Volume 6 No.

1, Juli 2005 (54 - 60)

Studi Pengaruh Penambahan Karbon Aktif

Pada Optimasi Penurunan Warna Dan Kandungan Organik
Pada Air Gambut Menggunakan Membran Ultrafiltasi

Rony Riduan 1

Abstract - High organic content in peat water lower its quality as one of the surface water source. Ultra
filtration membrane system is applicable to this problem with support from PAC (Powdered Activated
Carbon) pre-treatment in order to enhance its organic removal performance.
Effect of activated carbon pre-treatment to the performance of ultra filtration membrane system is
analyzed from the optimum removal efficiency comparison. Optimation process is carried by analyzing
the carbon active dose, contact time, acidity, applied pressure, and operating period effects in dead-end
flow system. Statistical approach is used to support the optimation method with RSM (Response Surface
Model) and regression analysis.
Activated carbon pre-treatment enhanced the colour rejection by 9.37% and organic rejection by 2.3%
compared to non-pre-treated. Flux difference from those methods is about 9.37% higher in the beginning
of filtration process, and about 78% higher after 4 hours of operation. Carbon active pre-treatment effects
flux significantly but not as great in colour and organic rejection. Optimum condition in organic removal
from this system is measured at 3 bar applied pressure and ambient pH form carbon active pre-treatment.
Total colour and organic rejection is 98.02% and 98.54%. The highest flux obtained from this method is
24.47 L/m2.hour. Generally, product from ultra filtration membrane system with activated carbon pre-
treatment can achieve the drinking water quality standard.

Keywords ± peat water, ultra filtration, activated carbon, organic

PENDAHULUAN kadar organik tinggi (38 ± 280 mg/l KMnO4),

dan bersifat asam (pH 3,7 ± 4,3). Hal ini me-
nunjukkan bahwa ketiga parameter air gambut
Latar Belakang
diatas memerlukan pengolahan khusus terlebih
Daerah rawa dan daerah pasang surut seperti dahulu untuk dapat dimanfaatkan sebagai salah
di Kalimantan dan Sumatera umumnya meng- satu alternatif sumber air untuk keperluan do-
hadapi kesulitan dalam memperoleh air bersih mestik maupun industri.
terutama pada musim kemarau. Hal ini mem- Kandungan organik yang tinggi berpotensi
pengaruhi peningkatan penggunaan sumber air membentuk senyawa karsinogen dalam reak-
permukaan. Salah satu sumber air permukaan sinya dengan klor pada proses desinfeksi
yang ada di Banjarmasin adalah air gambut (Shorney et al., 1996). Selain itu kandungan
yaitu air permukaan yang sangat dipengaruhi organik juga menyebabkan intensitas warna
oleh kondisi tanah gambut dibawahnya. Me- yang tinggi dan merupakan media pertumbuhan
nurut data Puslitbang Sumber Daya Air (2000), mikroorganisme (Chang et al, 1998).
air gambut di Kalimantan Selatan memiliki Metoda penanganan yang dapat digunakan
karakter warna coklat tua (124 ± 571 unit PtCo), adalah pemanfaatan teknologi membran yang

