingga tidak merusak tekstur dari membran. Disamping itu pengolahan
limbah cair dengan teknologi membran tidak menggunakan energi yang besar dan
tidak membutuhkan lahan yang luas seperti pengolahan limbah cair PKS secara
konvensional yang menggunakan kolam. Keunggulan lainnya hasil pengolahannya
dapat digunakan kembali yaitu produk utama (permeat) dapat diolah lebih lanjut
menjadi air proses serta hasil samping (retentat) digunakan untuk pakan ternak. Jadi
tidak hanya mengolah limbah cair untuk dibuang ke badan air saja seperti pengolahan
limbah cair secara konvensional, tapi hasil pengolahan tersebut dapat direuse
(digunakan kembali) sehingga mempunyai nilai ekonomis.
Pengolahan limbah cair PKS menggunakan membran mikrofiltrasi belum
pernah dilakukan sebelumnya. Biasanya membran mikrofiltrasi digunakan untuk
mengolah limbah cair tekstil yang dilakukan oleh Fitrijani anggraini tahun 1999, serta
untuk pengolahan limbah pulp yang dilakukan oleh Natalia soeseno dkk tahun 2001.
Dalam penelitian ini dipilih membran mikrofiltrasi karena limbah cair PKS termasuk
limbah dengan kategori heavy phase yang masih banyak mengandung lumpur (cake),
sedangkan untuk membran ultrafiltrasi biasanya digunakan untuk limbah cair
21 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
kategori light phase seperti limbah cair industri tekstil, limbah cair emulsi minyak,
limbah cair ekstraksi metanol, dan penurunan zat organik dan kekeruhan pada air
sungai dan waduk. Sedangkan proses reverse osmosis biasanya digunakan untuk
desalinasi air laut.
Setelah melihat beberapa aspek tersebut peneliti mencoba untuk mengolah
limbah cair pabrik kelapa sawit dari unit deoiling ponds dengan menggunakan
membran mikrofiltrasi, dimana permeat diproses lebih lanjut dengan water treatment
menjadi air proses, sedangkan retentat digunakan untuk pakan ternak. Sebelum
dioperasikan limbah dipre-filter (penyaringan awal) dengan menggunakan kain kasa
yang berukuran mesh 200 atau 75-100 μm. Hal ini bertujuan untuk mengurangi beban
membran, meningkatkan fluks dan diharapkan dapat memperpanjang waktu operasi
(runnimg time) dari membran.
1.2. Perumusan Masalah
Pengolahan limbah cair PKS secara konvensional memiliki banyak
kekurangan, sehingga peneliti mencoba untuk mengolah limbah cair PKS dari unit
deoiling ponds menggunakan proses mikrofiltrasi dengan membran berukuran 0,2
μm. Untuk itu perlu dicari kondisi operasi membran mikrofiltrasi yang optimum, lalu
disusun pemodelannya berdasarkan penelitian yang dilakukan.
22 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
1.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mengetahui unjuk kerja proses mikrofiltrasi menggunakan bahan keramik
dalam pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dari unit deoiling
ponds.
2. Menyusun model yang sesuai untuk karakteristik proses mikrofiltrasi,
kemudian membandingkan hasil yang diperoleh dari penelitian dengan
model yang disusun.
1.4. Manfaat Penelitian
Adapun beberapa manfaat penelitian ini adalah :
1. Meningkatkan nilai ekonomis dari limbah cair pabrik kelapa sawit
menjadi air proses yang selama ini terbuang begitu saja, sehingga akan
mengurangi pemakaian air tanah atau air sungai dan juga pemanfaatan
padatan terlarut untuk pakan ternak
2. Memberikan alternatif pengolahan limbah cair yang lebih baik bagi PKS.
23 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
1.5. Lingkup Penelitian
Setiap memulai percobaan terlebih dahulu dilakukan pre-filter dengan
menggunakan kain kassa berukuran mesh 200 atau 75-100 μm terhadap limbah
deoiling ponds. Penelitian dilakukan dalam tiga tahap, yaitu :
1. Penentuan Trans Membrane Pressure (TMP) yang memberikan fluks
maksimum
2. Nilai TMP tersebut digunakan dalam mengoperasikan membran untuk
memperoleh permeat (produk) dengan kualitas terbaik.
3. Penelitian selanjutnya pemekatkan retentat (hasil samping) dengan berbagai
perbandingan volume (Volume Concentration Ratio, VCR). Pemekatan ini
bertujuan mengutip seluruh solid atau padatan terlarut untuk pakan ternak.
Penelitian diakhiri dengan menyusun model untuk :
A. memperkirakan harga fluks permeat pada proses mikrofiltrasi
B. memperkirakan rejeksi COD terhadap waktu
Selanjutnya dilakukan perhitungan untuk :
1) menghitung konstanta pembentukan cake (k)
2) menghitung koefisien rejeksi (R)
Variabel tidak bebas :
24 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Fluks (liter/m2jam atau LMH)
Variabel bebas :
1. Waktu (menit)
Penentuan TMP optimum = 10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120
(menit)
Penentuan fluks optimum dengan parameter analisis = 20; 40; 60; 80; 100; 120;
140; 160; 180; 200; 220; 240 (menit)
2. TMP (Trans Membrane Pressure) = 0,2 ; 0,4; 0,6 ; 0,8 bar
3. VCR (Volume Concentration Ratio) = 2; 3; 4; 5; 6
Analisis yang dilakukan adalah :
A. Analisis COD (Chemical Oxygen Demand)
B. Analisis TS (Total Solid )
C. Analisis TSS (Total Suspended Solid)
D. Analisis pH
25 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
II. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit
Limbah cair pabrik kelapa sawit (PKS) dihasilkan dari 3 tahap proses, yaitu :
1. Proses sterilisasi (pengukusan) untuk mempermudah perontokan buah dari
tandannya, mengurangi kadar air, dan untuk inaktifasi enzim lipase dan oksidase.
2. Proses ekstraksi minyak untuk memisahkan minyak daging buah dari bagian
lainnya.
3. Proses pemurnian (klarifikasi) untuk membersihkan minyak dari kotoran lain
(Buku panduan Teknologi Pengendalian Dampak Lingkungan Industri Minyak
Kelapa Sawit Di Indonesia, 2001).
Sedangkan teknik pengolahan limbah cair yang biasanya diterapkan di PKS
adalah :
1. Kolam pengumpul (fatfit)
Kolam ini berguna untuk menampung cairan-cairan yang masih mengandung
minyak yang berasal dari air kondensat dan stasiun klarifikasi.
2. Kemudian dimasukkan ke unit deoiling ponds untuk dikutip minyaknya dan
diturunkan suhunya dari 70 – 80 0C menjadi 40-45 0C melalui menara atau
bak pendingin.
26 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
3. Kolam Pengasaman
Pada proses ini digunakan mikroba untuk menetralisir keasaman cairan
limbah. Pengasaman bertujuan agar limbah cair yang mengandung bahan
organik lebih mudah mengalami biodegradasi dalam suasana anaerobik.
Limbah cair dalam kolam ini mengalami asidifikasi yaitu terjadinya kenaikan
konsentrasi asam-asam yang mudah menguap. Waktu penahanan hidrolisis
(WPH) limbah cair dalam kolam pengasaman ini selama 5 hari. Kemudian
sebelum diolah di unit pengolahan limbah kolam anaerobik, limbah
dinetralkan terlebih dahulu dengan menambahkan kapur tohor hingga
mencapai pH antara 7,0-7,5.
4. Kolam Anaerobik Primer
Pada proses ini memanfaatkan mikroba dalam suasana anaerobik atau aerobik
untuk merombak BOD dan biodegradasi bahan organik menjadi senyawa
asam dan gas. WPH dalam kolam ini mencapai 40 hari.
5. Kolam Anaerobik Sekunder
Adapun WPH limbah dalam kolam ini mencapai 20 hari. Kebutuhan lahan
untuk kolam anaerobik primer dan sekunder mencapai 7 hektar untuk PKS
dengan kapasitas 30 ton TBS/jam.
6. Kolam Pengendapan
27 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Kolam pengendapan ini bertujuan untuk mengendapkan lumpur-lumpur yang
terdapat dalam limbah cair. WPH limbah dalam kolam ini berkisar 2 hari.
Biasanya ini merupakan pengolahan terakhir sebelum limbah dialirkan ke
badan air dan diharapkan pada kolam ini limbah sudah memenuhi standar
baku mutu air sungai (Pedoman Pengolahan Limbah Industri Kelapa Sawit,
2006).
Dari uraian di atas terlihat bahwa pengolahan limbah cair PKS konvensional
memiliki banyak kekurangan diantaranya kebutuhan lahan yang sangat luas dan WPH
yang berkisar 67 hari. Oleh karena itu dikembangkan pengolahan limbah cair PKS
dengan sistem reaktor atau tangki yang dikenal dengan reaktor anaerobik unggun
tetap (RANUT) . Teknik pengohan limbah cair dengan sistem RANUT ini adalah
salah satu sistem pengolahan limbah yang dilakukan secara anaerobik dengan
kecepatan tinggi dan masa retensi relatif singkat. Prinsip kerjanya adalah degradasi
bahan organik oleh bakteri secara anaerobik. Metode yang diterapkan adalah sistem
tangki biofilter kecepatan tinggi (Highrate Biofilter Tank). WPH dalam RANUT
adalah 10 hari dan perombakan COD sebesar 80,8 %. Jika dibandingkan dengan
sistem kolam konvensional, RANUT dapat mengurangi WPH dari 50 hari menjadi 10
hari atau sebesar 80 % dan mengurangi kebutuhan lahan untuk kolam anaerobik
(http://www.IOPRI.com/DDarnoko, Penelitian Kelapa Sawit, 2007).
28 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Selain itu ada alternatif lain untuk pengolahan limbah cair PKS yaitu dengan
proses membran. Membran yang biasa dipakai untuk pengolahan limbah cair adalah
membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan reverse osmosis. Namun untuk kategori
heavy phase lebih baik digunakan membran mikrofiltrasi.
Komposisi limbah awal yang digunakan sebagai umpan pada penelitian ini
dapat dilihat pada Tabel 1 berikut ini :
Tabel 1. Komposisi Limbah Awal
Sumber Limbah COD (mg/l) TS (mg/l) TSS (mg/l) pH
Deoiling Ponds 39.117 21.960 875 4,6
Data yang terdapat dalam Tabel 1 merupakan hasil analisis yang dilakukan
terhadap limbah segar. Dari Tabel terlihat bahwa limbah deoiling ponds kadar
kontaminannya masih sangat tinggi, hal ini disebabkan karena limbah deoiling ponds
merupakan limbah cair yang belum diolah hanya kadar minyaknya sudah berkisar 1
% serta penurunan suhu dari 65 0C menjadi 30 0C. Daya saing suatu industri tidak
hanya ditentukan oleh jumlah, kualitas, dan harga produk yang dihasilkan, tetapi
juga ditentukan oleh proses produksi yang digunakan terutama untuk produk
berorientasi ekspor. Beranjak dari permasalahan yang dijumpai di lapangan, solusi
terpadu program zero waste effluent dan integrasi kebun-ternak dalam PKS
merupakan alternatif yang sangat atraktif untuk menyelesaikan persoalan limbah
industri tersebut. Program zero waste effluent diterapkan PKS dengan memanfaatkan
29 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
semua hasil samping dan limbah yang dihasilkan agar dapat meningkatkan nilai
ekonomis dan menjaga kelestarian lingkungan. Sedangkan integrasi kebun-ternak
dapat diterapkan dengan mengolah limbah PKS berupa serat buah sawit, padatan
terlarut/tersuspensi, dan bungkil inti sawit menjadi pakan ternak.
Tabel 2. Komposisi Zat Nutrien Serat Buah, Padatan Terlarut/Tersuspensi, Daun Pelepah, Bungkil Inti Sawit, dan Dedak Padi
Zat nutrien
(%)
Serat buah
sawit
padatan
terlarut
Bungkil inti
sawit
Daun
pelepah
sawit
Dedak
padi
Bahan kering 91,69 94,00 91,11 86,2 87,70
Protein 5,90 13,25 15,40 5,8 13,00
Lemak 5,20 13,00 7,71 5,8 8,64
Serat 40,80 16,00 10,50 48,6 13,90
Calcium 0,54 0,30 0,30 0,32 0,09
Phosphor 0,13 0,19 0,19 0,27 1,39
Energi
(kkal/kg)
1776 2840 2810 2412 2670
Sumber : Laboratorium Nutrisi dan Makanan Ternak Jurusan Peternakan Fakultas
Pertanian USU (2000)
30 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Padatan terlarut/tersuspensi adalah larutan terbuang yang dihasilkan selama
proses pemerasan dan ekstraksi minyak. Bahan ini merupakan emulsi yang
mengandung sekitar 4-5% padatan, 0,5-1% sisa minyak, dan sekitar 94% air. Di PKS
larutan ini langsung dialirkan ke kolam pengumpul (fatfit) untuk diproses lebih lanjut.
Padatan terlarut/tersuspensi dapat digunakan sebagai pengganti dedak padi sampai
100% pada sapi perah. Pemberiannya dalam bentuk kering. Pengeringannya
dilakukan menggunakan sludge dryer yang juga terdapat di pabrik pengolahan kelapa
sawit (Hasnudi, 2005).
2.2. Proses Pemisahan Dengan Membran
Teknologi membran telah tumbuh dan berkembang secara dinamis sejak
pertama kali dikomersilkan oleh Sartorius-Werke di Jerman pada tahun 1927,
khususnya untuk membran mikrofiltrasi. Pengembangan dan aplikasi teknologi ini
semakin beragam dan penemuan-penemuan baru pun semakin banyak dipublikasikan.
Teknologi membran pada akhirnya menjadi salah satu teknologi alternatif yang
paling kompetitif saat ini akibat adanya permintaan yang sangat besar terutama untuk
aplikasi proses desalinasi.
Saat ini teknologi pemisahan menggunakan membran sedang menjadi topik
menarik baik kalangan industri maupun di lembaga riset dan pengembangan.
