## PENGARUH KOMBINASI PRETREATMENT ADSORPSI-
ULTRAFILTRASI DALAM MENYISIHKAN TOTAL ORGANIC

## CARBON
Aussie Amalia,  Mohamad Mirwan dan Masterina Sufiati Farid
Program Studi Teknik Lingkungan, Universitas Pembangunan Nasional Veteran Jawa Timur Email: aussieamalia.tl@upnjatim.ac.id

## ABSTRAK
Proses  pemisahan  berbasis  membran  salah  satu  pengaplikasiannya  adalah membran ultrafiltrasi (UF). Kendala utama yang dihadapi membran ultrafiltrasi dalam  pengaplikasiannya  adalah  terdeposisinya  zat  padat  terlarut  pada permukaan  membran  atau  dikenal  sebagai  fouling.  Salah  satu  pencemar  yang terdapat di effluent IPAL adalah Total Organic Carbon (TOC). Kehadiran TOC pada  proses  UF  akan  menyebabkan  fouling.  Pada  praktiknya,  pengendalian fouling  pada  industri  dapat  dilakukan  melalui  pretreatment,  seperti  adsorpsi. Tujuan  dari  penelitian  ini  untuk  mengetahui  pengaruh  kombinasi  adsorpsi-UF dalam menyisihkan TOC. Pada effluent IPAL ditemukan TOC sebesar 343 mg/L. Proses  kombinasi  adsorpsi-UF  dinilai  mampu  dalam  menyisihkan  TOC,  yang ditunjukkan dengan penurunan pada nilai TOC hingga mencapai <1,086 mg/L.
Kata kunci: Total Organic Carbon (TOC), Adsorpsi, Ultrafiltrasi

## ABSTRACT
Implementation a membrane-based separation process one of its applications is an  ultrafiltration  membrane  (UF).  The  main  obstacle  facing  ultrafiltration membrane in its application is the deposition of dissolved solids on the membrane surface or known as fouling. One of the polluters found in IPAL effluent is Total Organic  Carbon  (TOC).  TOC  presence  in  UF  processes  will  cause  fouling.  In practice, fouling control in the industry can be done through pretreatment, such as adsorption. The purpose of this study is to know the influence of adsorption-UF combinations in setting aside TOC. At effluent IPAL found TOC amounting to 343 mg/L. The adsorption-UF combination process is assessed to be able to set aside the  TOC,  which  is  indicated  by  a  decrease  in  the  TOC  value  until  it  reaches  < 1.086 mg/L..
Keywords: Total Organic Carbon (TOC), Adsorption, Ultrafiltration