1
Staff pengajar Fakultas Teknik Unlam Banjarmasin

54
 Rony Riduan, Pengaruh PHQDPEDKDQ .DUERQ $NWLI« 55

telah banyak diaplikasikan dalam proses pe- ƒ Menganalisa pengaruh pretreatment karbon
murnian air. Permasalahan yang umum di- aktif terhadap kinerja membran UF dalam
temukan dalam teknologi membran ini adalah mereduksi kandungan organik dan warna.
masalah sensitivitas bahan membran dan
fouling yang menyebabkan penurunan kinerja Ruang Lingkup Penelitian
proses sehingga memerlukan suatu teknologi Penelitian ini memiliki ruang lingkup
pengolahan awal (pretreatment) yang tepat sebagai berikut:
(Shorney, 1996). karbon aktif (powdered ƒ Air gambut sebagai objek penelitian adalah
activated carbon) dapat menjadi pretreatment air permukaan yang bersifat asam, berwarna
yang tepat dalam menunjang kinerja membran merah kecoklatan dan memiliki kandungan
ultrafiltrasi khususnya dalam mengurangi organik tinggi yang diambil dari daerah Ban-
fouling pada membran. jarmasin, Kalimantan Selatan.
ƒ Percobaan dilakukan pada skala labo-
Perumusan Masalah ratorium dengan menggunakan karbon aktif
Dari latar belakang permasalahan dapat sebagai pretreatment dan membran ultra-
dibuat suatu perumusan masalah sebagai filtrasi bentuk flat dengan sistem aliran dead-
berikut: end dalam model aliran batch.
ƒ Kemampuan membran ultrafiltrasi dalam ƒ Membran UF yang digunakan adalah mem-
meningkatkan kualitas air gambut khususnya bran UF selulosa asetat dengan MWCO
dalam mereduksi kandungan organik. (Molecular Weight Cut-Off) 30.000 dalton
ƒ Pengaruh pretreatment karbon aktif dalam dan menggunakan gaya dorong berupa
meningkatkan kinerja membran UF untuk tekanan udara.
mereduksi organik pada air gambut. ƒ Parameter utama yang diukur adalah kan-
ƒ Pengaruh variabel dosis karbon aktif, pH, dungan organik yang terkandung di air gam-
tekanan dan periode operasi memban ter- but, hasil kontak dengan karbon aktif dan
hadap efisiensi penyisihan optimum yang yang lolos sebagai permeate dari membran
dapat diberikan oleh masing-masing proses UF dengan tetap memperhatikan parameter
pengolahan (melalui pretreatment karbon lain seperti warna, kekeruhan, dan keasaman.
aktif dan tanpa pretreatment karbon aktif). ƒ Performa optimal karbon aktif dianalisa me-
lalui kemampuan penyisihan organik dengan
Maksud dan Tujuan variabel pH, dan dosis karbon aktif.
Maksud dari penelitian adalah menganalisa ƒ Performa optimal membran dianalisa melalui
kinerja kombinasi karbon aktif dan membran parameter flux dan rejeksi dengan variabel
ultrafiltrasi dalam memperbaiki kualitas air tekanan, pH umpan, dan periode operasi.
gambut khususnya ditinjau dari segi penyisihan ƒ Dalam menganalisa pengaruh karbon aktif
kandungan organik dan warna. terhadap kinerja membran digunakan per-
bandingan efesiensi penyisihan melalui per-
Penelitian ditujukan: bedaan hasil proses membran UF tanpa treat-
ƒ Menganalisa pengaruh dosis karbon aktif, ment awal dan melalui pretreatment karbon
dan pH umpan (feed) pada proses adsorpsi aktif.
organik dan warna di air gambut dengan ƒ Dalam menganalisa kondisi optimal masing-
karbon aktif. masing proses digunakan pendekatan sta-
ƒ Menganalisa pengaruh tekanan operasi, pH tistika untuk membangun model optimasi
umpan, dan periode operasi membran pada melalui metode RSM (Respon Surface Mo-
reduksi organik dan warna air gambut del) khususnya CCD (Central Composite
terhadap parameter flux dan rejeksi . Design) dan analisa regresi.
ƒ Menganalisa kondisi optimal reduksi organik
dan warna pada air gambut menggunakan METODE PENELITIAN
membran UF serta kombinasinya dengan
pretreatment karbon aktif. Penelitian dilakukan untuk menganalisa
pengaruh pretreatment karbon aktif pada kinerja
membran UF. Selain itu juga akan dicari
56 INFO TEKNIK, Volume 6 No. 1, Juli 2005