Teknologi ini berkembang sejalan dengan perkembangan ilmu polimer dan penemuan
Scanning electron microscope (SEM). Perkembangan teknologi membran
31 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
berlangsung cepat dimulai ketika beberapa ilmuwan dan insinyur kimia menemukan
kemungkinan penggunaan reverse osmosis (RO) untuk proses desalinasi air laut dan
air payau dengan tujuan hemat energi. Program ini meraih sukses dan diikuti sukses
lain ketika proses ini juga berhasil diaplikasikan untuk proses pemisahan dengan
skala yang lebih besar yaitu untuk pengolahan limbah cair industri (Cheryan, 1986).
Teknologi pemisahan menggunakan membran memiliki beberapa keunggulan
dibandingkan dengan proses pemisahan konvensional lain seperti distilasi dan
evaporasi. Keunggulan yang dimilikinya antara lain :
1. Pemisahan berdasarkan ukuran molekul, sehingga pemisahan dapat beroperasi
pada temperatur rendah (temperatur ambient). Hal ini dapat menghindari
kerusakan zat pelarut maupun partikel terlarut yang sensitif terhadap panas.
2. Pemakaian energi yang relatif lebih rendah, karena biasanya pemisahan
menggunakan membran tidak melibatkan perubahan fasa. Meskipun terjadi
perubahan fasa seperti pada distilasi membran, namun temperatur yang
dibutuhkan jauh lebih rendah daipada titik didih larutan yang akan dipisahkan.
3. Tidak menggunakan zat bantu kimia dan tidak ada tambahan produk buangan.
4. Bersifat modular, artinya di scale-up dengan memperbanyak unitnya.
5. Dapat digabungkan dengan jenis operasi lainnya (Wenten, 2001).
2.2.1. Proses Perpindahan Pada Membran
32 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Mulder (1996) mendefinisikan membran sebagai penghalang atau pembatas
selektif yang diletakkan diantara dua fasa. Membran memiliki kemampuan untuk
melewatkan suatu komponen dengan mudah dan cepat daripada komponen lain. Hal
ini disebabkan oleh adanya perbedaan sifat fisik atau kimia diantara komponen yang
tertahan (retentat) dengan komponen yang berpermeasi (permeat). Perpindahan
melalui membran dapat berlangsung apabila ada gaya dorong (driving force) yang
bekerja pada komponen yang berada di fasa 1. Driving force bisa dalam bentuk beda
tekanan (∆P), beda konsentrasi (∆C), beda temperatur (∆T), ataupun beda potensial
listrik (∆E). Menurut Nakao (1994) adanya gaya dorong yang menyebabkan suatu
komponen berpindah dari fasa 1 ke fasa 2. Pada fasa 1 masih banyak terdapat
partikel-partikel yang kemudian padanya diberikan gaya dorong sehingga partikel
yang memiliki ukuran molekul yang lebih kecil dari ukuran pori membran akan
masuk dan melewati pori membran, sedangkan partikel dengan ukuran molekul yang
lebih besar akan tertahan dan menempel di permukaan pori membran.
Skematik proses pemisahan dengan membran terlihat pada Gambar 1 di
bawah ini :
33 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar 1. Skema Proses Pemisahan Dengan Membran
Proses pemisahan dengan membran berdasarkan gaya dorongnya dibagi
dalam tiga kelas utama, yaitu : kelas pertama terdiri dari mikrofiltrasi (MF) ,
ultrafiltrasi (UF), dan reverse osmosis (RO) dengan beda tekanan (∆P) atau yang
lebih dikenal dengan TMP (trans membrane pressure) sebagai gaya dorongnya. Kelas
kedua adalah dialisis dengan beda konsentrasi (∆C )sebagai gaya dorong. Kelas
terakhir adalah elektrodialisis dengan gaya dorong adalah beda potensial listrik (∆E).
Mulder (1996) menambahkan perbedaan temperatur sebagai kelas keempat.
Klasifikasi proses pemisahan dengan membran berdasarkan gaya dorongnya dapat
dilihat pada Tabel 3 berikut ini :
Tabel 3. Klasifikasi Proses Pemisahan Dengan Membran Berdasarkan Gaya Dorongnya
Beda Tekanan Beda Konsentrasi Beda Potensial
Listrik
Beda
Temperatur
Fasa 1 Fasa 2
34 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Mikrofiltrasi Pervaporasi Elektrodialisis Termo-osmosis
Ultrafiltrasi Pemisahan Gas Elektro-osmosis Distilasi
Membran
Nanofiltrasi Difusi Dialisis Membran
Elektrolisis
--
Reversa
Osmosis
Perpindahan melalui
media pembawa
-- --
Piezodialisis -- -- --
Sumber : Mulder (1996)
Proses membran dengan driving force berdasarkan beda tekanan dapat
digunakan untuk memekatkan atau memurnikan suatu larutan. Ukuran partikel dan
besaran kimia dari zat yang terlarut menentukan struktur (ukuran pori dan distribusi
pori) dari membran yang digunakan. Perbandingan dari beberapa proses dengan
driving force berdasarkan beda tekanan adalah sebagai berikut :
1. Mikrofiltrasi : digunakan untuk pemisahan partikel (bakteri, jamur), tekanan
osmotik dapat diabaikan, tekanan rendah (< 2 bar), membran yang digunakan
mempunyai struktur simetrik, ketebalan lapisan pemisah 10 – 150 μm, proses
pemisahan berdasarkan ukuran partikel.
2. Ultrafiltrasi : digunakan untuk pemisahan makromolekul (protein), tekanan
osmotik dapat diabaikan, tekanan operasi rendah ( 1-10 bar), membran yang
35 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
digunakan berstruktur asimetrik, ketebalan lapisan membran 0,1 – 10 μm, proses
pemisahan didasarkan pada perbedaan solubilitas dan difusifitas.
3. Nanofiltrasi : digunakan untuk pemisahan zat terlarut dengan berat molekul
rendah (garam, glukosa, laktosa), tekanan osmotik tinggi (5-25 bar), tekanan
operasi tinggi (10-60 bar), membran yang digunakan berstruktur asimetrik,
ketebalan lapisan pemisah 0,1 – 1,0 μm, proses pemisahan didasarkan perbedaan
solubilitas dan difusifitas.
2.2.2. Proses Pembuatan Membran
Membran dapat dibuat dari sejumlah besar material yang berbeda-beda dan
dengan bermacam-macam teknik pembuatan antara lain sintering, track etching,
stretching, dan inversi fasa. Membran mikrofiltrasi dapat dibuat dari berbagai macam
material baik organik maupun anorganik Hal ini memungkinkan untuk membuat
membran dengan konfigurasi dan ukuran seperti yang diinginkan. Membran
mikrofiltrasi yang digunakan pada penelitian ini dibuat dengan cara sintering. Pada
proses sintering ini material ditekan dan dipanaskan hingga melewati titik didihnya.
Tabel 4 berikut ini akan menyajikan pengaruh metoda preparasi terhadap
porositas dan distribusi ukuran pori.
Tabel 4. Porositas dan distribusi ukuran pori membran
36 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Proses Porositas Distribusi ukuran
pori
Sintering Rendah/sedang Sempit/luas
Streatching Sedang/tinggi Sempit/luas
Track etching Rendah Sempit
Inversi fasa tinggi Sempit/luas
Sumber : Wenten (2001)
Saat ini terdapat sejumlah rancangan modul yang semuanya didasarkan oleh
dua tipe konfigurasi membran, yaitu konfigurasi datar (flat) dan tubular. Membran
datar merupakan konfigurasi pertama yang ada dipasaran umumnya digunakan pada
modul plate and frame dan modul spiral wound, sedangkan membran tubular
digunakan pada modul shell and tube.. Berdasarkan ukuran diameter tubular
membran yang dipakai, modul shell and tube digolongkan atas tiga modul yaitu
modul tubular dengan ukuran tubular lebih besar dari 10 mm, modul kapiler yang
berukuran antara 0,5 hingga 10 mm, dan modul hollow fiber yang berukuran lebih
kecil dari 0,5 mm (Mulder 1996).
Konfigurasi spiral wound merupakan salah satu rancangan yang menghasilkan
modul yang kompak. Modul ini terdiri atas dua lembaran membran datar yang
dipisahkan oleh penyangga berpori yang direkatkan diantara kedua lembaran tersebut.
Salah satu dari tepi ketiga lembaran yang telah menjadi satu itu ditautkan dengan
37 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
perekat yang tahan terhadap tekanan tinggi ke dinding pipa berlekuk yang berfungsi
untuk mengumpulkan permeat. Kemudian pipa ini dibungkus dengan gabungan
ketiga lembaran tersebut sehingga berada tepat di tengah-tengah bungkusan
membran. Umpan mengalir secara aksial (paralel sepanjang pipa tengah) melalui
modul, sedangkan permeat mengalir secara radial menuju pipa tengah. Modul spiral
wound biasanya diterapkan pada proses desalinasi air payau dan air laut untuk
dijadikan sebagai air minum dan air industri. Dibandingkan dengan bentuk modul
lainnya, membran hollow fiber merupakan rancangan modul membran yang relatif
lebih baru. Membran ini mempunyai kisaran diameter tubular 0,19-1,25 mm dan
ketebalan sekitar 200 mikron. Setiap modul biasanya berisi 50-3.000 buah hollow
fiber, tergantung pada diameter hollow fiber dan shell. Sedangkan pada penelitian ini
digunakan membran modul tubular, karena menghasilkan fluks permeat yang tinggi
dan sangat baik untuk menahan padatan. Membran mikrofiltrasi keramik secara
umum dipabrikasi dalam bentuk tubular.
Gambar 2 berikut ini menampilkan beberapa modul membran yang sering
digunakan untuk berbagai aplikasi industri:
a. Modul plate and frame b. Modul hollow fiber
c. Modul spiral wound
Sumber : http://www. Proses perpindahan pada membran, I Gede Wenten, 2007)
Gambar 2. Beberapa Jenis Modul Membran
Pemilihan konfigurasi membran dan penyusunan modul di dalam sistem
biasanya didasarkan pada pertimbangan ekonomi agar biaya yang dikeluarkan sekecil
mungkin. Untuk mendukung hal tersebut, beberapa aspek mestinya turut juga
dipertimbangkan, seperti tipe pemisahan yang akan dilakukan, kemudahan
operasional, kekompakan sistem, kemungkinan scale-up, penggantian membran,
kemudahan pembersihan serta pemeliharaan membran. Rincian karakteristik
beberapa modul membran diperlihatkan pada Tabel 5 di bawah ini :
Tabel 5. Karakteristik Beberapa Modul Membran
Karakteristik Plat and
Frame
Spiral
Wound
Tubular Kapiler Hollow Fiber
39 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Densitas Packing
(m2/m3)
Sedang
(200-400)
Sedang
(300-900)
Rendah
(<300)
Agak Tinggi
(600-1200)
Tinggi
(9000-30.000)
Kemampuan
menahan padatan
tersuspensi
Sedang Jelek Baik Baik Baik
Pembersihan Mudah Mudah Mudah Sedang Sukar
Instalasi Sedang Sedang Tinggi Sedang Rendah
Scale up Agak sukar Mudah Sukar Sukar Mudah
Fluks Permeat Tinggi Sedang Tinggi Tinggi Rendah
Sumber : Wenten (2001)
Adapun membran yang digunakan pada penelitian ini memiliki modul tubular.
Modul tubular ini memiliki beberapa keunggulan yang antara lain : mudah dalam
pembersihan atau backwash, bekerja efektif dalam penahanan padatan, dan memiliki
fluks permeat yang tinggi.
2.2.3. Aplikasi Industri Dari Membran
Aplikasi industri dari membran terus berkembang dengan pesat. Namun yang
masih menjadi primadona adalah pengolahan air minum dengan reverse osmosis.
Teknologi membran banyak dipilih karena tidak menggunakan proses kimia sehingga
tidak merusak struktur molekul dari larutan yang dipisahkan, disamping pemakaian
40 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
energi yang relatif lebih rendah jika dibandingkan teknik pemisahan lainnya, serta
biaya maintenance peralatan lebih murah.
Tabel 6 menampilkan berbagai aplikasi industri dari proses membran.
Tabel 6. Aplikasi Industri Dari Membran
1.Reverse Osmosis
- Desalinasi air laut
- Pengolahan air permukaan dan air tanah
- Pemisahan alkohol dari bir dan anggur
2. Dialisis - Pemisahan nikel sulfat dari asam sulfat
3. Elektrodialisis - Produksi garam meja dari air laut
- Pengolahan air buangan dari proses elektroplating
-Produksi air ultra-murni untuk industri semikonduktor
4. MF - Sterilisasi obat-obatan
- Pemurnian antibiotik
41 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
- Pengolahan Limbah Cair
5. UF -Pemisahan warna dari lindi hitam (kraft) pada pembuatan
kertas
-Pemulihan vaksin dari antibiotik dari kaldu fermentasi
6. Gas permeation -Pemisahan CO2 atau H2 dari metana dan hidrokarbon
- Pemilihan metan dari biogas
7. Pervaporation - Dehidrasi sistem azeotrop ethanol-air
- Pemisahan zat-zat organik dari air
8.Distilasi
Membran
-Desalinasi air payau dan air laut
-Pemekatan larutan elektrolit (NaCl) dan larutan non
elektrolit (glukosa)
-Pemekatan darah manusia
-Pemekatan sari buah
Sumber : Mulder (1996)
2.3. Proses Mikrofiltrasi
Proses mikrofiltrasi merupakan salah satu proses berbasis membran yang
berkembang sangat pesat di awal perkembangan teknologi membran. Pertumbuhan
dan perkembangannya pada tahun-tahun terakhir hanya mampu disaingi oleh reverse
osmosis, akibat adanya permintaan yang sangat besar terutama untuk aplikasi proses
desalinasi. Secara umum, mikrofiltrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur-
unsur partikulat dari larutannya. Membran ini dapat menahan koloid,
42 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
mikroorganisme, dan padatan tersuspensi. Beberapa aplikasi industri membran
mikrofiltrasi dapat dilihat pada Tabel 7 di bawah ini :
Tabel 7. Aplikasi Industri Membran Mikrofiltrasi
No. Kegunaan membran mikrofiltrasi 1 Industri sterilisasi dan klarifikasi
2 industri makanan dan obat-obatan
3 klarifikasi juice
4 recovery logam dalam bentuk kolid
5 pengolahan limbah cair
6 fermentasi kontinue
7 pemisahan emulsi minyak-air
8 memisahkan partikel selama proses pembuatan air ultramurni pada
industri semi konduktor
9 pengambilan sel dan bioreaktor membran, serta teknologi biomedik
yaitu pemisahan plasma dari sel darah
Sumber : Wenten (2001)
Membran mikrofiltrasi memiliki ukuran pori antara 0,02 sampai 10 µm dan
tebal antara 10 sampai 150 µm. Dalam aplikasinya membran digunakan dalam betuk
modul-modul yang ditempatkan dalam suatu housing. Satu modul membran keramik
untuk aplikasi industri biasanya terdiri dari 19 saluran. Dimensi dan konfigurasi
housing sangat bervariasi. Untuk aplikasi skala industrial, satu buah housing dapat
menampung sampai dengan 19 buah modul membran keramik dengan dimensi
43 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
diameter 30 mm dan panjang 1 meter. Jumlah ini setara dengan luasan membran
sekitar 4,5m2.