## PENDAHULUAN
Perkembangan sektor industri khususnya industri  minuman  ringan  berkembang  cukup pesat. Seiring dengan hal tersebut, penggunaan sumber  daya  alam  seperti  air  menjadi meningkat,  mengingat  bahan  baku  yang digunakan adalah air bersih. Konsumsi air bersih yang  tinggi  akan  berdampak  pada  biaya  dan kapasitas limbah yang dihasilkan. Pemanfaatan air limbah yang telah diolah menjadi bahan baku proses produksi dan minuman ringan, merupakan  upaya  yang  dapat  dilakukan  untuk mengurangi  biaya  produksi  air  bersih  dan mengurangi  produksi  air  limbah.  Namun, pemanfaatan  air  limbah  tersebut  dihadapkan pada permasalahan total organic carbon (TOC) yang cukup tinggi, yaitu 343 mg/L. Oleh karena itu diperlukan proses pengolahan lanjutan untuk menyisihkan  parameter  tersebut  dalam  air limbah  sebelum  digunakan  sebagai  air  baku untuk produksi minuman ringaan
Teknologi  membran  merupakan  salah  satu pengolahan  lanjutan yang  tepat  untuk memenuhi kebutuhan air bersih yang berkualitas.  Ultrafiltrasi  (UF)  adalah  jenis membran yang pengoperasiannya cukup mudah yang dapat menghilangkan kontaminan dari air (Prasetyo,  2015). Membran  UF  mampu menggantikan pengolahan air secara konvensional seperti, koagulasi, sedimentasi dan  filtrasi.  Membran  UF  merupakan membran  berpori  akan  tetapi  seluruh kontaminan  partikulat  seperti  virus  dan bakteri  termasuk  makromolekul  dapat direjeksi.  Keuntungan  proses  membran  UF adalah  kualitas  produk  yang  baik,  tidak memerlukan  tambahan  bahan  kimia,  dan dapat  beroperasi  secara  konsisten  dalam penghilangan  partikel  dan  makromolekul (Wenten,  1997) .  Pengoperasian  teknologi membran dihadapkan kepada beberapa permasalahan yaitu, fouling , keterbatasan umur membran dan perawatan yang mahal.
Natural  Organic  Matter (NOM)  merupakan campuran heterogen dari makromolekul organik yang  berasal  dari  degradasi  dan  dekomposisi alami  organisme  hidup  dengan  sistem  ekologi. NOM  dibagi  menjadi  dua  fraksi  yaitu  material hidrofobik (humik) dan hidrofilik (non-humik). Material  humik  adalah  bahan  yang  telah terhumifikasi  dan  dikenal  dengan  humus. Material  non  humik  adalah  bahan  yang  tidak
terhumifikasi  dan  lebih  mudah  di  biodegradasi (Alimah,  2012).  Humus  dapat  menyebabkan terjadinya fouling pada  membran  (Lee et  al. , 2004)  dan  menurunnya  fluks  secara  terus- menerus.
Resiko fouling pada membran dapat diminimalisir  dengan  cara  memberi  perlakuan awal  sebelum  proses  membran  ( pretreatment )
(Nainggolan,  2015).  Dalam  pemilihan  proses pretreatment yang dapat mereduksi kontaminan dan fouling harus mempertimbangkan berbagai faktor, seperti koagulan, adsorben, oksidan, dan temperatur (Prasetyo,  2015). Dari hasil penelitian  sebelumnya, pretreatment adsorpsi pada  UF  dapat  meningkatkan  fluks.  Pada umumnya,  adsorben  yang  digunakan  pada proses adsorpsi adalah karbon aktif, dikarenakan karbon  aktif  mudah  didapatkan  dan  memiliki kemampuan yang cukup baik untuk menyisihkan kontaminan (Rahma dkk, 2018).
Berdasarkan  penelitian  yang  telah  dilakukan, variasi jenis adsorben dapat berpengaruh dalam proses  adsorpsi  dan  telah  dibuktikan  dengan penggunaan adsorben karbon aktif menghasilkan  efisiensi  penyisihan organic matter sebesar  70%.  Spesifikasi  karbon  aktif yang  dipakai  pada  proses  adsorpsi  menjadi penting  untuk  diketahui,  sebab  dari  spesifikasi tersebut  dapat  diketahui  kandungan  yang penting  dari  karbon  aktif  tersebut.  Kandungan yang  penting  untuk  diperhatikan  yaitu  kadar iodine yang  ada  dalam  karbon  aktif  tersebut. Besarnya  kadar iodine dapat  menentukan  daya serap suatu jenis karbon aktif. Oleh karena itu, pada  penilitian  ini  digunakan  karbon  aktif sebagai adsorben  dengan kadar iodine masing- masing  sebesar  850  mg/g  dan  800  mg/g. Pemilihan  variasi  karbon  aktif  ini  ditujukan untuk  memberikan  rekomendasi  terbaik  pada proses  adsorpsi  dengan  kandungan  yang diperhatikan yaitu kadar iodine yang ada dalam spesifikasi  karbon  aktif  tersebut  (Hatt et  al. , 2013).
Selain itu, hasil penelitian dari Monnot (2016), membuktikan bahwa debit aliran mempengaruhi penyisihan  bahan  organik  alami  pada  proses adsorpsi.  Dari  penelitian  tersebut,  debit  2,4 liter/jam  terbukti  mampu  menyisihkan  78% bahan  organik  alami  dibandingkan  debit  yang lainnya yang lebih besar. Oleh karena itu, pada penelitian  ini  dipilih  variasi  debit  yang  lebih kecil  dari  penelitian  sebelumnya,  yaitu  39 mL/menit, 29 mL/menit dan 23 mL/menit. Hal
7 1 3 6 5 P 4 2 9 10 8
ini  dimaksudkan  untuk  membuktikan  bahwa semakin  kecil  debit,  maka  pengaruhnya terhadap  kemampuan  adsorpsi  juga  semakin besar  agar  dapat  mereduksi fouling pada membran UF (Monnot et al. , 2016).

