PENGOLAHAN AIR PAYAU BERBASIS KIMIAWI MELALUI TEKNO MEMBRAN REVERSE OSMOSIS (RO) TERPADUKAN DENGAN KOAGULAN DAN PENUKAR ION

Transkripsi

1 PENGOLAHAN AIR PAYAU BERBASIS KIMIAWI MELALUI TEKNO MEMBRAN REVERSE OSMOSIS (RO) TERPADUKAN DENGAN KOAGULAN DAN PENUKAR ION BRACKISH WATER TREATMENT BASED ON CHEMICAL BY TECHNO MEMBRANE REVERSE OSMOSIS (RO) COMBINED WITH COAGULANT AND ION EXCHANGER Indah nurhayati 1 ) Setyo Purwoto 2 ) 1 ) Pengajar pada Teknik Lingkungan Universitas Adi Buana Surabaya 2 ) Pengajar pada Teknik Lingkungan Universitas Adi Buana Surabaya Ngagel Dadi III B/37 Surabaya ; setyopurwoto.enviro@gmail.com Abstrak. Tingginya salinitas (kandungan klorida, Cl - ) serta komponen lain seperti garam SO 4 2-, Na +, serta kandungan koliform pada air payau menyebabkan tidak terpenuhinya kriteria sebagai air bersih. Selama ini, dengan keterpaksaan dan keterbatasan pengetahuan, penduduk di daerah pesisir mengkonsumsi air sumur yang asin tanpa treatment apapun, sehingga perlu adanya sentuhan teknologi tentang pengolahan air payau. Sebagai upaya peningkatan sumber daya alam dalam hal pengolahan air payau dapat dilakukan melalui tekno membran RO terpadukan dengan coagulant aid dan ion exchanger. Mengacu pada penelitian penelitian terdahulu tentang pengolahan air payau, maka treatment pengolahan air payau yang diawali dari Coagulant Aid dan Ion Exchanger yang dilanjutkan secara berseri dengan teknologi membrane reverse osmosis (RO) akan dapat memecahkan permasalahan di atas. Tujuan Penelitian ini adalah : penurunan kandungan parameter parameter air dalam pengolahan air payau berbasis kimiawi menggunakan tekno membran RO terpadukan dengan coagulant aid dan ion exchanger. Simpulan hasil penelitian : Pengolahan air payau berbasis kimiawi melalui tekno membran reverse osmosis (RO) terpadukan dengan koagulan dan penukar ion diperoleh removal parameter : Total Disolved Solid (TDS) 1422 mg/l, Kekeruhan 1.99 Skala NTU, Warna 15 Unit PtCo, DayaHantarListrik (DHL) 2430 mhos/cm, Besi 0.13 mg/l Fe, Fluorida 0.3 mg/l F, Kesadahan Total mg/l CaCO3, Khlorida 796 mg/l Cl, Natrium mg/l Na, Nitrat 2.46 mg/l NO3-N, Seng 0.09 mg/l Zn, Sulfat mg/l SO4, Deterjen 0.09 mg/l LAS, dan Total Koliform sebesar MPN/100 ml. Kata kunci: air payau, coagulant aid, ion exchanger, reverse osmosis (RO) Abstract. The high salinity (chloride content, Cl - ) and also other components such as salt SO 2-4, Na +, and the amount of coliform content in brackish water causes is not fullfiled criteria as clean water. During this time, the necessity and the limitations of knowledge, residents in coastal areas consume salty well water without any treatment, so it is necessary to touch on brackish water treatment technology. In an effort to increase the natural resources in terms of processing brackish water can be done through combined RO membrane techno with coagulant aid and ion exchanger. Referring to previous research studies on brackish water treatment, brackish water treatment that begins from Coagulant Aid and Ion Exchangers which is continued serially by membrane technology reverse osmosis (RO) will be able to solve the problems. The purpose of this study are: a decrease water parameters content in brackish water treatment based chemical using RO membrane techno combined with coagulant aid and ion exchanger. Conclusion research : Brackish water treatment based on chemical through reverse osmosis (ro)membrane techno combined with coagulant aid and ion exchanger obtained removal parameter :Total Disolved Solid (TDS) 1422 mg/l, Turbidity 1.99 NTU Scale, Color 15 Units PtCo, Energy of Passing Electric (EPE) 2430 mhos/cm, Iron 0.13 mg/l Fe, Fluoride 0.3 mg/l F, HardnessTotal mg/l CaCO3, Chloride 796 mg/l Cl, Sodium mg/l Na, Nitrate 2.46 mg/l NO3-N, Zinc 0.09 mg/l B - 169

