peningkatan performansi filter air dari bahan karbon dan silika

Bab I Pendahuluan
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. LATAR BELAKANG
Air merupakan senyawa yang menyelimuti hingga 70% permukaan bumi,
dengan 3%-nya berupa air-tawar yang sebagian besar membeku dikutub Antartika
dan Greenland. Air yang dipergunakan oleh manusia umumnya berasal dari
sungai, danau, air-tanah, dan air hujan yang hanya mencapai 1% dari seluruh air
yang ada didunia[1,2]. Dengan kondisi yang demikian, tercatat bahwa pada tahun
2002, satu dari enam miliar penduduk bumi mengalami kekurangan air bersih. Hal
ini terjadi terutama di negara-negara dunia-ketiga di kawasan Asia dan Afrika.
Data pada tahun yang sama menyatakan pula bahwa 75% sumber penyakit yang
melanda negara-negara berkembang berasal dari air yang tercemar, yang
menyebabkan 20.000 anak meninggal dunia setiap harinya[1].
Air dipergunakan oleh manusia untuk berbagai keperluan, seperti:
memasak, mencuci, mandi, dan untuk diminum. Sekitar 80% bobot tubuh manusia
terdiri atas cairan yang sebagiannya akan dikeluarkan melalui keringat, hembusan
nafas, dan saluran pembuangan. Untuk menjaga keseimbangan kadar air yang ada
di dalam tubuh, manusia mengkonsumsi air-minum sebanyak satu sampai dua
liter perhari. Seiring dengan bertambahnya populasi penduduk, kebutuhan air
bersih pun semakin meningkat. Permasalahan semakin bertambah ketika jumlah
air bersih yang tersedia semakin berkurang karena mengalami pencemaran[2].
Para ahli dari the Third World Academy of Sciences (TWAS) mengusulkan
empat cara untuk menyelesaikan permasalahan air bersih tersebut, yaitu[1]:
1. Memperbaiki mekanisme penyimpanan dan sistem distribusi,
2. Meningkatkan efisiensi penggunaan air,
3. Mencari sumber air bersih yang baru, dan
4. Melakukan daur-ulang.
Cara pertama dan kedua lebih bersifat sistemik, yang pemecahannya dapat
dilakukan melalui pembuatan ketetapan atau regulasi yang benar, sesuai dengan
Program Studi Teknik Material
Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf
137 02 051
1
Bab I Pendahuluan
kebutuhan. Cara ketiga dan keempat dapat dilakukan dengan melakukan
pemurnian air; air laut dapat dijadikan sumber air baru melalui proses desalinisasi,
dan air kotor dapat didaur-ulang secara fisika, kimia, maupun biologi.
Pemurnian air yang paling banyak dilakukan adalah proses penyaringan
menggunakan media filter. Media yang umumnya dipergunakan sebagai bahan
untuk membuat filter adalah silika-aktif dan karbon-aktif. Silika-aktif digunakan
untuk menangkap partikel yang terlarut dalam air seperti mangan, besi, klorida,
unsur-unsur halogen (F, Cl, Br, dan I)[3], sedangkan karbon-aktif berfungsi untuk
menghilangkan zat-zat organik, bau, rasa, dan warna pada air[4].
I.2. PERMASALAHAN
Pada proses pemurnian air, performansi filter sangat dipengaruhi oleh
keaktifan permukaan dan luas permukaan yang dimilikinya. Keaktifan permukaan
bergantung pada jenis media yang dipergunakan dan akan menentukan jenis
kontaminan yang dapat diadsorpsi[11, 14]. Sedangkan luas permukaan bergantung
pada ukuran partikel yang dipergunakan (semakin kecil ukuran partikel maka luas
permukaan akan semakin besar)[16] sehingga dapat meningkatkan jumlah
kontaminan yang dapat difilterisasi.
Pada penelitian sebelumnya, telah dilakukan proses pembuatan filter
dengan media yang dipilih adalah karbon-aktif[4] dan silika-aktif[3]. Kedua jenis
bahan dipilih karena mudah diperoleh dan memiliki luas permukaan spesifik yang
sangat besar[11]. Untuk meningkatkan luas permukaan media, ukuran partikel yang
dipilih adalah ≤106 μm dan proses pembentukan dilakukan dengan metode
pressing. Dari kedua jenis filter tersebut, diketahui bahwa filter yang dihasilkan
masih bersifat rapuh (hanya mencapai 0,1 MPa pada komposisi aditif 20%)[4] dan
waktu filterisasi berlangsung cukup lama (~0,52 L/jam)[3].
Untuk mengatasi permasalahan tersebut, pada percobaan ini dilakukan
proses granulasi partikel sebelum proses pembentukan dengan pressing. Melalui
proses granulasi, diharapkan dapat menambah packing-density produk pressing[18]
sehingga akan meningkatkan kekuatan filter yang dihasilkan. Selain itu, juga
Program Studi Teknik Material
Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf
137 02 051
2
Bab I Pendahuluan
diharapkan akan terbentuk dua tipe pori-pori, yaitu transgranular (pori-pori antarpartikel dalam granul) dan intergranular (pori-pori antar-granul) sehingga air
yang mengalir menjadi lebih cepat, namun proses filterisasi masih dapat
berlangsung secara optimal. Pada gambar 1.1., diperlihatkan kondisi filterisasi
yang diharapkan akan berlangsung. Contoh produk filter yang dihasilkan,
ditunjukkan pada gambar 1.2.
(a)
(b)
Gambar 1.1. Aliran air melalui pori-pori pada granul (trans-granular)
dan antar-granul (inter-granular).
Gambar 1.2. Contoh filter silika-aktif (tampak atas).
I.3. TUJUAN PENELITIAN
Program Studi Teknik Material
Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf
137 02 051
3
Bab I Pendahuluan
Tujuan dari penelitian ini antara lain:
1. Sebagai studi-lanjut dari penelitian tentang proses pembuatan filter air,
2. Mengetahui pengaruh komposisi terhadap kekuatan filter air yang dibuat, baik
dari karbon-aktif maupun silika-aktif,
3. Mencari komposisi yang optimal untuk membuat filter air dari karbon-aktif
dan silika-aktif,
4. Mengetahui kualitas air hasil proses filterisasi menggunakan filter karbonaktif dan silika-aktif, sebagai bahan pertimbangan dalam penerapannya pada
saluran air rumah-tangga,
5. Mengetahui kualitas filter air yang dibuat.
I.4. BATASAN MASALAH
Dalam pengerjaan tugas akhir ini, dilakukan pembatasan masalah sebagai
berikut:
1. Dalam penelitian ini tidak dipergunakan binder sodium silikat,
2. Larutan aditif yang dipergunakan merupakan campuran PVA (Poly-Vinyl
Alcohol), PEG (Poly-Ethylene Glycol) 400, dan aquades dengan perbandingan
berat masing-masing 1:1:2,
3. Ukuran karbon serbuk dan pasir kuarsa yang digunakan adalah ≤ 106 μm,
4. Proses pembentukan (forming) dilakukan dengan menggunakan metode
pressing,
5. Pembakaran (firing) hanya dilakukan sampai dengan temperature ~200oC
selama 5 jam.
I.5. METODOLOGI PENELITIAN
Program Studi Teknik Material
Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf
137 02 051
4
Bab I Pendahuluan
Proses penelitian tugas akhir ini diawali dengan melakukan studi literatur
terhadap berbagai sumber yang ada, baik dari buku, internet, catatan perkuliahan,
dan terutama dari laporan hasil penelitian sebelumnya. Kemudian dilakukan
percobaan pembuatan media filter sesuai dengan yang telah dilakukan peneliti
terdahulu, juga dilakukan pembuatan media filter dengan metode coba-coba (trial
and error).
Setelah dilakukan perbandingan awal antara sampel yang dihasilkan dari
metode penelitian sebelumnya terhadap sampel yang dihasilkan dari metode trial
and error, diputuskan untuk melakukan penelitian dengan metode baru yang
dihasilkan dari proses trial and error tersebut. Selanjutnya sampel dibuat dengan
menerapkan beberapa variasi komposisi antara karbon-aktif atau silika-aktif
terhadap aditif. Sampel dibuat melalui tahap granulasi, pembentukan, dan
pembakaran. Kemudian dilanjutkan dengan pengujian dan karakterisasi. Data
yang diperoleh kemudian dianalisis untuk selanjutnya ditarik kesimpulan.
I.6. SISTEMATIKA PENULISAN
Penulisan tugas akhir ini disusun mengikuti sistematika sebagai berikut :
1. Bab I Pendahuluan, menguraikan latar belakang, permasalahan, tujuan
penelitian, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan
tugas akhir.
2. Bab II Dasar Teori, membahas tentang filter, proses yang terjadi saat
penyaringan air dan tahapan dalam proses pembuatan membran.
3. Bab III Percobaan, menjelaskan tentang tahapan-tahapan pemrosesan yang
dilakukan, beserta keterangan peralatan dan bahan yang dipergunakan,
4.
Bab IV Data dan Analisis, memaparkan data-data hasil pengujian dan
memberikan analisis terhadap data tersebut
5. Bab V Kesimpulan dan Saran, menyimpulkan hasil penelitian dan
memberikan saran untuk pengembangan penelitian lebih lanjut.
Program Studi Teknik Material
Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf
137 02 051
5