Konfigurasi modul membran keramik dan housing yang digunakan untuk
pengutipan solid dari heavy phase dilihat pada Gambar 3 berikut ini :
44 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Sumber : GDP Filter (2006)
Gambar 3. Modul Membran Mikrofiltrasi Keramik dan Housingnya
Membran mikrofiltrasi memiliki dua struktur geometri pori, yaitu : simetrik
dan asimetrik. Namun umumnya membran mikrofiltrasi berstruktur pori asimetrik.
Pada membran asimetrik terdapat lapisan atas yang sangat tipis (skin) dengan tebal
45 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,1-1 µm. Untuk memberikan kekuatan mekanik, lapisan skin ini ditunjang oleh
lapisan berikutnya yang dikenal sebagai support. Lapisan support memiliki ketebalan
antara 50-150 µm dan sangat berpori.
Bentuk geometri pori tersebut dapat dilihat pada Gambar 4 berikut ini
(Mulder 1996) :
Gambar 4. Bentuk Geometri Pori Membran Mikrofiltrasi
Membran mikrofiltrasi dapat dibedakan dari membran reverse osmosis dan
ultrafiltrasi berdasarkan ukuran partikel yang dipisahkan, seperti tersaji pada Gambar
5 berikut ini:
46 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,0001µm 0,001µm 0,01µm 0,1 μm
←Reverse Osmosis →← Ultrafiltrasi→← Mikrofiltrasi
1A 10A 1000A 100,000A
Gambar 5. Ukuran Pori Membran Mikrofiltrasi, Ultrafiltrasi, dan Reverse Osmosis
2.4. Pola Aliran dalam Membran
Pola aliran dalam membran biasanya dibedakan atas 2 pola yaitu dead-
end filtration dan cross flow filtration. Namun pola aliran cross-flow lebih banyak
dan lebih baik diaplikasikan pada membran mikrofiltrasi skala industri karena pada
pola aliran cross-flow umpan dialirkan dengan arah sejajar dengan permukaan
membran. Konsentrat disirkulasikan pada kecepatan yang lebih tinggi dengan tujuan
menciptakan turbulensi di permukaan membran. Dengan perlakuan seperti ini,
pembentukan lapisan cake terjadi sangat lambat karena tersapu oleh gaya geser yang
diakibatkan oleh aliran cross-flow umpan. Pada setiap operasi cross-flow kecepatan
aliran umpan sangat menentukan besarnya perpindahan massa dalam modul.
Kelebihan sistem ini adalah tendensi fouling dapat dikurangi karena laju cross-flow
yang tinggi sehingga akan meminimalisasi ketebalan lapisan cake. Fluks permeat
47 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
akan menurun di awal proses dan akan menuju pada kondisi stabil dalam kurun
waktu tertentu ketika ketebalan lapisan foulant dipermukaan membran tidak
meningkat lagi. Membran yang baik adalah jika jalannya proses dapat berlangsung
lama untuk mendapatkan fluks yang stabil, dengan arti lain proses pembentukan
lapisan foulant berlangsung lama. Pola aliran dalam membran ditunjukkan pada
Gambar 6 berikut ini (Wenten, 1998) :
Gambar 6. Pola Aliran Dalam Membran
Sedangkan model hubungan fluks terhadap waktu pada kedua pola aliran
dalam membran ditunjukkan pada Gambar 7 berikut ini :
48 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar 7. Model Hubungan Fluks Terhadap Waktu
Permasalahan utama yang terjadi pada proses membran adalah adanya
penurunan fluks karena polarisasi konsentrasi dan fouling. Polarisasi konsentrasi
disebabkan karena zat terlarut tertahan oleh membran yang akan terakumulasi dan
membentuk suatu lapisan di dekat permukaan membran. Polarisasi konsentrasi pada
membran menyebabkan penurunan fluks secara terus menerus dan penurunan fluks
ini merupakan fungsi waktu. Fouling yaitu perubahan yang bersifat irreversibel yang
disebabkan oleh interaksi secara fisik dan kimiawi antara membran dengan partikel
yang terdapat dalam proses pemisahan. Membran fouling diidentikkan dengan
penurunan fluks permeat dan perubahan selektifitas membran. Perubahan ini dapat
berlangsung selama proses dan membutuhkan penanganan yang mahal termasuk
49 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
penggantian membran. Polarisasi konsentrasi dan fouling ini merupakan salah satu
faktor yang menyebabkan keterbatasan penggunaan membran berpori. Oleh karena
itu pada penelitian ini dipilih pola aliran cross-flow yang bertujuan untuk mengurangi
fouling sehingga fluks membran dapat dikurangi laju penurunannya (Geankoplis,
1983).
Untuk menghilangkan fouling pada membran dilakukan back washing, yaitu
pencucian membran dengan metoda aliran balik. Metode regenerasi membran dengan
pencucian balik (back washing) menggunakan air untuk mengangkat zat pengotor
(fouling) yang terakumulasi dipermukaan membran (Wenten, 2001). Dengan
perlakuan seperti disebut di atas diharapkan membran mikrofiltrasi yang digunakan
untuk pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dapat dipertahankan kinerjanya
untuk proses pengoperasian yang relatif lama. Perlakuan penanganan fouling
dilakukan dengan pengaturan tekanan, pencucian balik (back washing) dengan air
maupun pencucian dengan larutan asam jika produktivitas membran tidak dapat
kembali seperti semula dengan pencucian balik. Bahan kimia yang digunakan adalah
asam klorida (HCl) untuk mengatasi fouling akibat garam mineral dan logam-logam
(GDP Filter, 2006).
2.5. Penyusunan Model
50 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
2.5.1. Model Untuk Memperkirakan Fluks Permeat
Penyusunan model ini bertujuan untuk memperkirakan harga fluks permeat
pada tekanan rendah untuk proses mikrofiltrasi berbahan keramik. Model disusun
untuk menggambarkan mekanisme perpindahan zat cair melalui membran yang
dibentuk berdasarkan data-data yang dilakukan pada penelitian. Hubungan antara
fluks permeat terhadap beda tekanan akan menghasilkan persamaan linier untuk air
murni, dimana menurut Hagen-Poisseuille fluks merupakan perkalian dari konstanta
permeabilitas (k) dengan beda tekanan (∆P).
J = k ∆P (2.1)
Sedangkan nilai k = ε r2 (2.2) 8 η τ ∆X
Pada keadaan ideal membran yang dilewati oleh fluida dengan konsentrasi zat
terlarut tertentu mempunyai sifat-sifat antara lain :
1. Distribusi pori yang seragam pada permukaan membran
2. Tidak ada fouling
3. Polarisasi konsentrasi diabaikan
Dari perbandingan literatur diperoleh model yang paling baik untuk
menggambarkan aliran fluida melewati membran berpori untuk mikrofiltrasi dengan
51 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
struktur membran asimetrik dan modul tubular didasarkan oleh Hukum Hagen-
poiseuille. Model ini digunakan untuk karakterisitik membran tertentu, antara lain :
1. Pori-pori membran berbentuk silinder
2. Memiliki jari-jari yang sama
3. Panjang pori sama dengan tebal membran
Model ini menghubungkan penurunan tekanan (Pressure Drop), viskositas,
densitas, dan ukuran saluran terhadap laju alir.
Model tersebut dituliskan :
ε r2 ∆P J = (2.3) 8 η τ ∆X
Dimana : J = fluks fluida yang melalui membran (LMH)
r = jari-jari saluran atau pori (m)
∆P = Beda tekanan, Trans Membrane Pressure (bar)
η = viskositas cairan (pa,S)
τ = tortuosity
∆X = tebal membran (m)
ε = porositas permukaan membran
Dalam penelitian ini didapatkan J = k ∆P yang tidak linier, karena parameter
pembentuk k dalam penelitian ini tidak tetap seperti halnya pada air murni. Parameter
52 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
pembentuk k yang berubah adalah porositas dan jari-jari pori membran. Perubahan ini
disebabkan oleh polarisasi konsentrasi dan fouling pada membran yang akan
bergantung pada beda tekanan. Perubahan ini terutama disebabkan karena selama
waktu operasi cake atau lumpur yang terdapat pada umpan deoiling ponds menempel
pada permukaan pori-pori membran sehingga akan mengurangi ukuran porositas dan
jari-jari pori membran tersebut.
Untuk memperkirakan hubungan fluks permeat terhadap beda tekanan (TMP)
dapat digunakan model yang diberikan oleh Marcel Mulder dalam buku Basic
Principles of Membrane Technology dan Munir Cheryan dalam buku Ultrafiltration
Handbook. Keduanya memberikan model yang sama untuk hubungan fluks permeat
terhadap beda tekanan (TMP) pada proses mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi.
Model tersebut ditunjukkan pada Gambar 8 berikut ini :
Gambar 8. Hubungan Antara Fluks Dengan ∆P Pada Mikrofiltrasi dan Ultrafiltrasi
Gambar 8 menerangkan bahwa fluks permeat yang dihasilkan tidak akan sama
dengan perkalian antara konstanta permeabilitas (k) yang merupakan besaran intrinsik
53 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
membran dengan ∆P untuk daerah tekanan tinggi. Hal itu terjadi karena adanya
polarisasi konsentrasi dan fouling yang disebabkan molekul-molekul padatan yang
besar ditahan dan terakumulasi pada permukaan membran. Pada keadaan steady state
(tunak) aliran padatan dari larutan ke permukaan membran akan sama dengan aliran
difusi balik dari membran ke larutan. Kenaikan selanjutnya dari tekanan tidak akan
menaikkan fluks karena tahanan dari lapisan aktif telah mencapai nilai yang
memberikan fluks yang konstan. Dari model di atas diperkirakan pada rentang beda
tekanan 5 – 10 bar akan tercapai nilai fluks konstan, dimana sebelumnya terlebih
dahulu akan terjadi penurunan percepatan fluks.
UMPAN Pf πf
Kulit ∆X
2 r
Membran membran
PERMEAT Pp πp
Gambar 9. Skema Proses Aliran Fluida Melalui Pori Membran
Keterangan gambar :
Pf = gradien tekanan umpan
54 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
πf = tekanan osmosis umpan
Pp = gradien tekanan permeat
πp = tekanan osmosis permeat
Net driving force untuk sebuah proses membran yang ideal (P dalam
persamaan 2.3) seharusnya ∆PT - ∆π, dimana ∆PT adalah (PF – PP) dan ∆π adalah (πF -
π P) seperti yang terlihat dari gambar diatas. Pada prakteknya untuk hampir seluruh
aplikasi proses mikrofiltrasi, tekanan osmotik dari larutan yang tertahan diabaikan
karena mempunyai berat molekul yang besar, sehingga menggunakan ∆PT saja sudah
cukup seperti pada Persamaan 2.3.
2.5.2. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah
COD (chemical oxygen demand) adalah nilai oksien yang dibutuhkan untuk
oksidasi seluruh materi baik organic maupun anorganik. COD ini merupakan
parameter yang sangat penting untuk menentukan tingkat pencemaran atau mutu air.
Jika kandungan senyawa organic dan anorganik cukup besar, maka oksigen terlarut
dalam air mencapai nol sehingga tidak memungkinkan hidupnya biota air. Untuk itu
perlu dibuat suatu model untuk memprediksi hubungan COD terhadap waktu. Model
tersebut diperoleh dengan cara memplotkan grafik hubungan fluks terhadap COD
yang diperoleh dari data hasil penelitian. Secara teori menjelaskan bahwa rejeksi
55 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
COD akan meningkat seiring dengan meningkatnya waktu operasi. Dengan kata lain
rejeksi COD merupakan fungsi waktu.
III. METODOLOGI PENELITIAN
56 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
3.1. Lokasi dan Waktu
Penelitian dilakukan di Laboratorium Bioproses Engineering Pusat Penelitian
Kelapa Sawit (PPKS) Medan. Jalan Brigjend Katamso No. 51 Kp, Baru Medan.
Waktu penelitian selama 9 bulan mulai November 2007 sampai Agustus 2008.