2 Zn, Sulfate mg/l SO4, Detergents 0.09 mg/l LAS, dan Total Coliform is equal to MPN/100 ml. Keywords: brackish water, coagulant aid, ion exchanger, reverse osmosis (RO) PENDAHULUAN Latar Belakang Kandungan bahan kimia Natrium klorida (NaCl) yang tinggi pada air payau menyebabkan rasa asin yang berlebih. Air payau disebabkan oleh adanya intrusi air laut ke jalur air tanah. Peristiwa inilah yang menyebabkan tingginya kadar garam air sumur di daerah pesisir. Salinitas disebabkan oleh kandungan garam Natrium klorida (NaCl) yang sangat tinggi, hingga mencapai ppm. Di daerah Lamongan Jawa timur Indonesia, dijumpai kadar klorida sebesar 3000 ppm, Na + = 2000 ppm, Mg ++ = 278 ppm, Ca ++ = 407 ppm, Fe (tot) = 0,088 ppm, dan TDS = 3600 ppm. (Purwoto, 2006). Nurhayati (2006), melaporkan bahwa sampel pesisir Sidoarjo Jawa timur Indonesia menunjukkan hasil : kadar klorida sekitar 8580 mg/l sedang TDS sekitar mg/l, dan kesadahan 7560 mg/l (sebagai CaCO 3 ), dimana kondisi tersebut sangat jauh dari memenuhi kriteria sebagai air bersih. Pengolahan air payau berbasis kimiawi dapat dilakukan melalui tekno membran reverse osmosis (RO) terpadukan dengan koagulan dan penukar ion. Selama ini, dengan keterpaksaan dan keterbatasan pengetahuan, kebanyakan penduduk di daerah pesisir mengkonsumsi air sumur yang asin tanpa treatment apapun, sehingga perlu adanya sentuhan teknologi tentang pengolahan air payau. Beberapa kandungan mineral sebagai bentuk kation-anion dalam air secara makro diantaranya : Na +, Ca +2, Mg +2, K +, Fe +3, Cl -, SO -2 4, dan CO (Lee, C.C., 2005). Menurut Montgomery (2005), prinsip demineralisasi dapat dilakukan secara : resin penukar ion (ion exchange), deionisasi, destilasi transfer membran, flash evaporation, maupun reverse osmosis (RO). Purwoto, S. (2008), menyimpulkan bahwa treatment Resin Sintetis dapat meremoval salinitas air payau sebesar 484 mg/l dari salinitas air sampel 1988 mg/l, dan 457 mg/l untuk salinitas air sampel 994 mg/l. Desalinasi air payau menggunakan Membran (RO) tekanan rendah dapat mengolah air payau dengan TDS antara ppm diperoleh hasil Flux sebesar 25,76 L/m2.jam dan rejeksi sebesar 97,9 % pada sampel larutan NaCl, (Nurhayati, 2006). Invensi yang berkaitan dengan penurunan kadar garam dalam air payau menggunakan resin penukar ion tertuang dalam Paten (tim peneliti) ; P , Alat Desalinasi Air Payau Secara Ion Exchange Menggunakan Resin Sintetis, Secara ringkas, definisi pokok dari treatment yang mendukung penelitian ini adalah : a Filterisa : merupakan proses si pemisahan antara padatan atau koloid dengan cairan b Sucolite ; Koagulan pabrikasi SP 211 berupa cairan tidak sebagai berwarna dan tidak Coagula nt Aid berbau ; ph pada suhu 20 o C sebesar 11-11,5 ; berat jenis 1,35 gr/cm 3. ; kadar Al 2 O 3 yaitu 4,66 % ; ph larutan 2% 3,553, bagian yang tidak larut dalam air 0,060 % c Mangan Greensa nd ; Absorben zat besi dan mangan, dimana Reaksi dari Fe 2+ dan Mn 2+ dalam air dengan oksida mangan tinggi B - 170