kondisi optimum dari reduksi organik pada air Parameter kandungan organik diukur dengan
gambut dengan melakukan perbandingan pada PV (Permanganat Value) dalam matriks
kombinasi proses pengolahan yaitu dengan pengamatan. Selain itu juga ditinjau parameter
langsung menggunakan membran UF, dan warna, kekeruhan, dan pH. Sebagai tahap akhir
menggunakan pretreatment karbon aktif terlebih akan dibandingkan persentase penyisihan dari
dahulu. Variabel yang dianalisa adalah dosis tiap-tiap proses sehingga dapat dilihat kondisi
karbon aktif, dan keasaman (pH) untuk proses optimum yang dapat diberikan dari masing-
pengolahan awal dengan karbon aktif. Tahapan masing proses pengolahan. Pada percobaan ini
optimasi pada pengolahan dengan membran UF digunakan karbon aktif dari produsen MERCK
akan menganalisa variabel tekanan operasi, dengan type Rdh.31616 dengan waktu kontak
waktu penyaringan dan keasaman (pH). 24 jam.
Pendekatan statistika melalui pengulangan pada
titik optimum menggunakan metode CCD
(Central Composite Design), dan analisa regresi
digunakan untuk mendapatkan kondisi optimum
dari masing-masing proses pengolahan.
Tahapan penelitian tercantum pada Gambar 1.
Karakterisasi awal air gambut

Parameter fisik dan kimia air gambut

Optimasi treatment PAC Optimasi proses membran UF

Variabel dosis dan pH terhadap Variabel tekanan, pH, dan periode

efesiensi penyisihan organik penyaringan terhadap flux dan rejeksi

Karakterisasi hasil optimasi PAC Karakterisasi hasil optimasi UF

Parameter fisik dan kimia air olahan Parameter fisik dan kimia air olahan

Optimasi proses membran UF

Variabel tekanan, pH, dan periode

penyaringan terhadap flux dan rejeksi

Karakterisasi hasil optimasi

proses PAC dan UF

Parameter fisik dan kimia air olahan

Analisa backwash membran UF

Variabel periode penyaringan dan

metode backwash terhadap flux

Analisa hasil

Perbandingan efesiensi penyisihan dan

baku mutu dari parameter

Gambar 1. Tahapan Penelitian

 Rony Riduan, Pengaruh PHQDPEDKDQ .DUERQ $NWLI« 57

HASIL DAN PEMBAHASAN

Karakteristik sampel air gambut

Karakteristik dari air gambut dapat dilihat
pada Tabel 1, dimana parameter pH, warna, dan
kandungan organik merupakan parameter yang
secara kualitatif melebihi ambang baku mutu
yang ditentukan.
Tabel 1 Karakteristik air gambut
Sampel
Parameter Baku Mutu Keterangan Metode Analisa
I II
pH 4.56 4.61 6.5 - 8.5 Potensiometri
Warna 560 480 5 unit PtCo Spektrofotometri
Organik 288.192 257.249 10 mg/l KMnO4 Titrimetri
BOD 72.5 40.2 0 mg/l Titrimetri Winkler
COD 151.2 129.6 0 mg/l Reflux tertutup
TDS 209 206 1000 mg/l Gravimetri
Kekeruhan 5.54 4.88 5 NTU Turbidimetri
O
Suhu 28 27.6 30 C Termometri
DHL 225 210 400* Ps/cm Konduktimetri
Fe td td 0.3 mg/l Spektrofotometri
Kesadahan 4 td 500 mg/l CaCO3 Titrimetri
Sumber: Baku Mutu dari Permenkes RI No. : 416/MENKES/PER/IX/1990 dan Alaerts et al.(1987)

Analisa kinerja karbon aktif

Analisa ini bertujuan mencari kondisi
250
optimum yang dapat diberikan oleh proses
adsorbsi karbon aktif dalam mereduksi organik 200 4
Organik (KMnO4)

4.56
pada air gambut. Dalam hal ini parameter 150 5

bebas lain yang turut di ukur adalah parameter 6

100 7
warna dan pH akhir. Parameter warna sangat 8

berkaitan dengan kandungan organik dengan 50

berat molekul tinggi, sehingga dapat dijadikan 0

parameter kontrol dalam analisa organik. 0 100 200
Dosis (mg/l)
300 400

Variabel terikat adalah dosis karbon aktif (50

± 300 mg/l), dan pH (ambient, rentang 4 ± 8). Gambar 2a. Pengaruh dosis terhadap kandungan
Analisa statistika yang dilakukan dalam organik
mencari kondisi optimal meliputi analisa RSM
dan regresi dengan program bantu Minitab. 460
455
Warna (PtCo unit)