3.2. Bahan dan Metoda
3.2.1. Bahan dan Alat
A. Bahan
Bahan baku yang digunakan sebagai umpan adalah limbah cair dari deoiling
ponds pabrik kelapa sawit Adolina Perbaungan, Medan. Sedangkan untuk
keperluan analisis digunakan bahan-bahan sebagai berikut :
1. Larutan K2Cr2O7
2. Larutan asam sulfat-perak sulfat
3.Indikator feroin
4. Larutan FeSO4
5. kain kassa ukuran 75 -100 μm
B. Alat
57 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
1 set pilot plant membran mikrofiltrasi keramik
Keterangan gambar : RV = Regulator valve
P = Pressure gauge
Gambar 10. Rangkaian Peralatan Membran Mikrofiltrasi Keramik
58 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar 11. Membran Mikrofiltrasi Keramik
3.2.2. Metoda
59 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
A. Kerja Teoritik
Kerja teoritik meliputi penyusunan model yang diperoleh dari data
yang dilakukan di laboratorium Bioproses Engineering Pusat Penelitian Kelapa Sawit
(PPKS) Medan. Jalan Brigjend Katamso No. 51 Kp, Baru Medan. Penyusunan model
pada penelitian ini, yaitu :
1. Model Untuk Memperkirakan Fluks Permeat
Model tersebut dijelaskan pada bab II pada persamaan 2.3 yang ditulis :
ε r2 ∆P J = 8 η τ ∆X
Dimana : J = fluks fluida yang melalui membran (LMH)
r = jari-jari saluran atau pori (m)
∆P = Beda tekanan, Trans Membrane Pressure (bar)
η = viskositas cairan (pa,S)
τ = tortuosity
∆X = tebal membran (m)
ε = porositas permukaan membran
Bebapa asumsi digunakan untuk menurunkan model pada Persamaan 2.3. tersebut,
yaitu :
60 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
a) Aliran yang melalui pori adalah Laminar yang mempunyai Bilangan
Reynolds kurang dari 1800
b) Densitas (ρ) konstan atau cairan bersifat incompressible
c) Aliran tidak bergantung pada waktu (dalam keadaan tunak)
d) Fluida termasuk fluida Newtonian yang tidak tergantung pada waktu
2. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah
Model ini diperoleh dari persamaan yang diperoleh langsung dari grafik
hubungan COD terhadap waktu operasi. Persamaan tersebut dapat digunakan untuk
memprediksi nilai COD pada berbagai waktu.
Disamping itu ada 2 perhitungan yang dilakukan dalam penelitian ini, yaitu :
1. Menghitung Konstanta Pembentukan Cake
Konstanta pembentukan cake merupakan parameter untuk memperkirakan
fenomena fouling pada membran. Fouling adalah terjadinya deposisi partikel akibat
pengoperasian membran. Fouling meliputi penyumbatan pori, presipitasi
(pengendapan), dan pembentukan cake. Fouling merupakan faktor utama yang
menyebabkan keterbatasan penggunaan membran berpori. Fouling merupakan
perubahan yang bersifat irreversibel yang disebabkan oleh interaksi secara fisik dan
kimia antara berbagai padatan terlarut dengan membran. Membran fouling
diidentikkan dengan penurunan fluks permeat dan perubahan selektifitas pada
61 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
membran. Perubahan ini dapat berlangsung selama proses dan membutuhkan
penanganan yang serius dan mahal termasuk penggantian membran (Geankoplis,
1983).
Pendekatan fouling yang digunakan pada penelitian ini yaitu model sederhana
dari model pembentukan cake, dimana tahanan cake mengendalikan fluks permeat.
Persamaan tersebut dirumuskan (Malleviele, 1996) :
J0 2
J 2 = (3.1) 1 + J0
2 k’ t
Dimana :
J = Fluks akhir (L/m2/jam atau LMH)
J0 = Fluks awal (L/m2/jam atau LMH)
k’ = Konstanta pembentukan cake
t = Waktu (jam)
Linierisasi persamaan (1) di atas dapat digunakan untuk mencari nilai
konstanta pembentukan cake, ditulis :
1 1 = + k’ t (3.2) J2 J0
2
62 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Harga k’ diperoleh dari kemiringan garis (slope) pada pemetaan linier (1/J2)
terhadap waktu (t). Semakin besar nilai k’ menunjukkan semakin cepat laju
pembentukan cake pada permukaan membran. Nilai ini dapat dijadikan sebagai acuan
dalam menilai terjadinya fouling karena pembentukan cake merupakan kendali bagi
terjadinya fouling pada membran (Suprihanto notodarmojo, 2004).
Untuk menghilangkan fouling pada membran dilakukan back washing, yaitu
pencucian membran dengan metoda aliran balik. Metode regenerasi membran dengan
pencucian balik (back washing) menggunakan air untuk mengangkat zat pengotor
(fouling) yang terakumulasi dipermukaan membran (Wenten, 2001). Dengan
perlakuan seperti disebut di atas diharapkan membran mikrofiltrasi yang digunakan
untuk pengolahan limbah cair pabrik kelapa sawit dapat dipertahankan kinerjanya
untuk proses pengoperasian yang relatif lama. Perlakuan penanganan fouling
dilakukan dengan pengaturan tekanan, pencucian balik (back washing) dengan air
maupun pencucian dengan larutan asam jika produktivitas membran tidak dapat
kembali seperti semula dengan pencucian balik. Bahan kimia yang digunakan adalah
asam klorida (HCl) untuk mengatasi fouling akibat garam mineral dan logam-logam
(GDP Filter, 2006).
2. Menghitung Selektifitas Membran
Selektifitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran
menahan suatu spesi atau melewatkan suatu spesi tertentu lainnya. Selektivitas
63 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
membran tergantung pada interaksi antar muka dengan spesi yang akan melewatinya,
ukuran spesi dan ukuran pori permukaan membran.Parameter yang digunakan untuk
menggambarkan selektivitas membran adalah koefisien rejeksi (R). Koefisien rejeksi
adalah fraksi konsentrasi zat terlarut yang tidak menembus membran dan dirumuskan
sebagai berikut (Mulder,1996) :
Cp R = 1 - x 100 % (3.3) Cf
Dimana : R = koefisien rejeksi
Cp = konsentrasi zat terlarut dalam permeat (mg/l)
Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan (mg/l)
Dengan nilai R berkisar antara 0 sampai 1. Jika harga R = 0 berarti membran
tidak mampu menahan zat kontaminan yang melewatinya, sedangkan jika harga R =1
berarti zat kontaminan ditahan sempurna oleh membran (Suprihanto notodarmojo,
2004).
B. Pelaksanaan Percobaan
Pelaksanaan percobaan adalah untuk mendapatkan data penguji keabsahan
model yang telah disusun. Data tersebut meliputi data hubungan fluks dengan beda
64 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
tekanan (TMP), penentuan fluks optimum dengan berbagai parameter analisa, dan
profil penentuan VCR.
Sistem operasi yang diterapkan pada penelitian adalah sistem operasi dengan
mode looping. Pada mode ini retentat dan permeat yang telah dihasilkan dialirkan
kembali ke tangki umpan dengan tujuan untuk mempertahankan konsentrasi umpan
agar proses berjalan dengan steady state.
Bahan baku yang telah disaring sebelumnya dengan menggunakan saringan
kasar (mesh 200 atau 75-100 μm) dimasukkan ke dalam tangki umpan. Umpan
dipompakan menggunakan pompa sentrifugal ke dalam modul membran mikrofiltrasi
keramik. Umpan masuk dari sisi lumen membran dengan tekanan operasi yang
cukup. Permeat akan keluar dari permukaan luar membran (sisi shell), sedangkan
konsentrat (retentat) yang direjeksi oleh membran dikeluarkan melalui sisi lumen
bagian akhir (atas). Konsentrat (retentat) dalam bentuk yang lebih pekat selanjutnya
dikembalikan ke dalam tangki umpan untuk diproses lebih lanjut. Sirkulasi umpan
dapat dilakukan berulang kali sampai tingkat kepekatan atau kekentalan material di
dalam tangki sesuai dengan yang diharapkan. Dengan konfigurasi dan kondisi operasi
yang telah ditentukan diharapkan dapat dihasilkan produk permeat dan retentat
dengan kualitas yang memenuhi standar yang telah ditentukan.
Dalam kurun waktu tertentu, proses filtrasi mengakibatkan terjadinya deposisi
partikel di atas permukaan membran yang mengakibatkan menurunnya produktifitas
membran. Apabila hal ini terjadi, maka membran mikrofiltrasi keramik perlu di-back
65 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
wash. Proses backwash dilakukan dengan cara mengalirkan air demin panas pada
tangki backwash ke dalam unit membran dari sisi permeat (shell side). Hal ini akan
mengakibatkan terjadinya aliran balik pada struktur pori-pori membran. Aliran balik
ini diharapkan mampu menyeret partikel yang terdeposisi di permukaan dan dalam
pori membran sehingga produktifitas membran kembali seperti semula.
1. Variasi Percobaan
Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi percobaan untuk mendapatkan data
karakteristik operasi. Beberapa variasu percobaan yang dilakukan antara lain
variasi beda tekanan (TMP), variasi VCR (volume concentration ratio). Variasi
TMP didapatkan dengan mengatur nilai pressure gauge pada umpan masuk dan
permeat sesuai dengan yang diinginkan, sedangkan variasi VCR dilakukan
dengan membandingkan nilai volume umpan awal dengan penurunan volume
tangki umpan selama proses pemekatan berlangsung.
2. Pengujian Model
Pengujian model dilakukan dengan membuat grafik antara model dengan data
hasil percobaan. Kalau grafiknya berbeda maka dicari suatu nilai faktor koreksi
(α). Untuk mengetahui sampai dimana kesesuaian dari faktor koreksi α, maka
langkah selanjutnya adalah menggunakan faktor koreksi tersebut untuk
66 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
menghitung fluks. Kemudian dilakukan uji verifikasi dengan menghitung nilai
residu terkecil dari model yang disusun.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem operasi yang diterapkan pada percobaan adalah sistem operasi dengan
mode looping yaitu permeat dan retentat yang telah dihasilkan dialirkan kembali ke
tangki umpan dengan tujuan mempertahankan konsentrasi umpan agar proses
berjalan dengan steady state. Larutan umpan berupa limbah PKS dari unit Deoiling
ponds yang disaring (pre-filter) dengan kain kassa yang berukuran 15-20 µm yang
bertujuan agar molekul yang berukuran lebih dari 20 µm tertahan dan tidak ikut
masuk ke membran. Perlakuan ini perlu dilakukan untuk mengurangi dan
memperlambat terjadinya fouling pada membran mikrofiltrasi yang berukuran mesh
200 atau 75-100 µm.
4.1. Karakterisasi Membran
Material membran yang digunakan dalam kajian eksperimental ini adalah
keramik yang dibuat dari oksida logam alumina (Al2O3). Membran keramik dibuat
melalui beberapa proses yaitu pemilihan bahan mentah, pengadonana, pembentukan
(pencetakan), pengeringan, dan pembakaran (sintering). Setiap tahap pemrosesan
67 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
sangat mempengaruhi porositas membran keramik. Ukuran partikel dan pori
cenderung meningkat dengan meningkatnya temperatur sintering dan lamanya waktu
sintering. Sedangkan fluks membran keramik secara langsung berhubungan dengan
porositas. Membran keramik yang baik adalah membran dengan porositas tinggi
tetapi tidak menurunkan kekuatan mekanik membran tersebut. Karakteristik membran
pada penelitian ini diperlihatkan dalam tabel 8 berikut ini :
Tabel 8. Karakteristik Membran yang Digunakan
Material
membran
Keramik
Bahan Modul Al2O3
Konfigurasi Tubular ceramic, multy channel
Diameter Pori 250 A
Ukuran Pori 0,2 μm
Ketebalan 10 μm
Luas Permukaan 0,24 m2
Sumber : GDP Filter
Berdasarkan tabel karakterisasi tersebut diperlihatkan bahwa membran yang
digunakan dalam penelitian ini termasuk membran mikroporous atau mikrofiltrasi
karena ukuran pori berada dalam rentang 0,05 – 10 μm. Begitu juga dengan ketebalan
membran masih dalam rentang yang disarankan untuk mikrofiltrasi yaitu 10 – 200
μm.
68 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
4.2. Pengolahan Limbah Dari Unit Deoiling Ponds
4.2.1. Hubungan Antara Fluks Permeat Dengan Beda Tekanan (TMP)
Fluks permeat adalah laju alir bagian umpan yang menembus membran per satuan
luas membran. Fluks permeat merupakan salah satu parameter yang menentukan
kehandalan atau efisiensi membran. Fluks akan meningkat seiring dengan naiknya
TMP. Adapun variasi beda tekanan atau TMP yang dilakukan adalah 0,2 ; 0,4; 0,6 ;
dan 0,8 Bar. Secara teori proses mikrofiltrasi dapat dilakukan pada beda tekanan
dibawah 2 bar, dan karena keterbatasan alat yang digunakan pada penelitian ini maka
beda tekanan hanya dapat dilakukan sampai 0,8 bar. Membran yang baik adalah
apabila mempunyai waktu yang relatif lama mencapai nilai fluks yang konstan.
Artinya membutuhkan waktu yang relatif lama untuk terjadinya fouling. Fouling
biasanya disebakan oleh polarisasi konsentrasi yang merupakan permasalahan utama
pada membran mikrofiltrasi. Hal ini dapat menghambat unjuk kerja membran.
Fouling dapat diperlambat dengan melakukan pretreatment atau prefilter pada umpan
masuk membran dan dengan pemilihan pola lairan cross-flow pada umpan membran.
Pada penelitian ini dilakukan prefilter umpan masuk membran dengan menggunakan
kain kassa berukuran mesh 200 atau 75-100 μm.
69 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Berikut ini akan ditampilkan grafik hubungan antara fluks permeat terhadap beda
tekanan.
70 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar 12. Hubungan Antara Fluks Permeat Dengan Beda Tekanan
Pemilihan TMP optimum didasarkan dua syarat yaitu pertama penurunan
fluks harus stabil (tidak naik turun), kedua fluks konstan dicapai pada waktu yang
relative lebih lama, artinya proses fouling yang lebih lama (Mulder, 1996). Dari
Gambar 12. di atas terlihat bahwa pada TMP 0,2 bar dan 0,6 bar diperoleh penurunan
fluks yang lebih stabil dari TMP lainnya, namun hanya TMP 0,6 bar yang memiliki
fluks yang lebih lama mencapai waktu konstan yaitu pada menit ke-60, sedangkan
pada TMP 0,2 bar pada menit ke-40 telah mencapai titik konstan. Oleh karena itu
TMP 0,2 bar tidak dapat memenuhi syarat kedua, sehingga TMP optimum adalah 0,6
bar. Penurunan fluks merupakan fungsi waktu. Penurunan fluks ini disebabkan
adanya fouling pada membran sehingga proses harus dihentikan. Setelah itu membran
harus dibackwash untuk mengembalikan kondisi seperti semula.
