STUDI TENTANG BAHAN PENIMBUL FOULING DAN CARA PEMISAHANNYA PADA CELLULOSA ACETATE BLEND MEMBRAN RO

Transkripsi

1 STUDI TENTANG BAHAN PENIMBUL FOULING DAN CARA PEMISAHANNYA PADA CELLULOSA ACETATE BLEND MEMBRAN RO Dyah Sulistyani R. Pusat Teknologi Limbah Radioaktif ABSTRAK STUDI TENTANG BAHAN PENIMBUL FOULING DAN CARA PEMISAHANNYA PADA CELLULOSA ACETATE BLEND MEMBRAN RO. Fenomena fouling yang terjadi pada dinding menyebabkan menurunnya kinerja dan mengakibatkan penambahan biaya operasi, yakni untuk pencucian agar itu sendiri dapat diperpanjang waktu pakainya. Karena fenomena begitu kompleks, maka metode untuk mereduksi fouling hanya dapat dijelaskan secara umum. Masing-masing problem membutuhkan treatment yang spesifik, antara lain : pengaturan ph, penambahan larutan kompleks (EDTA, dsb), klorinasi, adsorbsi menggunakan karbon aktif, klarifikasi dengan bahan kimia, pra mikrofiltrasi, pra ultrafiltrasi. Pemilihan metode pembersihan tergantung pada konfigurasi modul, tipe e, resistensi kimia dari dan tipe dari fouling. Studi ini dimaksudkan untuk persiapan adaptasi penggunaan Cellulosa Acetate Blend Membran RO untuk pengolahan limbah radioaktif cair di PTLR. ABSTRACT STUDIES OF RO MEMBRANE FOULANTS AND THEIR REMOVAL FROM CELLULOSA ACETATE BLEND (CAB) RO MEMBRANE ELEMENTS. The phenomenon of fouling happened on the wall of e cause decreasing the performance of e and will come to increasing the cost for washing of e to extend the life time. Because the complexity of the phenomenon, the methods for reducing fouling can only be described very generally. Each fouling problems requires its own specific treatment, several approaches can be carried of, ie: ph adjustment, addition of complexing agents (EDTA, etc), chlorination, adsorption onto active carbon, chemical clarification, pre-microfiltration and pre-ultrafication. The choice of the cleaning method mainly depends on the module configuration, the type of es, the chemical resistance and the type of foulant. The study proposed for preparation the adaptation of Cellulosa Acetate Blend Membrane RO element for processing of liquid radioactive waste in Radioactive waste Installation. PENDAHULUAN Membran merupakan media yang bersifat sebagai filter yang dapat memisahkan campuran senyawa yang terlarut dengan cara yang amat spesifik. Proses pemisahan dapat terjadi bila ada perbedaan sifat diantara senyawa yang akan dipisahkan, seperti perbedaan ukuran molekul, perbedaan interaksi antara senyawa terlarut dengan ataupun perbedaan fisik lainnya. Membran dapat diklasifikasikan berdasarkan ukuran senyawa yang akan dipisahkan dan cara bekerjanya dapat dilihat pada Tabel 1.

2 Tabel 1. Tabel klasifikasi [1] Mikrofiltrasi Ultrafiltrasi Nanofiltrasi/reverse osmosis Pemisahan partikel Pemisahan makromolekul Pemisahan larutan dengan (bakteri, yeast) berat molekul rendah Tekanan osmosis (<2 Tekanan osmosis Tekanan osmosis tinggi bar) (1-10 bar) (10-25 bar) Pemisahan Pemisahan berdasarkan Pemisahan berdasarkan berdasarkan ukuran ukuran partikel perbedaan kelarutan dan partikel difusivitas Ukuran pori 0,05-10µm Ukuran pori nm Ukuran pori< 2 nm Dalam penelitian yang terdahulu telah dilakukan beberapa percobaan pemisahan dengan menggunakan RO modul spiral wound dengan komposit buatan Water System Amerika Serikat. Selama ini penggunaan di PTLR masih dalam pengkajian dan pengembangan dalam proses pengolahan limbah radioaktif. Salah satu kendala utama untuk mendapatkan hasil yang optimal dari system pemisahan dengan adalah fouling pada. Pada umumnya, secara garis besar ada 4 tipe penyebab terjadinya fouling, yaitu : zat padat yang tidak terlarut, zat padat yang tersuspensi, zat organik non biologi, dan organisme biologi. Zat padat yang tidak terlarut adalah zat inorganik dan material pembentuk gel, seperti kalsium, barium dan silika, yang ada pada larutan umpan dalam jumlah kecil. Selain itu dapat juga terbentuk dari pengendapan garam-garam kation dan anion seperti kalsium karbonat, kalsium sulfat, barium sulfat dan stronsium sulfat. Zat padat yang terbentuk kemudian akan menempel pada permukaan. Sedang yang termasuk dalam zat padat yang tersuspensi adalah bentuk-bentuk koloid dari oksida logam, seperti besi, aluminium dan silica. Zat padat yang tersuspensi (koloid dan partikulat) akan menggumpal pada permukaan. Dalam makalah ini akan dipelajari bahan penimbul fouling dan cara pemisahannya pada Cellulosa Acetate Blend Membran RO. Pembahasan meliputi gejala-gejala terjadinya fouling pada, metode reduksi terjadinya fouling, metode penghilangan foulant, dan pembahasan serta adaptasi penggunaan di PTLR untuk pengolahan limbah radioaktif. GEJALA-GEJALA FOULING PADA MEMBRAN Skema prinsip proses RO, dapat dilihat pada skema berikut : Feed permeate o o o o o o o * * * * * * * 61

3 Keterangan : = solven = solute (berat molekul tinggi) * = solute (berat molekul tinggi) o = partikel Fouling pada adalah sesuatu yang tidak bisa dihindari tetapi dapat diprediksi dan dikurangi keparahannya. Keadaan yang lebih buruk pada kinerja tergantung dari tipe, sistem disain dan kualitas umpan. Perubahan fluks permiate yang melalui dengan adanya pembersihan (cleaning) dapat dilihat pada gambar 1 [1] berikut. Fluks Pembersihan Pembersihan Pembersihan` waktu Gambar 1. Perubahan fluks yang dilalui aliran permeate dengan adanya pembersihan (cleaning) fouling yang terjadi pada Dari gambar 1 diatas terlihat bahwa terjadinya fouling akan menurunkan aliran permeat, sehingga harus ditingkatkan tekanan umpan untuk menjaga kontinuitas aliran. Oleh karena itu tekanan dan aliran permeat harus dimonitor dan parameter kritis harus dijaga sesuai dengan spesifikasi operasi. Selain itu harus segera dibersihkan ketika terjadi penurunan 10%-15% pada kinerja, untuk mencegah terjadinya fouling yang lebih parah yang sulit dibersihkan. METODE REDUKSI DAN PEMBERSIHAN FOULING Karena fenomena fouling begitu kompleks, maka metode untuk mereduksi dan pembersihan fouling untuk setiap permasalahan membutuhkan treatment perlakuan yang spesifik : 1. Perlakuan awal larutan umpan : Metode pretreatment umpan, antara lain dapat dilakukan dengan : 62

4 - pengaturan ph, - penambahan larutan kompleks (EDTA, dsb) - Klorinasi - Adsorbsi menggunakan karbon aktif - Penjernihan/ klarifikasi dengan bahan kimia - Pramikrofiltrasi (mikrofiltrasi awal) - Praultrafiltrasi (ultrafiltrasi awal) 2. Pemilihan bahan untuk peralatan Pemilihan bahan untuk peralatan yang tepat akan mereduksi terjadinya fouling. Fouling yang terjadi pada yang porous ( untuk mikrofiltrasi, ultrafiltrasi) secara umum lebih keras daripada yang terjadi pada yang padat (prevaporasi atau reverse osmosis). Selain itu penggunaan dari yang hydrophilic dapat membantu memperkecil terjadinya fouling daripada yang hydrophobic. 3. Pemilihan modul dan kondisi proses Reduksi fouling dapat dilakukan dengan pemilihan modul dan kondisi proses dengan cara mereduksi polarisasi konsentrasi permeate. Polarisasi konsentrasi permiate dapat direduksi dengan meningkatkan koefisien transfer massa dan penggunaan fluks yang lebih kecil. Selain itu penggunaan beberapa variasi turbulensi juga akan menurunkan fouling. 4. Pembersihan foulant Metode pembersihan dapat dilakukan antara lain dengan : - Pembersihan secara hidrolik - Pembersihan secara mekanik - Pembersihan secara kimia Pemilihan dari metode pembersihan tergantung dari konfigurasi modul, tipe e, resistensi kimia dari dan tipe dari fouling itu sendiri. Pembersihan secara hidrolik Pembersihan secara hidrolik yaitu dengan cara back-flushing ( hanya cocok untuk mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi). Hal ini terlihat pada gambar 2 [1] 63

5 Fluks Dengan backflushing Tanpa backflushing Waktu Gambar 2. Gambar fluks e vs waktu dengan back-flushing dan tanpa back-flushing Prinsip dari back flushing dapat dijelaskan pada gambar 3 sebagai berikut : permeat permeat suspensi suspensi permeat permeat Backflushing Gambar 3. Prinsip back-flushing [1] Pembersihan secara mekanik Pembersihan secara mekanik hanya dapat diterapkan pada sistem turbular dengan menggunakan oversize sponge balls. Pembersihan secara kimiawi Pembersihan secara kimiawi merupakan metode yang paling penting dan popular diantara semua metoda memperkecil fouling. Konsentrasi dari bahan kimia, waktu pembersihan dan pengaturan ph merupakan faktor yang sangat menentukan. Beberapa bahan kimia (bahan cairan pembersih) yang penting yang biasa digunakan adalah : - Asam (asam kuat seperti H 3 PO 4, atau ringan seperti Asam sitrat) - Alkali (NaOH) - Detergent (basa) 64

6 - Enzymes (amylase, glukanases,proteases) - Pengompleks (EDTA, polyacrylates, sodium hexametaphosphate) - Disinfectans (H 2 O 2 dan NaOCl) - Uap dan gas (ethylene oxide) Metode Pembersihan Foulant Pembersihan foulant secara kimiawi dapat dilakukan dengan pembersihan dan flushing serta mengatur kondisi operasi. Pembersihan foulant membutuhkan beberapa kondisi operasi. 1. Pengaturan kondisi operasi : Aliran permeat diturunkan hingga 10-15% dengan tekanan normal Temperatur dan tekanan umpan dinaikkan 10-15% 2. Pembersihan dan flushing elemen Mencampur cairan pembersih dengan air permeate yang bersih, pada tangki pembersih. Mensirkulasi cairan pembersih melewati elemen pada tangki pembersih kira-kira 1 jam atau periode waktu yang diinginkan, dengan laju alir 133 sampai 151 liter per menit. Setelah pembersihan elemen e RO sempurna, dikeringkan dan flush pada tangki pembersih, kemudian tangki diisi dengan air bersih untuk pembilasan. Membilas secara sempurna dengan air bersih dan dikeluarkan lewat pembuangan selama beberapa menit. Setelah selesai pembilasan, dioperasikan sampai aliran permeate bersih dari residu atau cairan pembersih. PEMBAHASAN DAN ADAPTASI PENGGUNAAN MEMBRAN DI IPLR Selanjutnya agar tersebut dapat beroperasi dengan andal dan untuk memperpanjang waktu (umur) pakai perlu antisipasi pencegahan fouling (sebagaimana diuraikan pada butir 2) dan bila sudah terjadi fouling, maka perlu proses pembersihan. Beberapa jenis foulant, gejala yang timbul dan cara pembersihan dapat dilihat pada Tabel 2[4]. Selanjutnya aplikasi pengolahan limbah cair di PTLR dengan menggunakan Acetate Blend Membrane RO, yaitu untuk pemisahan Cesium, Cobalt dan beberapa logam berat seperti Cd, Fe, Ni, Cu. 65

7 Tabel 2. Tabel beberapa jenis foulant, gejala yang timbul dan cara pembersihan FOULANT GEJALA YANG TIMBUL CARA PEMBERSIHAN Pengendapan Kalsium (Karbonat dan Fosfat) Oksida Hidrat dari Fe, Ni, dan Cu) Campuran koloid (Fe, organik dan silikats) Kalsium Sulfat Pengendapan Organik Fouling oleh bakteri menurunnya rejeksi *) dan Kecepatan akan berkurang dalam sistem menurunnya rejeksi dan menurunnya rejeksi dan menurunnya rejeksi dan menurunnya rejeksi dan Penambahan Asam Sitrat (diatur pada ph 4) Penambahan Asam Sitrat (diatur pada ph 4) Penambahan Sodium tripholyphosphat ; ph 7,5 Penambahan Sodium tripholyphosphat ; ph 7,5 Penambahan Sodium tripholyphosphat ; ph 7,5/ cairan deterjen non-ionik Penambahan Sodium tripholyphosphat ; ph 7,5 / Triton X-100 *) rejeksi adalah perbandingan antara jumlah zat terlarut yang tertahan diatas permukaan dengan jumlah zat terlarut mula-mula 2. Pencegahan fouling Fouling yang berbentuk koloidal, biasanya berbentuk partikel dengan diameter 1 µm, yang biasanya terdapat pada permukaan air dan jika tidak dihilangkan dari larutan umpan akan menurunkan produktivitas atau fungsi dari tersebut. Beberapa teknik untuk menghilangkan koloid adalah koagulasi dan diikuti filtrasi. Beberapa koagulan yang digunakan adalah alum (Al 2 (SO 4 ) 3, FeCl 3 dan polimer. Alternatif lain, ultrafiltrasi bisa digunakan untuk menghilangkan partikel koloid dan merupakan preteatment yang bagus untuk reverse osmosis. 66

8 Fouling yang berasal dari zat organik. Sebagian besar pabrik pembuatan direkomendasi untuk melakukan pretreatment untuk menghilangkan zat organik jika total organik karbon dalam larutan umpan lebih dari 3 mg/l. Metoda pretreatment yang biasa digunakan adalah oksidasi kimia (dengan oksidator chlorine, hidrogen peroksida dan ozon) dan adsorbsi menggunakan karbon aktif. Pembentukan fouling yang berasal dari biologi. Untuk pencegahannya biasanya larutan umpan ditambahkan zat disinfektan sebelum masuk ke dalam sistem reverse osmosis. KESIMPULAN Fouling pada adalah sesuatu yang tidak bisa dihindari tetapi dapat diprediksi dan dikurangi keparahannya. Karena fenomena begitu kompleks, maka metode untuk mereduksi fouling hanya dapat dijelaskan secara umum. Masing-masing permasalahan membutuhkan treatment yang spesifik, antara lain : pengaturan ph, penambahan larutan kompleks (EDTA, dsb), klorinasi, adsorbsi menggunakan karbon aktif, klarifikasi dengan bahan kimia, pra mikrofiltrasi, pra ultrafiltrasi. Selain itu pemilihan bahan untuk e, pemilihan modul dan kondisi proses serta pembersihan foulant perlu dilakukan untuk mencapai keandalan operasi. DAFTAR PUSTAKA 1. MARCEL MULDER, Basic Principlies of Membrane Technology, hal Kluwer Academic Publishers, London, OHYA, H. Reverse Osmosis Method. Membran Separation Engineering. Kagaku Pub. Co, Tokyo, p.273, RIFAID M NUR, Status Pengembangan Sains Dan Teknologi Membran di Indonesia., Buletin Limbah, Volume 7 Nomor 1 tahun 2002, ISSN HYDRANAUTICS, Technical service Bulletin, May 1998, TSB