450
a. Pengaruh dosis karbon aktif 445 4
4.56
Dosis karbon aktif sangat menentukan 440
5
435
kualitas air yang diolah. Dosis yang terlalu 430
6
7
sedikit akan menyebabkan banyak adsorbat 425 8

yang belum tertangkap oleh karbon, sebaliknya 420

0 100 200 300 400
dosis yang terlalu banyak akan mempengaruhi Dosis (mg/l)
mutu dari air ditinjau dari segi warna,
kekeruhan, partikel tersuspensi, dan dari segi Gambar 2b. Pengaruh dosis terhadap kandungan
biaya. Grafik pengaruh dosis terhadap warna
kandungan organik dan warna pada waktu
kontak 24 jam dan pH tertentu dapat dilihat Dari grafik dapat dilihat bahwa kandungan
pada Gambar 2a dan 2b. organik cendrung menurun seiring dengan
58 INFO TEKNIK, Volume 6 No. 1, Juli 2005

kenaikan dosis, namun penurunan tersebut tidak Data hasil analisa grafik dan analisa statistik
drastis dan tidak berbeda jauh pada dosis kemudian dibandingkan dan didapat kondisi
karbon aktif diatas 100 mg/l. Hal ini optimum yaitu pada dosis 100 mg/l dan pH 5,
merupakan fenomena yang dijelaskan oleh didapatkan hasil sebagaimana pada Tabel 3
Nilson dan DiGiano (1996) bahwa kontak diatas.
dengan karbon aktif hanya akan mereduksi Dari pengulangan tersebut juga di ukur
komponen organik dengan berat molekul karakteristik hasil pengolahan dengan karbon
menengah (sekitar 30.000 dalton), dan aktif pada dosis 100 mg/l dan pH 5 (kondisi
meninggalkan komponen organik dengan berat optimum) sebagaimana pada Tabel 4 diatas.
molekul tinggi dan sangat rendah. Setelah Dari hasil diatas dapat diketahui bahwa
fraksi organik dengan berat molekul menengah kemampuan penyisihan organik air gambut
itu terserap, maka penambahan dosis tidak akan dengan menggunakan karbon aktif memiliki
secara signifikan meningkatkan efesiensi persentase reduksi sekitar 65,32%. Reduksi
penyisihan organik oleh karbon aktif. warna pada air gambut terjadi sekitar 25%.

b. Analisa hubungan antar parameter Flux dan rejeksi terhadap waktu

Kondisi optimum dianalisa melalui Pada Gambar 3 terlihat bahwa flux pada
pendekatan statistik yaitu RSM dilanjutkan pengolahan dengan membran ultrafiltrasi ter-
dengan CCD dan analisa regresi. Dari hasil ini hadap air gambut memberikan hasil lebih ren-
dapat dilihat bahwa kandungan organik dan dah 14% pada awal operasi dan bertambah 78%
warna dipengaruhi secara signifikan oleh lebih rendah pada periode operasi 4 jam diban-
tingkat keasaman (pH), dan juga dosis yang dingkan pengolahan dengan pretreatment kar-
digunakan. Model regresi yang didapat adalah bon aktif.
pada Tabel 2 berikut.
Tabel 2. Persamaan regresi
Persamaan model regresi R2

Organik = 109-0.499Dosis + 0.00103 Dosis2 + 1.68 pH2 88.8 %

2
Warna = 457 - 0.0101 Dosis - 11.5 pH +0.000116 Dosis
82.4 %
+ 1.22 pH2 + 0.00328 Dosis x pH

Tabel 3. Hasil perbandingan

Metoda Dosis pH Warna Organik

Analisa grafik RSM 100 5 425 100.22
Analisa CCD 100 5 420 99.952
Model regresi 100 5 431.79 111.4

Tabel 4. Hasil analisa

Sampel Perbedaan
Parameter Baku Mutu Keterangan Metode Analisa
Gambut Opt PAC (%)
pH 4.56 5.262 15.39 6.5 - 8.5 - Potensiometri
Warna 560 420 -25 15 unit PrCo Spektrofotometri
Organik 288.192 99.952 -65.32 10 mg/l KMnO4 Titrimetri
BOD 72.5 49.867 -31.22 0 mg/l Titrimetri Wrinkler
COD 151.2 99.728 -34.04 0 mg/l Reflux tertutup
TDS 209 206 -1.44 1000 mg/l Gravimetri
Kekeruhan 5.54 11.7 111.19 5 NTU Turbidimetri
o
Suhu 28 28 0 30 C Termometri
DHL 225 28.6 -87.29 400* Ps/cm Konduktimetri
Fe td td td 0.3 mg/l Spektrofotometri
Kesadahan 4 1.0008 -74.98 500 mg/l CaCO3 Titrimetri
 Rony Riduan, Pengaruh PHQDPEDKDQ .DUERQ $NWLI« 59

Flux maksimum yang diberikan oleh peng- Rejeksi terhadap waktu

100
olahan tanpa karbon aktif adalah 21,39
L/m2.jam, sedangkan melalui pretreatment 80

karbon aktif memberikan 24,47 L/m2.jam. Pada

Rejeksi (%)
60

periode operasi 120 ± 150 menit flux cendrung 40

konstan. Hal ini disebabkan membesarnya
resistensi terhadap tekanan operasi membran. 20

Flux pada air gambut yang Hal yang berbeda 0

0 60 120 180 240 300
terjadi pada rejeksi organik maupun warna yang Waktu (menit)

cendrung konstan terhadap waktu dengan Rejeksi warna Rejeksi kekeruhan Rejeksi organik

kenaikan yang tidak terlalu signifikan (b) Dengan pretreatment karbon aktif
dikarenakan terjadinya fouling pada membran
(Gambar 4). Penambahan karbon aktif dari hasil Gambar 4. Rejeksi membran UF terhadap
pengamatan mampu meningkatkan flux sebesar waktu
43%.
Periode operasi dan flux
30 Perbandingan kemampuan penyisihan
Gambut+PAC+UF tanpa backwash
25
Gambut+UF tanpa backwash
Setiap kondisi optimum pada masing-masing
20 proses akan memberikan hasil yang bervariasi,
flux (L/m2.jam)

15
namun juga dapat memberikan gambaran sejauh
10
mana tiap perbedaan treatment akan
memberikan perubahan kualitas. Persentase
5
reduksi pada Tabel 5 memberikan perbandingan
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
terhadap efesiensi penyisihan kontaminan dari
Waktu (menit)
masing-masing proses.
Gambar 3 Flux pada membran

Tabel 5. Perbandingan kemampuan penyisihan

Proses pengolahan
Parameter Gambut PAC UF PAC+UF
Nilai % reduksi Nilai % reduksi Nilai % reduksi
pH 4.61 5.841 26.70 7.12 54.45 7.01 52.06
Warna (unit PtCo) 480 410 14.58 52 89.17 7 98.54
Organik (mg/l KMnO4) 257.249 89.501 65.21 10.987 95.73 5.091 98.02
Kekeruhan (NTU) 4.88 9.48 0.00 2.921 40.14 4.618 5.37
DHL (Ps/cm) 210 28.9 86.24 0.947 99.55 0.951 99.55

Peningkatan kemampuan reduksi organik

Rejeksi terhadap waktu
100 dengan menggunakan kombinasi karbon
80
aktif/UF tidak terlalu nyata apabila
dibandingkan dengan tanpa pengolahan melalui
Rejeksi (%)

60
karbon aktif. Pada reduksi warna, kombinasi
40 proses karbon aktif/UF memberikan persentase
20 removal yang juga lebih besar. Hal ini
0
merupakan akibat dari terserapnya sebagian
0 60 120 180 240 300 organik dengan berat molekul rendah pada
Waktu (menit)

Rejeksi warna Rejeksi kekeruhan Rejeksi organik

proses adsorpsi karbon aktif sehingga fraksi
yang lolos pada membran juga lebih sedikit.
(a) Tanpa pretreatment karbon aktif Perbedaan nilai pH umpan berpengaruh pada
hasil tersebut. Pada kombinasi membran UF
dan karbon aktif, pH umpan naik sampai 26,7%
60 INFO TEKNIK, Volume 6 No. 1, Juli 2005

dibandingkan dengan proses tanpa pengolahan sebesar 98,02% dan rejeksi organik sebesar
karbon aktif terlebih dahulu. Keasaman yang 98,54%. Flux maksimal yang diberikan
lebih tinggi cendrung menyebabkan pening- adalah 24,47 L/m2.jam.
katan rejeksi dari membran. 6. Kedua jenis pengolahan baik tanpa
pretreatment maupun dengan pretreatment
mengalami penurunan flux maksimal pada
KESIMPULAN DAN SARAN
waktu penyaringan sekitar 120 ± 150 menit
Berdasarkan hasil penelitian laboratorium sehingga memerlukan suatu mekanisme
dan analisa data yang dilakukan, dapat disusun pembersihan (backwash).
suatu kesimpulan dan saran sebagai berikut