3 d e f sedimen poliprop ylena (SPP) ion exchang er (resin penukar ion) Membra n Reverse Osmosis (RO) (higher mangan oxide) menghasilkan filtrat yang mengandung ferri-oksida dan mangan-dioksida yang tak larut dalam air dan dapat dipisahkan dengan pengendapan dan penyaringan ; Filter Polypropylene dengan Removal Ratings ; 0.2, 0.45, 1, 5, 10, 20, 50 µm. Suhu Maximum operasi 82 o C, rekomendasi tekanan : 35 psig : Bahan kimia dengan gugus fungsional organik tertentu yang dapat berfungsi sebagai penukar ion (Ion-Exchanger) antara kation-anion dalam resin dengan anion-kation yang terdapat pada larutan yang diperlakukan. Osmosis balik menggunakan Merupakan semipermeable membrane dengan porus 0,0001 mikron, bekerja dengan tekanan tinggi guna meremov virus, bakteri, bahan kimia dan logam berat a. Filter Digunakannya media filter atau saringan, berfungsi untuk memisahkan campuran solida likuida dengan media porous atau material porous lainnya guna memisahkan sebanyak mungkin padatan tersuspensi yang paling halus. Dan penyaringan ini merupakan proses pemisahan antara padatan atau koloid dengan cairan, dimana prosesnya dilakukan sebagai proses awal (primary treatment). b. Koagulasi Sucolite Air dari sumber alami biasanya mengandung banyak padatan terlarut dan tersuspensi. Partikel tersuspensi yang besar seperti pasir yang dinamakan partikel diskrit dapat diolah dengan sedimentasi atau filtrasi. Pertikel tersuspensi yang lebih kecil yang tidak mudah diendapkan tersebut disebut koloid. Partikel koloid dapat diolah dengan penambahan bahan kimia kemudian diendapkan pada sedimentasi dan filter (Syed, 2000). Koagulan yang dapat digunakan pada Instalasi Pengolahan Air diantaranya adalah Sucolite SP 211. Sucolite berbentuk cairan, tidak berwarna dan tidak berbau. Sucolite mempunyai ph pada suhu 20 o C sebesar 11-11,5 selain itu cairan ini mempunyai berat jenis 1,35 gr/cm 3. Sedangkan menurut lembar hasil analisa Sucolite SP 211 : 1) kadar Al 2 O 3 yaitu 4,66 % 2) ph larutan 2% (ph soluble 2% di air) yaitu 3,553 3) bagian tidak larut dalam air 0,060 % Agar terjadi pencampuran koagulan, maka dibutuhkan suatu pengadukan.terdapat bermacam-macam pengadukan, yaitu : a) Pengadukan mekanis, yaitu dengan menggunakan alat impeller. b) Pengadukan hidrolis, yaitu dengan memanfaatkan tekanan / gerakan air. c) Pengadukan pneumatis, yaitu dengan menginjeksikan gelembung udara. Mekanisme Coagulant Aids digambarkan sebagaimana Gambar 1. B - 171