## METODE PENELITIAN
Pada  penelitian  ini  dilakukan  pengolahan kombinasi  adsorpsi  dan  membran  UF  dengan menggunakan  sampel  dari  saluran  outlet  IPAL PT.  Multi  Bintang  Indonesia,  Tbk.  Parameter utama  yang  digunakan  adalah  TOC.  Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui variasi adsorben dan debit aliran yang terbaik pada proses adsopsi sehingga  dapat  meningkatkan  kinerja  pada proses  ultrafiltrasi.    Rangkaian  alat  penelitian dijelaskan dalam bentuk potongan (Gambar 1) .
Gambar -1 Potongan Rangkaian Alat
Keterangan:
1 = Bak Penampung 2 = Pipa Inlet 3 = Bak Pengatur Debit 4 = Pipa Over Flow 5 = Bak Adsorpsi 6 = Bak Titik Sampling Adsorpsi 7 = Pressure Gauge 8 = Membran Ultrafiltrasi 9 = Bak Permeate 10 = Bak Retenate P
= Pompa

## HASIL DAN PEMBAHASAN Karakteristik Limbah
Pada  penelitian  ini  jenis  air  limbah  yang digunakan  sebagai  sampel  adalah  air  limbah PT.Multi  Bintang  Indonesia,  Tbk.  Sampel diambil  dari  saluran  outlet  IPAL,  kemudian sampel disimpan dalam jerigen, untuk dilakukan pengolahan  lanjutan  menjadi  air  bersih  dengan pengolahan kombinasi adsorpsi dengan membran UF. Pada air limbah tersebut terdapat kandungan TOC sebesar 343 mg/L.
TOC yang terdapat di dalam air limbah tersebut terdiri  dari  beberapa  komponen,  seperti karbohidrat,  protein,  lemak,  zat  humus, surfaktan  dan  berbagai  macam  zat  lainnya. Kandungan TOC yang tinggi akan berpengaruh pada  kualitas  air  bersih  sebagai  pengangkut material  logam  dan  bahan  kimia  organik  serta memberikan  pengaruh  terhadap  warna,  rasa yang  tidak  diingkan  dan  bau  tidak  sedap (Siahaan & Ali, 2014).
Pengaruh Ultrafiltrasi (UF) dalam Menyisihkan  Total  Organic  Carbon (TOC)
Pada penelitian ini digunakan membran UF untuk perlakuan kontrol, dimana air limbah hanya melewati membran UF tanpa melalui proses adsorpsi. Hasil uji TOC dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel -1 Pengaruh Uji TOC terhadap Perlakuan pada Membran Ultrafiltrasi
Berdasarkan  Tabel  1,  terjadi  penurunan  nilai TOC  pada  perlakuan  kontrol  dari  343  mg/L menjadi  49,59  mg/L  dengan  persen  removal
sebesar 85,54%. Penurunan nilai TOC ini terjadi sesuai  dengan  prinsip  proses  pemisahan  oleh membran.  Prinsip  ini  berupa  pemanfaatan  sifat membran, di mana dalam kondisi yang identik, jenis molekul tertentu akan berpindah dari satu fasa fluida ke fasa lainnya di sisi lain membran, dalam  hal  ini  yaitu  TOC.  Jadi,  membran bertindak  sebagai  filter  yang  sangat  spesifik. Bahan  organik  serta  air  dengan  berat  molekul yang  lebih tinggi akan tertahan  oleh membran, sedangkan air dengan berat molekul rendah akan melewati membran dikarenakan adanya perbedaan suhu dan tekanan (Wenten,
Khoiruddin, Aryanti, & Hakim, 2010).
Efektivitas penurunan nilai TOC pada membran UF  sebesar  293,41  mg/L  dipengaruhi  oleh  dua faktor,  yaitu  faktor  selektivitas  dan  faktor produktivitas.  Kedua  faktor  tersebut  sangat bergantung  pada  jenis  membran  (Hidayat,
No. Perlakuan TOC (mg/L) Persen Removal (%) 1. Awal (tanpa perlakuan) 343 - 2. Membran Ultrafiltrasi 49,59 85,54
2014).  Membran  ultrafiltrasi  tergolong  dalam jenis  membran  asimetris  berpori  (Wenten  dkk, 2010).  Membran  ini  terdiri  dari  dua  lapisan, yaitu kulit yang tipis dan rapat dengan ketebalan 0,1  –  0,5  μm.  Membran  asimetrik  ini menghasilkan  selektivitas  yang  lebih  tinggi dibandingkan  dengan  jenis  membran  yang  lain (Mulder, 2012). Tingginya nilai selektivitas ini berbanding  lurus  dengan  tingkat  keberhasilan dalam  pemisahan  komponen  bahan  organik (Hidayat, 2014). Semakin tinggi nilai selektivitas  suatu  membran,  maka  tingkat keberhasilan dalam pemisahan komponen bahan organik  juga  akan  semakin    tinggi.    Hal  ini disebabkan oleh rapatnya lapisan atas membran dan  kecepatan  permeasi  yang  tinggi  karena tipisnya membran. Tingkat pemisahan membran asimetrik  jauh  lebih  tinggi  daripada  membran simetrik  pada  ketebalan  yang  sama.  Hal  ini disebabkan  karena  pada  membran  simetrik, partikel  yang  melewati  pori  akan  menyumbat pori-pori  membran,  sehingga  penyaringan membran menurun drastis (Mulder, 2012).
Pemisahan komponen bahan organik berdasarkan  membran  ultrafiltrasi  didasarkan pada  ukuran  partikel.  Partikel  yang  akan melewati membran harus berukuran lebih besar dari  ukuran  pori  membran.  Hal  ini  diharapkan agar  partikel  tersebut  dapat  tertahan  dan  tidak menembus  membran.  Namun,  seiring  dengan banyaknya partikel yang tertahan dalam dinding pori  membran  atau  permukaan  membran  akan mengakibatkan fouling pada  membran  itu sendiri (Winata, 2016). Terjadinya fouling pada membran  dapat  berdampak  pada  penurunan fluks  pada  membran  yang  mengakibatkan kinerja  membran  menurun,  sehingga  dapat meningkatkan  biaya  operasi  dan  seringnya pencucian  membran  (Rahma  dkk,  2018). Namun, efek fouling tersebut dapat diminimalisasi dengan melakukan pretreatment sebelum  masuk  ke  membran  ultrafiltrasi (Winata, 2016).