Kesimpulan Saran
1. Pengolahan air gambut menggunakan 1. Dalam menganalisa kemampuan reduksi organik
membran ultrafiltrasi dengan pretreatment ini masih memerlukan penelitian lebih jauh
karbon aktif mampu meningkatkan kualitas mengenai pengaruh bahan membran yang
air gambut pada parameter pH, warna, digunakan.
organik, dan kekeruhan sehingga memenuhi 2. Variasi jenis karbon aktif dapat diterapkan untuk
baku mutu standar air minum dari mendapatkan pretreatment yang lebih optimal.
Departemen Kesehatan RI. 3. Kemampuan penyisihan mikrobiologis dapat
2. Pengaruh pretreatment karbon aktif pada dianalisa lebih lanjut pada sistem membran
pengolahan dengan membran ultrafiltrasi ultrafiltrasi dan pretreatment karbon aktif untuk
meningkatkan efesiensi penyisihan warna air gambut.
sebesar 9,37% dan penyisihan organik 4. Dapat digunakan alat atau metode pengukuran
sebesar 2,3% dibandingkan tanpa kualitas air yang memiliki ketelitian tinggi pada
pengolahan awal. Perbedaan flux setelah rentang nilai yang rendah.
pretreatment mencapai 14% pada awal 5. Sistem aliran dapat dianalisa lebih jauh dengan
penyaringan dan mencapai 78% setelah menerapkan aliran cross-flow dan sistem
periode operasi 4 jam. Pretreatment karbon resirkulasi untuk mereduksi fouling membran.
aktif berpengaruh secara signifikan terhadap 6. Dapat dilakukan analisa lanjutan mengenai
flux namun tidak terlalu signifikan terhadap pengaruh berat molekul dan sifat hidrofobik serta
rejeksi warna dan organik pada air gambut. hidrofilik organik terhadap kinerja membran
3. Kondisi optimum tretment karbon aktif ultrafiltrasi.
adalah pada dosis karbon aktif 100 mg/l dan
pada pH 5. Kondisi ini memberikan
persentase penyisihan warna sebesar 14,58% DAFTAR PUSTAKA
dan organik sebesar 65,21%. Peningkatan Alaerts G. and Santika S.S. (1987) Metoda Penelitian
dosis tidak secara signifikan meningkatkan Air, Usaha Nasional, Surabaya.
kemampuan penyisihan organik maupun
warna. Chang Y.J., Choo K.H., Benjamin M.M. and Reiber, S.
4. Kondisi optimum penyisihan organik (1998) Combined Adsorption-UF process
increases TOC removal, Jurnal American
membran ultrafiltrasi untuk air gambut tanpa Water Work Ascociation, vol.90 pp 90-102
treatment awal adalah pada tekanan 3 bar
dan pH 7, dimana memberikan rejeksi warna Nilson J.A. and DiGiano F.A. (1996) Influence of NOM
sebesar 89,17% dan rejeksi organik sebesar Compotition on Nanofiltration, Jurnal
American Water Work Ascociation, vol.88
95,73%. Flux maksimal yang diberikan pp 53
adalah 21,39 L/m2.jam.
5. Kondisi optimum penyisihan organik Shorney H.L (1996) The Influence of Raw Water Quality
membran ultrafiltrasi untuk air gambut on Enchanced Coagulation adn Softening
dengan treatment awal karbon aktif adalah for the Removal of NOM and DBP
Formation, Proceeding of the Annual
pada tekanan 3 bar dan pH ambient hasil Conference of the American Water Works
pengolahan karbon aktif yaitu pH 5.841. Association, Canada
Rejeksi warna yang dihasilkan adalah