4.2.2. Rejeksi COD Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar
Penurunan nilai COD terhadap waktu terlihat menurun secara signifikan. Hal
ini terjadi karena pada umpan tersebut kandungan padatan tersuspensi dan padatan
terlarut masih tinggi sehingga terjadi penahanan makromolekul pada membran yang
menyebabkan deposisi partikel pada membran lebih mudah terbentuk. Deposisi
partikel pada permukaan membran akan membentuk lapisan gel dan terbentuknya
71 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
lapisan cake dan secara tidak langsung memberikan efek penyaringan bagi umpan
berikutnya yang akan melewati membran, sehingga sejalan bertambahnya waktu
maka kualitas permeat yang dihasilkan semakin baik. Namun pada jangka waktu
tertentu penurunannya mencapai titik konstan pada kisaran waktu 220 menit.
Grafik penurunan COD terhadap waktu pada TMP optimum ditunjukkan oleh
gambar di bawah ini :
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
35,000
40,000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Waktu (menit)
COD
(mg/
l)
Gambar 13. Rejeksi COD Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar
Dari Gambar 13 di atas terlihat bahwa pada awal proses COD terukur sebesar
39.117 mg/l dan pada akhir proses (menit ke 240) kandungan COD sebesar 12.540
mg/l, Persentase penurunan COD adalah 67,94 %. Penurunan COD ini sudah baik
untuk membran mikrofiltrasi karena secara teori membran mikrofiltrasi kurang efektif
72 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
untuk menahan soluble COD sehingga persentase penyisihan COD berkisar 60–70 %
saja (Wenten, 2001). Hal ini disebabkan karena ukuran pori membran mikrofiltrasi
masih relatif lebih besar jika dibandingkan membran lainnya, terutama membran
ultrafiltrasi dan nanofiltrasi.
4.2.3.Rejeksi Total Solid (TS) Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar
Total solid (TS) adalah jumlah total padatan yang terkandung dalam suatu
sampel, baik berupa padatan tersuspensi, padatan koloidal, maupun padatan terlarut.
Padatan tersuspensi (TSS) merupakan padatan dengan ukuran lebih besar dari 1 μm
yang mampu mengendap sendiri tanpa bantuan zat tambahan (koagulan), meskipun
dalam jangka waktu yang agak lama. Padatan koloidal merupakan padatan dengan
ukuran 1 milimikron sampai 1 μm yang tidak dapat mengendap sendiri tanpa bantuan
zat tambahan (koagulan). Sedangkan padatan terlarut merupakan padatan dengan
ukuran yang lebih kecil dari 1 milimikron yang terjadi dari senyawa organik atau
anorganik, dalam larutan berupa ion-ion. TS juga mengalami penurunan seiring
dengan pertambahan waktu.
73 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Grafik penurunan TS terhadap waktu disajikan pada Gambar 14 di bawah ini :
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
20,000
22,000
24,000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240
Waktu (menit)
TS (m
g/l)
Gambar 14. Rejeksi Total Solid (TS) Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar
Dari Gambar 14 di atas terlihat bahwa pada tahap awal proses total solid
terukur sebesar 21.960 mg/l dan pada akhir proses yaitu pada menit ke 240 sebesar
11.800 mg/l. Persentase penurunannya dari menit pertama sampai akhir proses
74 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
berkisar 46,26 %. Pada menit ke 200 penurunan TS sudah mencapai titik konstan, hal
ini disebabkan karena permukaan membran seluruhnya sudah hampir tertutupi oleh
cake atau padatan terlarut yang terdapat dalam umpan. Membran umumnya lebih
mampu menahan padatan tersuspensi (TSS) yang terdapat dalam limbah daripada
padatan koloidal dan padatan terlarut. Hal ini disebabkan karena ukuran TSS yang
jauh lebih besar daripada ukuran pori membran mikrofiltrasi yang digunakan.
4.2.4. Rejeksi Total Suspended Solid (TSS) Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6
Bar
Total suspended solid (TSS) mengalami penurunan yang sangat signifikan
terhadap waktu. Grafik penurunan TSS terhadap waktu disajikan pada gambar di
bawah ini :
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240Waktu (menit)
TSS
(mg/
l)
Gambar 15. Rejeksi Total Suspended Solid (TSS) Terhadap Waktu Operasi Pada TMP 0,6 Bar
75 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Pada Gambar 15 di atas terlihat bahwa penurunan TSS sangat tajam dari
menit pertama ke menit ke 20 yaitu dari 875 mg/l menjadi 35 mg/l. Pada waktu
berikutnya penurunannya sangat kecil hingga pada menit ke-240 sebesar 10 mg/l.
Persentasi penurunan TSS mencapai 96 %. Penurunan ini terjadi sangat cepat karena
pada menit pertama sampai menit ke-20 hampir seluruh padatan melayang dalam
umpan tertahan oleh membran. Hal ini sesuai dengan teori yang menerangkan bahwa
membran dengan modul tubular dapat bekerja sangat efisien dalam menyisihkan
padatan dibandingkan dengan membran modul lainnya (Wenten, 2001). Hal ini
disebabkan karena ukuran TSS yang lebih besar dari ukuran pori membran sehingga
hampir keseluruhan partikelnya tertahan pada permukaan membran bahkan pada
menit ke-0 nilai peyisihan padatan tersuspensi (TSS) sudah mencapai 89,71 %.
Namun pada jangka waktu tertentu nilai ini akan mencapai titik konstan yang dalam
penelitian ini yaitu pada menit ke-200. Hal ini juga disebabkan karena banyaknya
cake atau padatan yang sudah menutupi hampir seluruh permukaan membran
sehingga membran tidak mampu lagi memisahkan permeat dan retentatnya.
76 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
4.2.5. Kenaikan pH
Hasil pengukuran pH yang dilakukan terhadap sampel awal dan permeat
ditampilkan pada gambar di bawah ini :
Gambar 16. Kenaikan pH Permeat Pada Berbagai Waktu
77 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Dari Gambar 16 diatas terlihat bahwa nilai pH tidak menunjukkan perbedaan
yang signifikan, nilainya hanya berkisar antara 4,6 – 5,9. Hal ini disebabkan pori-pori
membran mikrofiltrasi yang berukuran 0,2 µm tidak begitu baik dalam menyaring
ion-ion yang terdapat dalam limbah. Hal ini disebabkan karena ukuran molekul dari
ion-ion yang terdapat dalam limbah umunya lebih kecil dari ukuran pori membran
sehingga molekul tersebut akan terbawa bersama aliran permeat.
4.2.6. Profil Penentuan VCR (Volume Concentration Ratio)
VCR atau rasio perbandingan volume ini merupakan nilai perbandingan
volume tangki umpan dengan retentat yang dihasilkan dari proses membran.
Percobaan penentuan VCR ini bertujuan untuk memekatkan retentat dari membran
mikrofiltrasi untuk pakan ternak. VCR yang dapat dilakukan pada penelitian ini
hanya VCR 2-6. Hal ini disebabkan karena Membran Mikrofiltrasi sudah mencapai
fouling sehingga jika VCR dilanjutkan tidak akan memberikan hasil yang lebih baik
karena fluks permeat semakin kecil dan akan membutuhkan waktu operasi yang
sangat lama untuk memekatkan limbah sehingga tidak efisien bila ditinjau dari waktu
dan energi yang dibutuhkan. Nilai VCR ini dapat dihubungkan dengan kandungan
total solid karena pada pemekatan kandungan padatannya akan bertambah dan
jumlahnya dapat ditentukan dengan menghitung TS.
78 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Hubungan antara VCR dengan TS dapat dilihat pada Gambar 17 berikut ini :
0369
121518212427
0 1 2 3 4 5 6VCR
TS (m
g/l)
Permeat
Retentat
Gambar 17. Hubungan VCR Dengan TS
Dari Gambar 17 di atas terlihat bahwa nilai TS pada permeat semakin
menurun terhadap waktu, sedangkan pada retentat nilai TS akan semakin meningkat
dan pada VCR 6 nilai TS pada retentat mencapai 22,92 mg/l. Hal ini disebabkan
79 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
karena tujuan penentuan VCR adalah untuk pemekatan limbah sehingga dengan
pertambahan VCR maka akan dihasilkan retentat yang lebih pekat dan kandungan TS
yang semakin besar, sebaliknya pada permeat kandungan TS akan semakin rendah.
Perolehan akhir pada VCR 6 mempunyai volume retentat 33,3 liter dari volume
tangki umpan awal 200 liter. Retentat ini dapat langsung dikeringkan dengan rotary
dryer untuk dijadikan pakan ternak.
4.3. Penyusunan Model Untuk Proses Mikrofiltrasi
4.3.1. Model untuk memperkirakan fluks permeat
Untuk pemodelan fluks permeat menggunakan Persamaan 3.3. yang telah
diuraikan pada bab III kerja teoritik. Persamaan tersebut adalah :
ε r2 ∆P J = 8 η τ ∆X
Sedangkan untuk menurunkan persamaan di atas digunakan data-data
penelitian pengolahan limbah cair PKS dengan proses mikrofiltrasi bermaterial
keramik dengan konfigurasi tubular ceramic multy Channel dan data-data dari
literatur, yaitu :
a) Porositas (ε) diperoleh dari persamaan sebagai berikut :
ε = N π/4dp2
Dimana :
N = pori/cm2
dp = Diameter pori rata-rata
80 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Dari literatur diperoleh N = 2x108 pori/cm2 (Nuclepore, 1978). dan dp adalah
250 A atau setara dengan 250x10-8 cm, sehingga porositas dapat dihitung
sebagai berikut :
ε = 2x108 pori/cm2 x3,14/4x (250.10-8 cm)2
= 9,8125x10-4
b) Jari-jari pori (r), dari data diameter pori rata-rata di atas, maka diperoleh jari-jari
pori
adalah sama dengan 125 A atau 125x10-8 cm.
c) Turtoisitas (τ) adalah 1 untuk membran tubular (Mulder, 1996)
d) Tebal lapisan membran (∆X) dari literatur untuk konfigurasi tubular ceramic
multy
Channel adalah 10 µm atau 1x10-7 m atau 1x10-5 cm
e) Viskositas (η) permeat diukur dengan alat Brookfield Digital Viscometer adalah
0,9.10-2
g/cm.sec.
Dari data-data tersebut, maka berdasarkan persamaan (3.1) dapat disusun
sebuah model untuk menyatakan hubungan fluks terhadap beda tekanan (TMP).
Nilai ε r2
= k (konstanta permeabilitas) 8 η τ ∆X
81 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Nilai ini jika dihitung berdasarkan data karakteristik membran yang digunakan,
diperoleh :
9,8125x10-4 (125.10-8 cm)2 k =
8( 0,9x10-2 g/cm.sec)( 1)(10-5 cm)
k = 2,129x10-9 cm2sec/gr atau
k = 76,64 Liter/(m2jam.Bar)
Maka model yang dapat digunakan untuk menyatakan fluks permeat pada
proses proses Pengolahan limbah cair PKS dengan mikrofiltrasi adalah :
J = 76,64 ∆P (4.1)
Dimana ∆P dalam Bar dan J dalam L/(m2jam) atau LMH.
Model tersebut menerangkan bahwa dengan meningkatnya tekanan maka
fluks permeat akan meningkat pula. Pernyataan ini dapat dibuktikan dari data hasil
penelitian yang dilakukan. Namun pernyataan ini hanya berlaku untuk proses
membran yang bekerja pada tekanan rendah (< 2 Bar). Jika tekanan sudah lebih besar
dari 2 Bar maka fluks sudah tidak akan bergantung lagi pada beda tekanan (Sigit
purwanto dan Hengky djojo santoso, 1996).
Setelah dilakukan perhitungan dan pengujian kesesuaian data penelitiam
dengan model pada persamaan 4.1 diperoleh nilai residu terkecil pada waktu operasi
30 menit (lampiran C). Perhitungan tersebut ditampilkan pada Tabel 9 berikut ini :
Tabel 9. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 1
82 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
TMP (Bar) Fluks Data Model 1 Residu (e) e2
0,2 32,0183 15,328 16,6903 278,5661
0,4 33,0253 30,656 2,3693 5,613582
0,6 39,0249 45,984 -6,9591 48,42907
0,8 48,1693 61,312 -13,1427 172,7306
Jumlah 505,3393
Sedangkan Grafik perbandingan data hasil percobaan pada menit ke-30 dapat
dilihat pada Gambar di bawah ini :
J model = 76.64dP + 4E-14R2 = 1
J poli orde 3 = -38.496(dP)3 + 108.6(dP)2 - 49.348dP+ 37.852R2 = 1
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0 0.2 0.4 0.6 0.8
TMP (Bar)
Fluk
s (L
MH
)
Fluks
Model
Linear (Model)
83 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar 18. Perbandingan Data Hasil Penelitian Dengan Model 1
Dari Gambar 18 tersebut terlihat bahwa perbandingan data hasil penelitian
dengan model yang disusun pada persamaan 4.1. perbedaaannya masih sangat besar.
Oleh karena itu perlu dicari suatu faktor koreksi untuk pendekatan kedua grafik
tersebut.
Persamaan 4.1. dituliskan menjadi :
J = 76,64 α ∆P (4.2)
Selanjutnya Persamaan 4.1. disebut sebagai Model 1, sedangkan Persamaan
4.2. sebagai Model 2. Setelah dihitung menghasilkan suatu nilai faktor koreksi
sebesar 0,9. Untuk mengetahui sampai dimana kesesuaian dari faktor koreksi (α),
maka langkah selanjutnya adalah menggunakan faktor tersebut untuk menghitung
fluks permeat dengan menvariasikan beda tekanan (TMP). Parameter ini dipilih
karena TMP merupakan faktor yang paling berpengaruh dalam meningkatkan fluks
membran mikrofiltrasi. Hasil perhitungan fluks menggunakan faktor koreksi (α)
dengan variasi TMP diperlihatkan pada Tabel 10 berikut ini :
Tabel 10. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 2 (menggunakan faktor koreksi 0,9)
TMP Fluks Data Model 2 Residu (e) e2
0,2 32,0183 28,81647 3,20183 10,25172
84 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,4 33,0253 29,72277 3,30253 10,9067
0,6 39,0249 35,12241 3,90249 15,22943
0,8 48,1693 43,35237 4,81693 23,20281
Jumlah 59,59066
Setelah dibandingkan antara tabel 10 dengan tabel 11 maka diketahui bahwa
Model 2 yang menggunakan faktor koreksi 0,9 akan menghasilkan nilai yang lebih
mendekati data percobaan. Hal ini dapat dibuktikan dengan adanya nilai residu yang
jauh lebih kecil dari Model 1 yang tidak menggunakan faktor koreksi. Model yang
diperoleh dengan menggunakan statistik grafik dari data hasil percobaan akan
menghasilkan persamaan :
J = -38,496(∆P)3 +108,6 (∆P)2 – 49,348 ∆P + 37,852 (4.3)
Model ini dapat mewakili keseluruhan data percobaan yang dilakukan.
Sedangkan perhitungan nilai residu terhadap Persamaan 4.3. yang selanjutnya disebut
Model 3 ditampilkan pada Tabel 11. berikut ini :
Tabel 11. Perbandingan Data Hasil Percobaan Dengan Model 3
TMP Fluks Data Model 3 Residu (e) e2
0,2 32,0183 32,0184 -0,0001 1,74E-08
0,4 33,0253 33,0250 0,0002 5,95E-08
0,6 39,0249 39,0240 0,0008 6,99E-07
85 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 48,1693 48,1676 0,0016 2,73E-06
Jumlah 3,5E-06
Grafik perbandingan Model 1 tanpa faktor koreksi dan Model 2 yang
menggunakan faktor koreksi serta Model 3 yang diperoleh dari statistik grafik data
hasil percobaan dapat dilihat pada Gambar 19 di bawah ini :
121416182022242628303234363840424446485052545658606264
0 0.2 0.4 0.6 0.8TMP (bar)
Fluk
s (L
MH
)
Fluks data
Model 1
Model 2
Model 3
Gambar 19. Perbandingan Model 1 dan 2 Dengan Variasi TMP
86 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Dari Gambar 19 tersebut dapat dinyatakan bahwa prediksi fluks permeat
menggunakan faktor koreksi (model 2) lebih baik daripada yang diperoleh dari
perhitungan sebelumnya tanpa menggunakan faktor koreksi (model 1). Namun
model ini hanya berlaku untuk range TMP 0,2 sampai 0,8 bar. Untuk melihat
penggunaan model yang lebih luas lagi harus dilakukan penelitian lanjutan dengan
variasi TMP yang lebih banyak lagi sampai di bawah 2 bar. Dari pemodelan di atas
dapat dinyatakan bahwa model 2 merupakan model yang dapat digunakan karena
kesesuaiannya dengan data hasil percobaan. Model ini dapat digunakan untuk
karakteristik membran mikrofiltrasi yang sama, akan tetapi nilai viskositasnya
berbeda tergantung pada viskositas limbah cair yang digunakan.
4.3.2. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah
Model ini disusun untuk memprediksi nilai COD pada rentang waktu 20
sampai 240 menit. Model ini perlu disusun mengingat pada pengolahan limbah COD
merupakan parameter yang penting selain BOD. Model tersebut adalah :
Gambar 20. Model Untuk Memperkirakan Rejeksi COD Limbah
Dari Gambar 20 di atas terlihat bahwa model yang dihasilkan merupakan
persamaan polynomial orde tiga. Model yang dihasilkan adalah COD= -
0,006t3+2,788t2-392,3t+35847. Dimana COD dalam satuan mg/l dan t atau waktu
dalam satuan menit. Model tersebut sudah dapat mewakili data percobaan mengingat
nilai residu yang mencapai 0,922.
88 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
4.4. Menghitung Konstanta Pembentukan Cake
Fenomena fouling pada membran biasanya dihitung dengan menentukan
konstanta pembentukan cake. Persamaan yang digunakan adalah persamaan 3.5. yang
ditulis :
1 1 = + k’t J0
2 J2
Konstanta pembentukan cake yang dihitung dengan memplotkan 1/J2 (1/(fluks)2 )
terhadap t (waktu operasi) yang disajikan pada Gambar 21 berikut ini.
y = 6 E - 0 6 x + 0 .0 0 0 8R 2 = 0 .9 2 7 4
0
0 . 0 0 0 5
0 . 0 0 1
0 . 0 0 1 5
0 . 0 0 2
0 2 0 4 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 0W a k t u ( m e n i t )
1/J2
Gambar 21. Penentuan Konstanta Pembentukan Cake Membran Mikrofiltrasi
89 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Konstanta pembentukan cake dihitung dari gradien yang terbentuk pada grafik.
Nilai ini dapat disajikan sebagai acuan dalam menilai terjadinya fouling karena
pembentukan cake merupakan kendali bagi terjadinya fouling pada membran.
Dari Grarfik 21 di atas terlihat bahwa konstanta pembentukan cake dengan TMP
0.6 bar adalah 6.10-6 atau 0,0000006. Belum diperoleh data nilai k’ dari literatur untuk
limbah yang sama sebagai pembanding. Umpan membran merupakan limbah yang
masih mengandung banyak padatan terlarut dan 1 % minyak. Ketika zat terlarut tertahan
oleh membran zat tersebut akan terakumulasi dan membentuk suatu lapisan di dekat
permukaan membran yang disebut polarisasi konsentrasi. Polarisasi konsentrasi pada
membran dapat menyebabkan penurunan fluks membran secara terus menerus dan
penurunan fluks ini merupakan fungsi dari waktu.
4.5. Menghitung Selektifitas Membran
Parameter yang digunakan untuk menggambarkan selektifitas membran adalah
koefisien rejeksi (R). Data koefisien rejeksi dari percobaan dapat dilihat pada Tabel
berikut ini :
Tabel 12. Data Koefisien Rejeksi Membran
Cp Cf R % R
17,960 17,960 -- --
13,120 20,600 0,3631 36,3106
11,880 21,080 0,4364 43,6432
90 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
11,680 22,040 0,4700 47,0054
10,720 22,880 0,5314 53,1468
10,120 22,920 0,5584 55,8464
R rata2 0,4719 47,1905
Dari Tabel 12 di atas terlihat bahwa koefisien rejeksi rata-rata adalah 0,47190
dan persentase rejeksi membran adalah 47,19 %. Dari literatur untuk membran
mikrofiltrasi rentang koefisien rejeksi adalah 0,3-0,7 (Mulder, 1996). Nilai koefisien
rejeksi ini sangat dipengaruhi oleh ukuran pori-pori suatu membran, semakin kecil
ukuran pori maka membran dapat lebih banyak menahan spesi yang melewatinya.
Dari seluruh data yang diambil dapat ditabulasi dengan baku mutu limbah cair
PKS yang berlaku di Indonesia berdasarkan Lampiran A Kep-51/MENLH/10/2005
berikut :
Tabel 13. Hasil penelitian dibandingkan dengan baku mutu limbah cair PKS
Parameter Limbah Awal Permeat % Rejeksi Baku mutu
COD (mg/l) 39.117 12.540,50 67,94 350
TS (mg/l) 21.960 11.800 46,26 100
TSS (mg/l) 875 35 96 300
pH 4,6 5,9 22,03 6,0 – 9,0
91 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
V. PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Ada beberapa hal yang dapat disimpulkan pada penelitian ini yaitu:
1. Kandungan COD permeat limbah unit deoiling ponds masih sangat tinggi
sehingga tidak dapat langsung dilanjutkan ke proses water treatment untuk
pengolahan air proses, karena kandungan COD limbah awal masih sangat tinggi
dan membran mikrofiltrasi hanya dapat menurunkan kadar COD sampai 67,94
% saja.
2. Rejeksi TS mencapai 46,26 %, sedangkan rejeksi TSS pada permeat sangat baik
yaitu 98,66 % .Kandungan TSS pada permeat sudah memenuhi baku mutu
limbah cair PKS.
3. Nilai pH pada permeat hanya mengalami penurunan sedikit dari limbah awal,
karena membran mikrofiltrasi tidak dapat menahan ion-ion pada limbah tersebut.
4. Model yang dihasilkan untuk memperkirakan fluks permeat dari limbah deoiling
ponds adalah J=76,64.α.∆P, sedangkan model untuk memperkirakan rejeksi
COD limbah menghasilkan persamaan COD= -0,006t3+2,788t2-392,3t+35847.
Setelah diuji kedua model tersebut dapat digunakan pada penelitian ini karena
kesesuaiannya dengan data penelitian.
92 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
5. Pada perhitungan untuk memperkirakan fenomena fouling diperoleh nilai
konstanta pembentukan cake 6,10 -6 dan dari selektivitas membran diperoleh
nilai rejeksi 47,19 %.
6. Pengolahan limbah cair PKS dengan membran mikrofiltrasi ini layak dilakukan
sebagai alternatif pengolahan limbah cair PKS karena dapat mengurangi waktu
pengolahan limbah dari 65 hari menjadi 2 hari dan mengurangi kebutuhan lahan
untuk kolam aerobik dan anaerobik, serta tidak menimbulkan gas rumah kaca
bagi lingkungan sekitarnya. Selain itu produk utama (permeat) dapat diproses
lebih lanjut untuk air proses dan produk samping (retentat) dapat diolah menjadi
pakan ternak
93 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
5.2. Saran
Ada beberapa saran yang dapat diambil dari penelitian ini yaitu :
1. Membran mikrofiltrasi tidak dapat menurunkan kadar COD dan TS pada limbah
deoiling ponds secara maksimal, sehingga perlu dilakukan perlakuan
pendahuluan (pre-treatment) pada limbah deoiling ponds untuk menurunkan
kadar kontaminannya, yaitu dengan mengolah limbah tersebut dengan RANUT
terlebih dahulu dan keluaran RANUT inilah yang kemudian dilanjutkan kepada
proses membran mikrofiltrasi agar menghasilkan permeat dengan kualitas yang
lebih baik dan memenuhi baku mutu limbah cair PKS. Secara skematis ketiga
proses tersebut dapat digambarkan:
2. Agar peralatan membran mikrofiltrasi yang digunakan pada penelitian ini
dirancang kembali sehingga dapat dioperasikan untuk variasi beda tekanan
(TMP) yang lebih besar hingga 2 Bar.
3. Agar tidak terjadi fouling maka membran harus selalu di backwash sebelum dan
sesudah digunakan dan jika perlu dilakukan Backwash dengan air panas atau
larutan HCl.
94 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
DAFTAR PUSTAKA
Anonim., (1998). Buku Panduan Teknologi Pengendalian Dampak Lingkungan Industri Minyak Kelapa Sawit di Indonesia
Anonim., (2006). Panduan Pelaksanaan Laboratorium Instruksional I/II. Modul
Pemisahan Dengan Membran. Departemen Teknik Kimia ITB Anonim., (2000). Laboratorium Nutrisi dan Makanan Ternak. Jurusan Peternakan
Fakultas Pertanian USU Cheryan, M., (1986) . Ultrafiltration Handbook. Lancaster. Technomic Publishing Co,
Inc. Cristie J, Geankoplis., (1993). Transport Process and Unit Operation. 3th edition.
Prentice Hall Direktorat Jenderal Perkebunan ., (2006). Statistik Kelapa Sawit 2005. Departemen
Pertanian Departemen Pertanian., (2006). Pedoman Pengelolaan Limbah Industri Kelapa Sawit.
Jakarta Fane, A G,Professor., ITB-UNESCO International Workshop On Membranes 2nd. GDP Filter., (10 Juli 2006) Handoko, D.K., (2003). Upaya Penanganan Membran Fouling Yang Terjadi Pada
Proses Membran Sellulosa Asetat Pada Pengolahan Limbah Tekstil. Jurnal Penelitian Medika Eksakta Vol. 4 No. 2, Hal 120-128
Hasnudi., (2005). Peranan Limbah Kelapa Sawit dan Hasil Samping Industri Kelapa
Sawit Terhadap Pengembangan Ternak Ruminansia di Sumatera Utara. Pidato pengukuhan jabatan guru besar tetap pada Fakultas Pertanian USU
http: //www.Ipar.com/ Penelitian kelapa sawit. (15 Desember 2005) http: //www.IOPRI.com/ DDarnoko, (2007). Penelitian Kelapa Sawit
95 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Huifeng Shan, Ronald D, Neufeld., (2007). Irreversible Fouling During Multicycle Microfiltration of Wastewater Effluent. Water Environment Research. Proquest Agriculture Journals I Gede Wenten., (2001). Teknologi Membran Industrial. Institut Teknologi Bandung Konieczny, J. Rafa, J., (2000). Modeling Of The Membrane Filtration Process Of
Natural Waters.Polish Journal of Environmental Studies Vol. 9 No.I, hal 57-63 Lee, Yonghun., (1998). A Numerical Model For Flux Decline During The Crossflow
Ultrafiltration Of Coloidal Suspensions. Thesis Doctor of Philosophy in Environmental Engineering in Civil Engineering. University of Illinois at Urbana-Champaign
Mulder, M., (1996). Basic Principles Of Membrane Technology. Nederland. Kluwer
Aca Publisher Malleviele, J., (1996). Water Treatment Membrane Process. McGraw-Hill Nakao, Shin-ichi., (1994). Determination Of Pore and Pore Size Distribution. J.
Membr.Sci. Page 165 Nuclepore., (1978). Transport Phenomena : A Unified Approach. McGraw-Hill Book
Company Rifaid M. Nur., (2000). Sebuah Studi Tentang Fenomena Fouling Pada Membran
Hollow Fiber Sigit Purwanto., Hengki Djojo Santoso., (1996). Pengambilan Kembali Air Dari Limbah
Cair Unit Water Jet Loom Dengan Proses Ultrafiltrasi Suprihanto Notodarmojo., T. Zulkarnain., Dini Mayasanthy & M. Irsyad., (2004). Efek
Pretreatment Terhadap Pembentukan Lapisan Cake dan Struktur Membrane Pada Membran Ultrafiltrasi Aliran Cross-flow Dalam Pengolahan Limbah Cair Emulsi Minyak. Prosiding ITB Sains & Teknology Vol 36 A No. 1, hal 45-62
Suprihanto Notodarmojo., T. Zulkarnain., Dini Mayasanthy., (2004). Pengolahan
Limbah Cair Emulsi Minyak Dengan Proses Membran Ultrafiltrasi Dua-tahap Aliran Cross-flow. Prosiding ITB Sains & Teknology Vol 36 A No. 2, hal 127-144
Yonghun Lee, Ph,D., (1998). A Numerical Model For Flux Decline During The Crossflow Ultrafiltration Of Colloidal Suspensions. Thesis Draft for the degree
96 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
of Doctor of Philosophy in Environmental Engineering in Civil Engineering in the Graduate College of the University of Illinois at Urbana-Champaign
Yu Zhao., James S. Taylor., (2004). Modeling Membrane Performance Over Time.
American Water Works Association Journal
97 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
LAMPIRAN 1 Spesifikasi Peralatan Membran Mikrofiltrasi Keramik (GDP Filter)
1. Tangki Umpan
Type = Storage Tank
Material = Stainless stell
Volume = 200 liter
Design = Vertical tank
Including = Valves and all necessary pipes
Quantity = 1 unit
2. Filter Pump
Type = Centrifugal Pump, LOWARA CEA 370/3
Total capacity = 200 – 300 liter/min
Total head = 22,9 – 13 m
Material housing = Stainless steel
Material shaft = Stainless steel
Motor = 1,85 kW, 380 Volt, 3 phase, 50 Hz, 2900 rpm
Quantity = 1 unit
3. Ceramic Membrane Module
Confoguration = Tubular Ceramic, Multy Channel
98 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Material = Al2O3
Number of pore = 2,108 pori/cm2
Diameter of pore = 250 A
Number of channel = 19
Dimension
Outside diameter = 30 mm
Channel diameter = 4 mm
Thickness = 10 µm
Specific area = 0,24 m2/m/unit
Porrosity of support = > 33
Average pore size = 0,1 µm
Working temperature = 90 0C
Quantity = 7 units
4. Ceramic Membrane Housing
Type = KTM 19
Configuration = Longitudinal
Material = Stainless steel 304
Number of channel = 7
Quantity = 1 unit
99 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
5. Valve dan Pressure Indicator
Regulator valve
Type = Ball Valve
Material
Frame = Stainless steel
Seal = Teflon
Plate = Stainless steel
Pressure Indicator
Pressure range = 0 – 2,5 kg/cm2
Tube = Copper alloy
Socket = Stainlees steel
Casing = SS 304
Connects = ¼ ‘ NPT
Diameter = 2 ½ ‘
6. Piping, Tubing, dan Connection
Piping
Material = Stainless steel
Connection (elbow, watermur, double nipple, nipple, dan lainnya)
Material = Stainless steel
100 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
7. Control Panel
Standard = Indoor
Starter = Telemecanique
Relay = Omron
Including =Indicator lamp, selector switch, danaccessories
Dimension = 35 cm x 25 cm x 12,5 cm
Quantity = 1 set
8. Frame
Material = Stainless steel
101 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
LAMPIRAN 2 Data Hasil Penelitian
L2-1. Tabel Penentuan TMP Optimum
Waktu
(menit)
Fluks TMP 0,2
Bar (LMH)
Fluks TMP 0,4
Bar (LMH)
Fluks TMP 0,6
Bar (LMH)
Fluks TMP 0,8
Bar (LMH)
5 36,7709921 38,41780127 46,38227529 49,96622283
10 36,3633719 35,46869037 45,38448831 49,73095553
15 33,29909077 34,71523096 40,63692694 48,74501095
20 32,63547803 34,11832782 39,59110309 48,65697031
25 32,44167393 33,73186406 39,27563167 48,4289644
30 32,01834011 33,02531721 39,02499941 48,16937122
35 31,83192742 32,85722608 38,65702406 48,02935554
40 31,55470007 32,65306978 38,41142632 47,81486086
45 31,42435608 32,50435907 35,71066363 47,55428321
50 31,29420306 31,94327692 35,26759641 47,40396904
55 31,21337306 31,98878419 34,80265502 47,10235719
60 31,15628773 31,94184097 34,367757 46,9408639
102 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
65 31,10661793 31,90055077 34,11232233 46,12180214
70 31,15973415 31,94915831 33,9785636 45,50849371
75 31,15012491 31,93241261 33,78629493 46,68917708
80 30,98867829 31,85359796 33,7284964 46,78362573
85 30,95328376 31,7872239 33,60300868 46,62656782
90 30,91902154 31,79666754 33,52464732 46,782225
95 30,88111543 31,05111093 33,4688599 46,65092975
100 30,83702478 31,27789048 33,32697899 46,72216013
105 30,75489426 31,11529339 33,3935734 46,57592435
110 30,68223483 31,13217176 33,31911718 46,40474591
115 30,69282923 31,13966847 33,3759721 46,53119265
120 30,66548707 31,13396463 33,30260613 46,25552291
L2-2. Tabel Rejeksi COD terhadap waktu pada TMP Optimum
Waktu
(menit)
COD (mg/l)
0 39,117
20 25.075
40 22.980
60 20.480
80 19.558,50
103 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
100 19.140,50
120 18.835
140 18.23
460 17.552,50
180 16.048
200 13.540,50
220 12.145,50
240 12.540,50
L2-3. Tabel Rejeksi Total Solid (TS) terhadap waktu pada TMP Optimum
Waktu (menit) TS (mg/l)
0 21.960
20 18.800
40 17.680
60 17.9200
80 17.480
100 15.680
120 15.160
140 13.960
104 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
160 12.640
180 12.400
200 12.160
220 12.080
240 11.800
L2-4. Tabel Rejeksi Total Suspended Solid (TSS) terhadap waktu pada TMP Optimum
Waktu
(menit)
TSS (mg/l)
0 875
20 90
40 85
60 85
80 80
100 75
120 70
140 70
160 65
180 55
200 50
220 40
240 35
105 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
L2-5. Tabel Kenaikan pH
Waktu
(menit) pH
0 4,6
20 5,1
40 4,9
60 5
80 5,2
100 5,1
120 5,3
140 5,5
160 5,7
180 5,9
200 5,8
220 5,9
240 5,9
106 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
L2-6. Tabel Hubungan TS Dengan VCR
VCR
TS Permeat
(mg/l)
TS Retentat
(mg/l)
1 17.960 17.960
2 13.120 20.600
3 11.880 21.080
4 11.680 22.040
5 10.720 22.880
6 10.120 22.920
107 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
LAMPIRAN 3 Perhitungan Nilai Residu
Model 1 Terhadap Data Hasil Percobaan
Waktu operasi 5 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 36,7709 15,328 21,4429 459,798
0,4 38,4178 30,656 7,7618 60,24554
0,6 46,3822 45,984 0,3982 0,158563
0,8 49,9662 61,312 -11,3458 128,7272
Jumlah 648,9292
Waktu operasi 10 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 36,3633 15,328 21,0353 442,4838
0,4 35,4686 30,656 4,8126 23,16112
108 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,6 45,3844 45,984 -0,5996 0,35952
0,8 49,73095 61,312 -11,5811 134,1207
Jumlah 600,1252
Waktu operasi 15 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 33,299 15,328 17,971 322,9568
0,4 34,7152 30,656 4,0592 16,4771
0,6 40,6369 45,984 -5,3471 28,59148
0,8 48,745 61,312 -12,567 157,9295
Jumlah 525,9549
Waktu operasi 20 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 32,6354 15,328 17,3074 299,5461
0,4 34,1183 30,656 3,4623 11,98752
0,6 39,5911 45,984 -6,3929 40,86917
109 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 48,6569 61,312 -12,6551 160,1516
Jumlah 512,5543
Waktu operasi 25 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 32,4416 15,328 17,1136 292,8753
0,4 33,7318 30,656 3,0758 9,460546
0,6 39,2756 45,984 -6,7084 45,00263
0,8 48,4289 61,312 -12,8831 165,9743
Jumlah 513,3127
Waktu operasi 30 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 32,0183 15,328 16,6903 278,5661
0,4 33,0253 30,656 2,3693 5,613582
0,6 39,0249 45,984 -6,9591 48,42907
110 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 48,1693 61,312 -13,1427 172,7306
Jumlah 505,3393
Waktu operasi 35 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,8319 15,328 16,5039 272,3787
0,4 32,8572 30,656 2,2012 4,845281
0,6 38,657 45,984 -7,327 53,68493
0,8 48,0293 61,312 -13,2827 176,4301
Jumlah 507,339
Waktu operasi 40 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,5547 15,328 16,2267 263,3058
0,4 32,653 30,656 1,997 3,988009
0,6 38,4114 45,984 -7,5726 57,34427
111 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 47,8148 61,312 -13,4972 182,1744
Jumlah 506,8125
Waktu operasi 45 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,4243 15,328 16,0963 259,0909
0,4 32,5043 30,656 1,8483 3,416213
0,6 35,7016 45,984 -10,2824 105,7277
0,8 47,5542 61,312 -13,7578 189,2771
Jumlah 557,5119
Waktu operasi 50 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,2942 15,328 15,9662 254,9195
0,4 31,9432 30,656 1,2872 1,656884
0,6 35,2675 45,984 -10,7165 114,8434
112 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 47,4039 61,312 -13,9081 193,4352
Jumlah 564,855
Waktu operasi 55 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,2133 15,328 15,8853 252,3428
0,4 31,9887 30,656 1,3327 1,776089
0,6 34,8026 45,984 -11,1814 125,0237
0,8 47,1023 61,312 -14,2097 201,9156
Jumlah 581,0581
Waktu operasi 60 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,1562 15,328 15,8282 250,5319
0,4 31,9418 30,656 1,2858 1,653282
0,6 34,3677 45,984 -11,6163 134,9384
113 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,9408 61,312 -14,3712 206,5314
Jumlah 593,655
Waktu operasi 65 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,1066 15,328 15,7786 248,9642
0,4 31,9005 30,656 1,2445 1,54878
0,6 34,1123 45,984 -11,8717 140,9373
0,8 46,1218 61,312 -15,1902 230,7422
Jumlah 622,1924
Waktu operasi 70 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,1597 15,328 15,8317 250,6427
0,4 31,9491 30,656 1,2931 1,672108
0,6 33,9785 45,984 -12,0055 144,132
114 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 45,5084 61,312 -15,8036 249,7538
Jumlah 646,2006
Waktu operasi 75menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 31,1501 15,328 15,8221 250,3388
0,4 31,9324 30,656 1,2764 1,629197
0,6 33,7862 45,984 -12,1978 148,7863
0,8 46,6891 61,312 -14,6229 213,8292
Jumlah 614,5836
Waktu operasi 80 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,9886 15,328 15,6606 245,2544
0,4 31,8535 30,656 1,1975 1,434006
0,6 33,7284 45,984 -12,2556 150,1997
115 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7836 61,312 -14,5284 211,0744
Jumlah 607,9625
Waktu operasi 85 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,9532 15,328 15,6252 244,1469
0,4 31,7872 30,656 1,1312 1,279613
0,6 33,603 45,984 -12,381 153,2892
0,8 46,6265 61,312 -14,6855 215,6639
Jumlah 614,3796
Waktu operasi 90 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,919 15,328 15,591 243,0793
0,4 31,7966 30,656 1,1406 1,300968
0,6 33,5246 45,984 -12,4594 155,2366
116 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7822 61,312 -14,5298 211,1151
Jumlah 610,732
Waktu operasi 95 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,8811 15,328 15,5531 241,8989
0,4 31,0511 30,656 0,3951 0,156104
0,6 33,4688 45,984 -12,5152 156,6302
0,8 46,6509 61,312 -14,6611 214,9479
Jumlah 613,6331
Waktu operasi 100 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,837 15,328 15,509 240,5291
0,4 31,2778 30,656 0,6218 0,386635
0,6 33,3269 45,984 -12,6571 160,2022
117 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7221 61,312 -14,5899 212,8652
Jumlah 613,9831
Waktu operasi 105 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,7548 15,328 15,4268 237,9862
0,4 31,1152 30,656 0,4592 0,210865
0,6 33,3935 45,984 -12,5905 158,5207
0,8 46,5759 61,312 -14,7361 217,1526
Jumlah 613,8704
Waktu operasi 110 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,6822 15,328 15,3542 235,7515
0,4 31,1321 30,656 0,4761 0,226671
0,6 33,3191 45,984 -12,6649 160,3997
118 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,4047 61,312 -14,9073 222,2276
Jumlah 618,6054
Waktu operasi 115 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,6928 15,328 15,3648 236,0771
0,4 31,1396 30,656 0,4836 0,233869
0,6 33,3759 45,984 -12,6081 158,9642
0,8 46,5311 61,312 -14,7809 218,475
Jumlah 613,7501
Waktu operasi 120 menit
TMP (bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model
(LMH)
Residu
(e) e2
0,2 30,6654 15,328 15,3374 235,2358
0,4 31,1339 30,656 0,4779 0,228388
0,6 33,3026 45,984 -12,6814 160,8179
119 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,2555 61,312 -15,0565 226,6982
Jumlah 622,9803
Perhitungan Nilai Residu Model 2 (dengan nilai koreksi) Terhadap Data Hasil
Percobaan
Waktu operasi 5 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 36,7709 15,328 13,7952 22,9757 527,8828