## Pengaruh Kombinasi Pretreatment Adsorpsi-
Ultrafiltrasi  (UF)  Dalam  Menyisihkan  Total Organic Carbon (TOC)
Pada  penelitian  ini  dilakukan  kombinasi pretreatment adsorpsi  dan  ultrafiltrasi  dengan menggunakan  variasi  debit  dan  adsorben. Kombinasi  dari pretreatment adsorpsi  dan ultafiltrasi dapat mempengaruhi penurunan nilai TOC  yang  dapat  dilihat  pada  Gambar  2  dan  3 sebagai berikut.
Gambar -2 Hubungan Waktu terhadap % Removal TOC pada Kombinasi Adsorpsi - UF pada Adsorben
Calgon
Gambar -3 Hubungan Waktu terhadap % Removal TOC pada Kombinasi Adsorpsi - UF pada Adsorben Haycab
Grafik  pada  Gambar  2  dan  3  diatas menunjukkan  pengaruh  kombinasi  adsorpsi dengan  UF  terhadap  TOC,  yaitu  terjadi penurunan TOC pada variasi debit 39 mL/menit; 29 mL/menit; 23 mL/menit sebesar 13,86 mg/L; <0,186 mg/L; <0,186 mg/L dengan menggunakan adsorben Calgon dan 2,45 mg/L; 2,103 mg/L; 1,511 mg/L dengan menggunakan adsorben Haycarb. Dari kedua adsorben tersebut persen  removal  pada  kedua  adsorben  tersebut berkisar  antara  95,83%  -  99,68%.  Namun, saat dilakukan sampling pada bak penampung yang berisi campuran air hasil adsorpsi yang hendak dipompa menuju membran UF, nilai TOC pada adsorben  Calgon  mengalami  kenaikan  untuk semua  variasi  debit.  Kenaikan  nilai  TOC tersebut  disebabkan  karena  air  hasil  adsorpsi pada  bak  penampung  yang  hendak  dipompa menuju UF mengalami pencampuran dari hasil adsorpsi awal hingga 300 menit.
Penurunan  TOC  pada  adsorben  Calgon  pada penelitian ini diketahui lebih besar dibandingkan dengan  adsorben  Haycarb.  Jika  dibandingkan
dengan  nilai  TOC  pada  saat  proses  kombinasi adsorpsi  dan  UF,  maka  nilai  TOC  pada kombinasi  adsorpsi  dengan  UF  menghasilkan penurunan yang paling besar, dengan persentase penurunan  TOC  rata-rata  sebesar  99%.  Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh Monnot (2015), bahwa kombinasi  adsorpsi  menggunakan granular activated  carbon dengan  UF  terbukti  lebih efektif  dalam  penurunan  DOC  ( Dissolved Organic Carbon ) dengan persentase penurunan DOC sebesar 76% jika dibandingkan dengan penggunaan UF saja, yang hanya menghasilkan  persentase  penurunan  DOC sebesar 15-20%.
Terdapat perbedaan persentase penurunan TOC pada  penelitian  ini  dengan  penelitian  yang dilakukan  oleh  Monnot  (2015).  Perbedaan tersebut dikarenakan waktu kontak pada proses adsorpsi  penelitian  ini  cenderung  lebih  lama, yaitu  2,5  jam  dibandingkan  dengan  waktu kontak  pada  penelitian  yang  dilakukan  oleh Monnot  (2015),  yaitu  selama  2  jam.  Namun, perbedaan  persentase  penurunan  TOC  tersebut sama-sama telah membuktikan bahwa kombinasi adsorpsi dengan membran UF efektif untuk  meningkatkan  kinerja  ultrafiltrasi  dalam menyisihkan TOC. Selain itu, dalam penelitian Monnot (2015) juga disebutkan, bahwa adsorpsi mampu untuk meminimalisasi terjadinya fouling pada membran UF.