4 kation-anion yang mengalami pertukaran digambarkan sebagai reaksi berikut : nr - A + + B n+ R n - B n+ + n A + dimana R - adalah gugus anionik yang melekat pada resin pertukaran ion, A + adalah kation dalam resin dan B n+ adalah kation di larutan. d. Membran Reverse Osmosis (RO) Merupakan semipermeable membrane porus 0,0001 mikron, TDS fluida maksimum 15 ppm, kadar besi < 0,1 mg/l, bekerja dengan tekanan tinggi dalam tahapan proses melalui beberapa tahap penyaringan antara lain ; cartridge (sediment), karbon blok, dan karbon granular dimana air hasil bebas dari semua bahan pencemar air seperti virus, bakteri, bahan kimia dan logam berat. Gambar 1. Mekanisme Coagulant Aids c. Resin Sintetis (Kation dan Anion) Kinerja resin merupakan proses terjadinya pertukaran ion (Ion-Exchanger) antara kation-anion dalam resin dengan anion-kation yang terdapat pada larutan yang diperlakukan. Mekanisme Pertukaran Ion Proses pertukaran ion melibatkan reaksi kimia antara ion dalam fasa cair dengan ion dalam fasa padat. Ion-ion tertentu dalam larutan lebih mudah terserap oleh solid penukar ion, dan karena elektronetralitas harus dijaga, solid penukar melepas ion dan dipertukarkan ion dalam larutan. Dalam proses demineralisasi, maka sebagai contoh ; kation Na + dan anion Cl - disisihkan dari air dan solid resin melepas ion H + untuk ditukar dengan ion Na +, serta OH - ditukar dengan Cl - dari air sehingga kandungan Na + dan Cl - dalam air menjadi berkurang atau hilang. Keterlibatan gugus BAHAN DAN METODE Kriteria Desain Desain model treatment pengolahan air payau berdasarkan kriteria parameter air bersih berupa rangkaian 3 (tiga) tahapan treatment, yaitu ; kolom tabung Coagulant Aid berseri dengan Ion Exchanger, baru kemudian dilanjutkan pengolahan menggunakan Tekno Membran Reverse Osmosis (RO) sebagaimana rangkaian Gambar 2. Komponen rangkaian reaktor terdiri dari : Tandon Air baku, Housing Filter, kolom tabung Fibre-Reinforced Plastic (FRP) resin, tabung fiberglass, dan Housing RO dilengkapi dengan Reservoar Produk. Pompa submersible sebagai penyedot bahan baku untuk disuplai ke proses treatment, serta Pompa booster pump untuk suplay treatment RO. B - 172

5 Gambar 2. Model Treatment Pengolahan Air Payau Alur (Prosedur) Proses Pengolahan : Proses pengolahan air payau diawali dengan pembubuhan koagulan Sucolite SP 211 konsentrasi 90 ppm pada tandon (AIR BAKU), Kemudian oleh pompa penyedot (submersible pump) dialirkan menuju Cartridge (A) : untuk perlakuan proses filtrasi awal menggunakan sedimen polipropylena (SPP) (A1), dan absorbsi menggunakan manganese greensand (A2) dan (A3). Treatment dilanjutkan dengan proses Ion Exchanger berturut turut menggunakan resin sintetis anion pada tabung Fiberglass Reinforced Plastic (FRP) (B1) dan resin kation dalam tabung Fiberglass Reinforced Plastic (FRP) (B2) dengan Sistem Aliran Up-Flow. Setelah keluar dari ion exchanger, air proses yang telah mengalami removal kation- anion disaring ulang menggunakan sedimen polipropylena sebagai Cartridge (D), baru kemudian ditampung dalam tabung fiberglass (C). Sebagai proses terakhir, dari tabung fiberglass (C) disedot menggunakan pompa dorong booster pump untuk dilakukan mikro filtrasi menggunakan Membran Reverse Osmosis (RO) dalam tabung housing RO (E). Setelah melewati treatment RO air olahan telah mengalami penurunan konsentrasi parameter kriteria air bersih, ditampung sebagai air hasil (reservoir produk). Spesifikasi Bahan Treatment dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Spesifikasi Bahan Treatment Treatment ; Fungsi ; Keterangan Filter ; pemisaha n antara padatan atau koloid ; Filter busa diberi alas kain fittin (filtercloth) B - 173