0,4 38,4178 30,656 27,5904 10,8274 117,2326
0,6 46,3822 45,984 41,3856 4,9966 24,96601
0,8 49,9662 61,312 55,1808 -5,2146 27,19205
Jumlah 697,2734
Waktu operasi 10 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 36,3633 15,328 13,7952 22,5681 509,3191
0,4 35,4686 30,656 27,5904 7,8782 62,06604
120 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,6 45,3844 45,984 41,3856 3,9988 15,9904
0,8 49,73095 61,312 55,1808 -5,44985 29,70087
Jumlah 617,0764
Waktu operasi 15 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 33,299 15,328 13,7952 19,5038 380,3982
0,4 34,7152 30,656 27,5904 7,1248 50,76278
0,6 40,6369 45,984 41,3856 -0,7487 0,560552
0,8 48,745 61,312 55,1808 -6,4358 41,41952
Jumlah 473,1411
Waktu operasi 20 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 32,6354 15,328 13,7952 18,8402 354,9531
0,4 34,1183 30,656 27,5904 6,5279 42,61348
0,6 39,5911 45,984 41,3856 -1,7945 3,22023
121 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 48,6569 61,312 55,1808 -6,5239 42,56127
Jumlah 443,3481
Waktu operasi 25 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 32,4416 15,328 13,7952 18,6464 347,6882
0,4 33,7318 30,656 27,5904 6,1414 37,71679
0,6 39,2756 45,984 41,3856 -2,11 4,4521
0,8 48,4289 61,312 55,1808 -6,7519 45,58815
Jumlah 435,4453
Waktu operasi 30 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 32,0183 15,328 13,7952 18,2231 332,0814
0,4 33,0253 30,656 27,5904 5,4349 29,53814
0,6 39,0249 45,984 41,3856 -2,3607 5,572904
122 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 48,1693 61,312 55,1808 -7,0115 49,16113
Jumlah 416,3535
Waktu operasi 35 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,8319 15,328 13,7952 18,0367 325,3225
0,4 32,8572 30,656 27,5904 5,2668 27,73918
0,6 38,657 45,984 41,3856 -2,7286 7,445258
0,8 48,0293 61,312 55,1808 -7,1515 51,14395
Jumlah 411,6509
Waktu operasi 40 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,5547 15,328 13,7952 17,7595 315,3998
0,4 32,653 30,656 27,5904 5,0626 25,62992
0,6 38,4114 45,984 41,3856 -2,9742 8,845866
123 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 47,8148 61,312 55,1808 -7,366 54,25796
Jumlah 404,1336
Waktu operasi 45 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,4243 15,328 13,7952 17,6291 310,7852
0,4 32,5043 30,656 27,5904 4,9139 24,14641
0,6 35,7016 45,984 41,3856 -5,684 32,30786
0,8 47,5542 61,312 55,1808 -7,6266 58,16503
Jumlah 425.4045
Waktu operasi 50 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,2942 15,328 13,7952 17,499 306,215
0,4 31,9432 30,656 27,5904 4,3528 18,94687
0,6 35,2675 45,984 41,3856 -6,1181 37,43115
124 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 47,4039 61,312 55,1808 -7,7769 60,48017
Jumlah 423,0732
Waktu operasi 55 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,2133 15,328 13,7952 17,4181 303,3902
0,4 31,9887 30,656 27,5904 4,3983 19,34504
0,6 34,8026 45,984 41,3856 -6,583 43,33589
0,8 47,1023 61,312 55,1808 -8,0785 65,26216
Jumlah 431,3333
Waktu operasi 60 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,1562 15,328 13,7952 17,361 301,4043
0,4 31.9418 30.656 27.5904 4.3514 18.93468
0.6 34.3677 45.984 41.3856 -7.0179 49.25092
125 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0.8 46.9408 61.312 55.1808 -8.24 67.8976
Jumlah 437.4875
Waktu operasi 65 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,1066 15,328 13,7952 17,3114 299,6846
0,4 31,9005 30,656 27,5904 4,3101 18,57696
0,6 34,1123 45,984 41,3856 -7,2733 52,90089
0,8 46,1218 61,312 55,1808 -9,059 82,06548
Jumlah 453,2279
Waktu operasi 70 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,1597 15,328 13,7952 17,3645 301,5259
0,4 31,9491 30,656 27,5904 4,3587 18,99827
0,6 33,9785 45,984 41,3856 -7,4071 54,86513
126 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 45,5084 61,312 55,1808 -9,6724 93,55532
Jumlah 468,9446
Waktu operasi 75 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 31,1501 15,328 13,7952 17,3549 301,1926
0,4 31,9324 30,656 27,5904 4,342 18,85296
0,6 33,7862 45,984 41,3856 -7,5994 57,75088
0,8 46,6891 61,312 55,1808 -8,4917 72,10897
Jumlah 449,9054
Waktu operasi 80 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,9886 15,328 13,7952 17,1934 295,613
0,4 31,8535 30,656 27,5904 4,2631 18,17402
0,6 33,7284 45,984 41,3856 -7,6572 58,63271
127 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7836 61,312 55,1808 -8,3972 70,51297
Jumlah 442,9327
Waktu operasi 85 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,9532 15,328 13,7952 17,158 294,397
0,4 31,7872 30,656 27,5904 4,1968 17,61313
0,6 33,603 45,984 41,3856 -7,7826 60,56886
0,8 46,6265 61,312 55,1808 -8,5543 73,17605
Jumlah 445,755
Waktu operasi 90 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,919 15,328 13,7952 17,1238 293,2245
0,4 31,7966 30,656 27,5904 4,2062 17,69212
0,6 33,5246 45,984 41,3856 -7,861 61,79532
128 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7822 61,312 55,1808 -8,3986 70,53648
Jumlah 443,2484
Waktu operasi 95 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,8811 15,328 13,7952 17,0859 291,928
0,4 31,0511 30,656 27,5904 3,4607 11,97644
0,6 33,4688 45,984 41,3856 -7,9168 62,67572
0,8 46,6509 61,312 55,1808 -8,5299 72,75919
Jumlah 439,3393
Waktu operasi 100 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,837 15,328 13,7952 17,0418 290,4229
0,4 31,2778 30,656 27,5904 3,6874 13,59692
0,6 33,3269 45,984 41,3856 -8,0587 64,94265
129 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,7221 61,312 55,1808 -8,4587 71,54961
Jumlah 440,5121
Waktu operasi 105 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,7548 15,328 13,7952 16,9596 287,628
0,4 31,1152 30,656 27,5904 3,5248 12,42422
0,6 33,3935 45,984 41,3856 -7,9921 63,87366
0,8 46,5759 61,312 55,1808 -8,6049 74,0443
Jumlah 437,9702
Waktu operasi 110 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,6822 15,328 13,7952 16,887 285,1708
0,4 31,1321 30,656 27,5904 3,5417 12,54364
0,6 33,3191 45,984 41,3856 -8,0665 65,06842
130 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,4047 61,312 55,1808 -8,7761 77,01993
Jumlah 439,8028
Waktu operasi 115 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,6928 15,328 13,7952 16,8976 285,5289
0,4 31,1396 30,656 27,5904 3,5492 12,59682
0,6 33,3759 45,984 41,3856 -8,0097 64,15529
0,8 46,5311 61,312 55,1808 -8,6497 74,81731
Jumlah 437,0983
Waktu operasi 120 menit
TMP
(bar)
Fluks Data
(LMH)
Fluks Model 1
(LMH)
Fluks Model 2
(LMH) Residu (e) e2
0,2 30,6654 15,328 13,7952 16,8702 284,6036
0,4 31,1339 30,656 27,5904 3,5435 12,55639
0,6 33,3026 45,984 41,3856 -8,083 65,33489
131 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
0,8 46,2555 61,312 55,1808 -8,9253 79,66098
Jumlah 442,1559
LAMPIRAN 4 Prosedur Percobaan
A. Penentuan TMP (Trans Membrane Pressure ) optimum
1. Limbah deoiling ponds disaring dengan kain yang berukuran mesh 200 atau 75-
100 µm (Pre-filter)
2. Dimasukkan ke tangki umpan hingga volume 200 liter
3. Dihidupkan peralatan membran keramik dan diatur TMP sesuai dengan variasi
percobaan
4. Setelah Pressure Gauge menunjukkan angka TMP yang stabil lalu diambil
permeatnya dan dihitung laju alirnya untuk menghitung fluks yang dihasilkan
pada berbagai waktu
5. Proses dihentikan sampai diperoleh fluks maksimum dan relatif konstan pada
waktu tertentu
6. Dibuat grafik fluks-vs-waktu untuk berbagai TMP (Laboratorium Instruksional,
Teknik Kimia ITB, 2006).
132 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
133 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar L4-1. Diagram Alir Penentuan TMP optimum
B. Penentuan fluks optimum terhadap penurunan COD dan parameter analisis lainnya
1. Limbah deoiling ponds disaring dengan kain kassa mesh 200 atau 75-100 µm
2. Kemudian dianalisa terlebih dahulu COD, TS, TSS, dan pH
3. Dimasukkan ke tangki umpan hingga volume 200 liter
4. Dihidupkan peralatan membran keramik dan diatur TMP sesuai dengan TMP
optimum yang diperoleh dari percobaan pertama
5. Setelah Pressure Gauge menunjukkan angka yang konstan baru diambil
sampel permeatnya setiap variasi waktu percobaan dan dihitung fluks yang
dihasilkan
6. Proses dihentikan sampai diperoleh penurunan COD yang relatif konstan
pada kurun waktu 240 menit
7. Sampel permeat akhir diambil dan dianalisis penurunan kadar COD, TS,
TSS, dan pH
8. Dibuat grafik fluks-vs-waktu untuk TMP tertentu dengan berbagai parameter
analisa
9. Setelah diperoleh fluks optimum lalu dibuat model untuk fluks (J) dan laju
pembentukan fouling (k’) (GDP Filter, 2006)
134 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar L4-2. Diagram Alir Penentuan Fluks Optimum Terhadap Penurunan COD dan
Parameter Analisis lainnya
135 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
C.Penentuan VCR (Volume Concentration Ratio)
1. Limbah deoiling ponds disaring dengan kain yang berukuran mesh 200 atau 75-
100 µm (Pre-filter)
2. Kemudian dianalisa terlebih dahulu COD, TS, TSS, dan Ph
3. Dimasukkan ke tangki umpan hingga volume 200 liter
4. Dihidupkan peralatan membran keramik dan diatur TMP 0,6 Bar
5. Setelah Pressure Gauge menunjukkan angka yang konstan baru diambil sampel
permeatnya unttk variasi volume permeatnya yaitu 25 liter untuk VCR 2 dan
dilanjutkan dengan VCR 3 dan seterusnya sampai VCR 6
6. Sampel permeat dan retentan diambil dan dianalisa kadar COD, TS, TSS, dan Ph
yang dihasilkan
7. Dibuat grafik hubungan antara TS-vs- VCR
8. Dihitung koefisien rejeksi (R) (GDP Filter, 2006)
136 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
Gambar L4-3. Diagram Alir Penentuan VCR (Volume Concentration Ratio)
137 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
3. Backwash Membran
1. Posisi regulator valve sebagai berikut :
RV 1 = tutup penuh
RV 2 = buka penuh
RV 3 = buka penuh
RV 4 = buka penuh
RV 5 = tutup penuh
RV 6 = buka penuh
RV 7 = tutup penuh
RV 8 = buka penuh
2. Pompa dihidupkan agar sebagian air bersirkulasi ke dalam tangki backwash
3. RV 3 diputar agar tekanan backwash tidak lebih dari 1,5 bar
4. Tekanan pada sisi permeat akan mendorong air masuk ke sisi umpan sehingga
pengotor-pengotor yang menyumbat pori membran diharapkan lepas terbawa air
dan keluar pada bagian RV 8
5. Proses dilakukan selama kurang lebih 15 menit
138 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
4. Prosedur Analisis
E.1. Analisis COD (chemical oxygen demand)
Acuan = Merck (1978) P 78
1. 1 ml contoh dimasukkan ke dalam tabung destruksi yang berisi 1,5 ml K2Cr2O7
dan 3,5 ml larutan asam sulfat-perak sulfat. Contoh didestruksi selama 2 jam,
suhu 150 0C. Diangkat dan didinginkan.Dibuat juga blanko.
2. Larutan cintoh dimasukkan ke erlenmeyer sambil dobilas dengan air destilasi.
3. Ditambahkan indikator feroin dan dititrasi dengan larutan FeSO4 sampai larutan
coklat kemerahan.
Perhitungan :
(B-C) x N FeSO4 x 8 x 1000 COD (mg/l) = Volume contoh (ml)
Dimana :
B = volume FeSO4 yang digunakan untuk titrasi blanko
C = volume FeSO4 yang digunakan untuk titrasi contoh
139 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
E.2. Penentuan Total Padatan (Total Solid, TS)
1. 25 ml contoh dimasukkan ke dalam cawan porselen yang sudah dikeringkan dan
diketahui beratnya (A), kemudian dipanaskan di atas penangas air sampai kering.
2. Dimasukkan ke oven 2 jam, suhu 105 0C.
3. Didinginkan kurang lebih 30 menit dan ditimbang (B).
Perhitungan :
(B-A) x 1.000.000 TS (mg/l) = Volume contoh (ml)
E.3. Penentuan Total Padatan Melayang Dalam Air Limbah (Total Suspended Solid,
TSS)
1. 25 ml disaring dengan pompa vacum yang sudah dipasang kertas saring, Kertas
saring yang digunakan harus diketahui dahulu beratnya (A).
2. Kertas saring yang berisi padatannya dikeringkan di dalam oven selama 2 jam pada
suhu 105 0C. Didinginkan selama kurang lebih 30 menit, kemudian ditimbang (B).
Perhitungan :
(B-A) x 1.000.000 x pengenceran TSS (mg/l) = Volume contoh (ml)
140 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
E.4. Penentuan pH
1. Tiap sampel dimasukkan ke baker glass
2. Dicelupkan pH meter ke dalam sampel tersebut dan dicatat perolehan pHnya
141 Farida Hanum : Pengolahan Limbah Cair Pabrik Kelapa Sawit Dari Unit Deoiling Ponds Menggunakan Membran Mikrofiltrasi, 2009 USU Repository © 2008
LAMPIRAN 5 Gambar Limbah Deoiling Ponds
Gambar limbah deoiling ponds sebelum dan sesudah diolah dengan membran
mikrofiltrasi