## KESIMPULAN
Kesimpulan  yang  didapatkan  dari  studi  ini adalah kombinasi adsorpsi-UF memiliki pengaruh  lebih  dalam  menyisihkan  TOC  pada effluent IPAL,  hal  ini  ditunjukkan  dengan adanya  penurunan  nilai  TOC  dari  343    mg/L menjadi <1,086 mg/L.

## DAFTAR PUSTAKA
Alimah,  S.,  &  Ariyanto,  S.  (2012).  Strategi Kontrol Fouling Pada Desalinasi Reverse Osmosis (RO).
Hatt,  J.,  Germain,  E.,  &  Judd,  S.  (2013).
Granular Activated Carbon For Removal  Of  Organic  Matter  And Turbidity From Secondary Wastewater.
" Water  Science  and  Technology", Vol. 67, No. 4, hal. 846-853.
Lee,  N.,  Amy,  G.,  Croué,  J.-P.,  &  Buisson,  H. (2004).
Identification
And
Understanding  Of  Fouling  In  Low-
Pressure Membrane (MF/UF) Filtration By  Natural  Organic  Matter  (NOM). " Water research", Vol. 38, No. 20, hal 4511-4523.
Monnot, M., Laborie, S., & Cabassud, C. (2016).
Granular  Activated  Carbon  Filtration Plus  Ultrafiltration  As  A  Pretreatment To Seawater Desalination Lines: Impact On  Water  Quality  And  Uf  Fouling. " Desalination", 383, hal. 1-11.
Mulder, J. (2012). Basic principles of membrane technology: Springer Science &
Business Media.
Nainggolan, R. P. (2015). Pengendalian Fouling pada  Sistem  Pengolahan  Air  Berbasis Membran.
Prasetyo,  H.  A.  (2015).  Pengendalian  Fouling pada  Operasi  Membran  Ultrafiltrasi (UF) untuk Produksi Air Minum.
Rahma,  A.,  Mahmud,  M.,  &  Abdi,  C.  (2018).
Pengaruh Pra-Perlakuan Adsorpsi Karbon Aktif Terhadap Fouling
Membran  Ultrafiltrasi  Polisulfon  (Uf- Psf)  Pada  Penyisihan  Bahan  Organik Alami  (Boa)  Air  Gambut.  " Jernih:
Jurnal Tugas Akhir Mahasiswa Program  Studi  Teknik  Lingkungan",
Vol.1, No. 2. Siahaan, D. I., & Ali, F. (2014). Pengaruh Zinc Oksida sebagai Fotokatalisator Terhadap  Penurunan  Nilai  Natural Organic  Matter  (NOM)  Pada  Air Gambut. s Wenten,  I.,  Khoiruddin,  K.,  Aryanti,  P.,  & Hakim, A. (2010). Pengantar Teknologi Membran. Teknik Kimia Institut
Teknologi Bandung .
Winata,  N.  A.  (2016).  Teknologi  Membran untuk Purifikasi Air.