6 Sucolite SP 211 sedimen polipropyle na (SPP) manganese greensand dengan cairan ; Sediment asi, koagulasi ; cairan tidak berwarna dan tidak berbau ; ph pada suhu 20 o C sebesar 11-11,5 ; berat jenis 1,35 gr/cm 3. ; kadar Al 2 O 3 yaitu 4,66 % ; ph larutan 2% (ph soluble 2% di air) 3,553 ; bagian yang tidak larut dalam air 0,060 % ; filtrasi ; Polypropylene Pleated Media, Removal Ratings ; 0.2, 0.45, 1, 5, 10, 20, 50 µm. Maximum operating Temp: 82 o C, Recommended Change out differential pressure: 35 psig ; Pengikat Mangan (Mn2+) dan besi Fe 2+, besi dan mangan yang ada dalam air teroksidas i menjadi ; Reaksi dari Fe 2+ dan Mn 2+ dalam air dengan oksida mangan tinggi (higher mangan oxide) menghasilkan filtrat yang mengandung ferri-oksida Resin anion Resin kation Membran Reverse Osmosis (RO) bentuk ferrioksida dan mangandi oksida yang tak larut dalam air ; Penukar anion (penuruna n kation dalam air) ; Penukar kation (penu runan anion dalam air) ; Osmosis balik menggu nakan membran e semi permiabel HASIL DAN PEMBAHASAN dan mangandioksida yang tak larut dalam air dan dapat dipisahkan dengan pengendapan dan penyaringan ; Ketebalan 60 cm ; Ketebalan 60 cm ; Merupakan semipermeable membrane porus 0,0001 mikron, bekerja dengan tekanan tinggi dalam tahapan proses telah melalui beberapa tahap, doantaranya ; penyaringan, penukar ion, dan absobsi Hasil Penelitian Analisis Uji Laboratorium Hasil Treatment Pengolahan Air Payau disajikan pada Tabel 2. B - 174

7 Pembahasan Dari data hasil penelitian (Tabel 2.), beberapa parameter mengalami penurunan (removal) seperti ; Total Disolved Solid (TDS), Kekeruhan, Warna, DayaHantarListrik (DHL), Besi, Fluorida, Kesadahan Total, Khlorida, Natrium, Nitrat, Seng, Sulfat, bilangan KMnO4, Deterjen, dan Total Koliform. Untuk kepentingan air bersih maka dapat mengacu pada data konsentrasi hasil analisis ( C ) dibandingkan dengan parameter air bersih Tabel 2. Analisis Uji Laboratorium Hasil Treatment Pengolahan Air Payau No Parameter Satuan HasilAnalisis Removal A. FISIKA A Air Baku B Treatment C Membran RO 1 Total Disolved Solid mg/l (TDS) 2 Kekeruhan Skala NTU 3 Warna Unit PtCo 4 DayaHantarListrik mhos/cm (DHL) B. KIMIA a. Kimia Anorganik 1 Besi mg/l Fe Fluorida mg/l F Kesadahan Total mg/l CaCO3 4 Khlorida mg/l Cl Natrium mg/l Na Nitrat mg/l NO3-N 7 ph Seng mg/l Zn Sulfat mg/l SO4 b. Kimia Organik 1 ZatOrganik mg/l KMnO4 2 Detergent mg/l LAS B - 175

8 C. BAKTERIOLOGI 1 Total Koliform MPN/10 0 ml KESIMPULAN Simpulan hasil penelitian : Pengolahan air payau berbasis kimiawi melalui tekno membran reverse osmosis (ro) terpadukan dengan koagulan dan penukar ion diperoleh removal parameter : Total Disolved Solid (TDS) 1422 mg/l, Kekeruhan 1.99 Skala NTU, