Berikut ialah formula fluks untuk metode cross-flow:22

...........................(5) ( 5 )

J : fluks cairan

ΔP : beda tekanan yang melewati membran

Rm: Hambatan mekanik membran

Rc: Hambatan mekanika fluidapada saat fouling

µ: kekentalan cairan

Cros- flow mikrofiltrasi normalnya digunakan pada saat padatan pada larutan sukar untuk disentrifugasi atau untuk dilakukan penyaringan dengan metode dead-end. Padatan tidak dapat disentrifugasi dan disaring dengan metode dead-end, karena punya ukuran yang sangat kecil dan memiliki densitas yang hampir mendekati dengan densitas larutan. Pada metode penyaringan cross-flow mudah terjadi fouling. Selain untuk filtrasi metode cros-flow juga digunakan untuk pembangkit energi . 21

2.9 Flux Air

Fluks didefinisikan sebagai banyaknya volume air yang melewati satu satuan luas per satuan waktu. Makin besar fluks maka debitnya makin besar. Persamaan fluks Nernst-Planck secara luas diaplikasikan untuk menjelaskan pertukaran ion pada membran dan sistem larutan. Saat ion i terdifusi melewati membran penukar ion, fluks, Ji ( molcm-2s-1 ), dinyatakan oleh sebuah produk dengan gradien potensial kimia, -(dµi/dx), dan konsentrasi dari i dan a sebuah konstanta,

= − dµi

dx (6)

= − d ln ai

dx (7)

Dimana Di adalah koefisien difusi dari ion i , R adalah konstanta gas, T suhu mutlak, aiaktivitas ion i ( ai = Ci γi : Ci konsentrasi dari i dan γi adalah koefisien aktivitas i). 23

= − d ln Ci

d x+ d ln γ

dx (8)

= − d

dx+ d ln γi

dx (9)

Saat sebuah gradien potensial listrik, mempengaruhi sebuah potensial difusi, sebuah fluks ion i , Ji setara terhadap gradien potensial listrik, ( dψ / dx ), konsentrasi Ci, dan valensi zi dari ion i dan sebuah pergerakan elektrokimia i,

= − dψ

dx ( 10)

Atau secara sederhana menjadi:= (11)

dimana J = fluks (m/jam) V = Volume permeat (m3) A = Luas permukaan membran (m2) t = waktu (jam).

BAB IIIBAHAN DAN METODE

3.1. Tempat dan Waktu

Penelitian dilakukan di Laboraturium Biofisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian akandilaksanakan selama 9 bulan yaitu pada bulan Maret 2011- November 2011.

3.2. Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain membran yang terbuat dari teflon ,selulosa asetat 12%, dan tentunya air limbah. Alat yang digunakan antara lain alat penyaringan, botol, gelas ukur, kompresor, stop wacth, mistar, gelas piala, preasure meter.Tabel 4. Analisa Fisik Awal Air Sungai

Ciliwung Kedung HalangVariabel Karakter / Hasil

Suhu 25,3 0CWarna Keruh hijau kecoklatan

pH 5Bau Anyir

Sungai ciliwung memiliki dasar sungai berupa batuan vulkanik, pasir, dan kerikil kecil. Dilihat dari aktivitas di sekitar pengambilan sampel terdapat aktivitas industri. Kegiatan

industri yang berada di sekitar sungai cukup beragam. Selain kawasan industri di tempat pengambilan sampel juga ada pemukiman warga. Limbah domestik dari warga di sekitar bantaran sungai dibuang ke Sungai Ciliwung. Hal yang paling terlihat ialah aktivitas kakus di Sungai Ciliwung. Selain itu beberapa warga juga menggunakan air sungai untuk aktivitas cuci. Aktivitas warga lainnya yang dilakukan di Sungai Ciliwung ialah aktivitas penambangan. Penambangan yang ada di sungai ialah tambang pasir yang dilakukan oleh warga sekitar. Kegiatan penambangan ini masih dilakukan secara tradisional, dan mengunakan alat yang sederhana. Tapi akibat aktivitas tambang ini ada butiran granula tanah dan pasir yang larut dalam air. Butiran tanah dan pasir akan menjadi pengotor dalam air. Butiran tanah, pasir, dan liat yang akan meningkatkan nilai kekeruhan air. Penyebab lain tercemarnya air Sungai Ciliwung ialah pembuangan sampah oleh warga ke dalam sungai. Jika dilihat dari analisa fisik awal dan aktivitas warga di sekitar sungai, air Sungai Ciliwung di daerah Kedung Halang sudah tidak layak konsumsi. Pengukuran keasaman digunakan kertas lakmus. Untuk pengukuran suhu digunakan termometer digital. Untuk pengamatan warna air digunakan pengamatan secara kasat mata. Sedangkan untuk bau dicium dan sedikit dirasakan dengan lidah. Warna yang keruh dan agak kecoklatan dimungkinkan karena adanya butiran tanah yang terlarut dalam air karena aktivitas tersebut. Pencemaran air dapat merupakan masalah, regional maupun lingkungan global, dan sangat berhubungan dengan pencemaran udara serta penggunaan lahan tanah atau daratan. Sekitar 69% air yang masuk ke sungai berasal dari hujan, pencairan es atau salju, dan sisanya berasal dari air tanah. Suhu perairan dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang masuk kedalam air. Suhu selain berpengaruh terhadap berat jenis, viskositas dan densitas air, juga berpengaruh terhadap kelarutan gas dan unsur-unsur dalam air. 19

3.3. Metode Penelitian

Pada penelitian kali ini yang digunakan ialah metode penyaringan cross flow dan dead end. Penelitian ini akan dibagi dalam tiga tahap yakni tahap persiapan, pengolahan, dan penyelesaian. Pada tahap

persiapan, akan ada beberapa proses diantaranya proses perancangan dan pembuatan alat penyaring, survei lokasi pengambilan sampel.

3.3.1 Perancangan dan Pembuatan

Proses perancangan dan pembuatanalat ialah tahap awal dari penelitian ini. Pada tahap perancangan dan pembuatan alat dikerjakan bersama dengan beberapa pihak yang terkait dan berwenang, mulai dari proses desain sampai dengan pembuatan alat.

Survei lokasi pengambilan sampel adalah tahap awal dalam penelitian ini. Tujuan survei lokasi ialah untuk mengamati lingkungan tempat pengambilan sampel. Dari survei tersebut akan diambil data diantaranya sumber polusi yang bermuara ke tempat pengambilan sampel. Jenis rumah tangga yang ada disekitar tempat pengambilan sampel. Batasan wilayah survei ialah radius satu kilometer dari sekitar tempat pengambilan sampel. Pada saat pengambilan sampel akan diukur suhu, dan pH air limbah.

3.3.2 Pembuatan Membran Selulosa Asetat

Proses pembuatan membran selulosa asetat dimulai dengan melakukan penimbangan bahan yang berupa selulosa dalam bentuk serbuk yang berwarna putih. Dalam penelitian ini membran yang akan dibuat ialah membran selulosa asetat 12%. Bahan pencampur membran ini ialah titanium oksida (TiO2), dan untuk bahan yang digunakan sebagai pelarut ialah asam asetat 100%. Untuk satu kali produksi membran bahan yang akan dicetak sebanyak 10 gram.

Tahapan yang harus dilalui untuk setiap pembuatan membran selulosa asetat adalah penimbangan bahan, pencampuran, pencetakan, pencelupan, penguapan, dan tahap penyimpanan.

Pada tahap penimbangan harus dilakukan dengan cermat dan teliti agar membran yang diproduksi tepat berkomposisi selulosa asetat 12%. Untuk pembuatan 10 gram membran selulosa asetat perlu disiapkan bahan berupa

selulosa sebanyak 1,2 gram, TiO2 , dan asam asetat sebagai bahan pelarut sebanyak 8,1 ml. Campurkan semua bahan mulai dari serbuk selulosa terlebih dahulu, disusul dengan serbuk TiO2 dan terakhir asam asetat sembari dimasukan dengan magnetik stirer. Tutup langsung dengan alumunium foil dan langsung nyalakan alat magnetik stirer yang sudah diset dengan kecepatan putar 350 rpm dalam tempo 2 jam. Pengadukan dengan magnetik stirer ialah proses pencampuran yang harus dilalui terlebih dahulu, setelah pencampuran dengan magnetik stirer rampung dengan jeda yang sesingkat mungkin langsung dilanjutkan dengan pencampuran dengan alat pencampur ultrasonik. Pada proses pencampuran dengan ultrasonik, bahan akan dihomogenkan dengan gelombang bunyi selama 2 jam pada frekuensi 20 KHz.

Setelah tahapan pencampuran rampung langsung dilanjut dengan tahap pencetakan. Tuangkan larutan membran pada alat cetak yang berdimensi 12 x 30 cm, setelah itu giling dengan alat berbentuk silinder hingga terbentuk lapisan tipis pada alat cetak. Setelah tahapan ini selesai dilanjutkan dengan tahapan pencelupan, celupkan alat cetak yang telah terbentuk lapisan tipis membran dari bahan selulosa dengan aquades. Diamkan beberapa saat maka membran akan terlepas dengan sendirinya dari alat cetak. Setelah membran terlepas dari alat cetak, maka akan memasuki tahapan penguapan. Tiriskan membran pada seutas tali dengan posisi membran tergantung agar aquades menguap. Selang sekitar 15 detik membran dapat disimpan pada sebuah wadah dengan syarat penyimpanan dilakukan pada kondisi basah. Kondisi basah yang dimaksud ialah membran disimpan dalam posisi terendam larutan, dalam penelitian ini larutan yang digunakan untuk proses penyimpanan ialah aquades.

3.3.3 Penyaringan Air Dengan Membran Selulosa Asetat dan Teflon

Untuk proses penyaringan akan melaui dua metode yakni dead-end untuk membran teflon dan selulosa asetat dan cross-flow untuk membran selulosa asetat saja. Untuk tiap proses penyaringan akan dilakukan dengan tiga macam tekanan. Untuk dead-end dan cross-flow dengan selulosa asetat akan

memperoleh tekanan sebesar 2,5, 5, dan 7,5 psi, sedang untuk dead-end dengan mebran teflon akan memperoleh tekanan sebesar 5,8, 5,5, dan 5,01 psi. Untuk faktor konversi 1 psi kurang lebih 7 kPa.

Pada proses penyaringan ini akan didapatkan data fluks. Data fluks didapatkan dengan melakukan pengolahan dahulu karena data awal yang diperoleh ialah data debit. Formula yang digunakan untuk memperoleh data fluk dari data debit ialah se bagai berikut :

= ( . ) ( 12 )

f = fluk ( m.jam-1)V = volume yang melalui membran ( m3)t = waktu pengukuran ( s )A = luas permukaan membran ( m2 )

3.4 Karakteristik

3.4.1 Kekeruhan

Kekeruhan ialah parameter wajib yang harus diukur untuk menentukan kualitas air. Untuk pengukuran kekeruhan digunakan alat 2100P turbidimeter. Untuk pengunaan alat ini pertama dilakukan kalibrasi terlebih dahulu. Untuk melakukan kalibrasipun sangat mudah, isi tabung turbidi dengan aquades minimal setara dengan tanda tera. Masukan tabung ke dalam alat turbidimeter. Setelah itu tekan tombol read untuk memulai pengukuran. Hasil pengukuran akan muncul pada layar turbidimeter. Untuk kalibrasi angka yang keluar harus 0,00 NTU.

Untuk pengukuran air limbah, masukan air limbah hingga melampaui tanda tera, bersihkan dahulu sekitar tabung dengan air limbah yang meluber atau menetes disekitar tabung. Masukan tabung ke dalam alat turbidimeter, tekan tombol read. Hasilpengukuran akan terpampang pada layar. Catat angka tersebut, itulah nilai kekeruhan dari air sampel. Untuk pengukuran sampel berikutnya bilas terlebih dahulu tabung turbidimeter dengan aquades, lalu keringkan, kemudian ulangi cara sebelumnya.

3.4.2 Massa Jenis

Pengukuran massa jenis dilakukan dengan piknometer volume 10 ml, dan neraca digital. Timbang terlebih dahulu tabung piknometer kosong. Untuk pengukuran, masukan air sampel ayng akan diukur dalam tabung piknometer hingga meluber, tutup tabung, bersihkan air yang meluber karena luberan air akan memperburuk hasil pengukuran. Timbang tabung piknometer pada neraca digital, hasil yang tertera pada layar dikurangkan dengan massa tabung kosong. Untuk penghitungan massa jenis hasil dari pengurangan tabung kosong dibagi dengan volume tabung piknometer sebesar 10 ml.

3.4.3 pH ( Tingkat Keasaman )

Pengukuran tingkat keasaman atau lebih kita kenal dengan pH, akan digunakan pH meter digital. Untuk pengoperasian alat relatif mudah, sebelum digunakan bersihkan probe dengan aquades dan keringkan dengan perlahan dengan tisue karena probe sangat rentan akan kerusakan. Setelah itu lakukan kalibrasi dengan larutan ber-pH 4 dan 7, masukan probe ke dalam larutan ber-pH 4, tunggu sampai layar menunjukan angka 4 yang menjadi pertanda bahwa larutan tersebut ber-pH 4 dan alat sudah terkalibrasi. Bilas terlebih dahulu probe untuk melakukan kalibrasi berikutnya. Hal yang sama juga dilakukan untuk kalibrasi larutan ber-pH 7. Setelah itu bilas probe dan masukan probe ke dalam air sampel yang akan diukur nilai pH-nya. Beberapa saat kemudian layar akan mengeluarkan nilai pH larutan yang kita ukur.

3.4.4 Kadar Garam

Pengukran kadar garam air hasil penyaringan dan limbah dilakukan di Laboratorium Biofisika , Departemen Fisika. Pengukuran kadar garam akan digunakan refractometer manual. Sebelum mengunakan alat ini lakukan kalibrasi terlebih dahulu dengan aquades. Cara kalibrasi, teteskan aquades pada bagian ujung alat dan lihat dengan meneropong bagian belakang alat akan terlihat berapa nilai kadar garam aquades, kadar garam aquades harus menunjukan angka nol pada skala jika tidak maka putar tuas pada bagian sisi alat agar

angka pada skala menunjukan angka nol. Setelah itu keringkan alat dengan tissue, teteskan sampel pada bagian ujung dan lakukan pengamatan pada bagian belakang maka angka yang menunjukan nilai kadar garam akan terlihat. Untuk pengukuran dengan sampel yang lain sama caranya tapi bersihkan terlebih dahulu ujung alat dengan aquades dan keringkan dengan tissue.

3.4.5 Padatan Total Tersisa

Pengukuran total padatan tersisa akan dilakukan dengan cara pengeringan air dalam wadah. Sebelum melakukan pengeringan dalam wadah lakukan penimbangan air yang akan diuji. Setelah itu lakukan pemanasan air sampel hingga semua air menguap. Untuk mengetahui berapa padatan tersisanya lakukan penimbangan wadah kering. Untuk pengolahannya dilakukan pembagian antara berat kering per berat basah dikalikan 100% maka akan didapat total padatan tersisa dalam persen.

3.4.6 Viskositas

Pengukuran kekentalan air atau viskositas akan dilakukan dengan alat viskositas bola jatuh gilmont. Alat viskositas dibersihkan dahulu dengan aquades agar kotoran yang ada hilang. Setelah itu keringkan alat dari aquades, masukan sampel air yang akan diukur nilai viskositasnya. Bola pada viskositas diposisikan pada garis yang tertera pada alat, setelah itu luncurkan bola dengan cara menegakan alat viskositas, pada saat menegakan alat nyalakan juga stop watch. Pada saat bola tepat pada garis tera bawah matikan stop watch. Catat waktu yang ditunjukan oleh stop watch. Untuk pengolahan data digunakan formula berikut :

ηs = ( )

(13)

keterangan: k = Konstanta viskometer yaitu 6,39 x 10-9 m3/s2

ρs = Kerapatan cairan (103 k g/m3)ρb = Kerapatan bola besi (7.960

kg/m3)v = Kecepatan bola besi jatuh

(m/s)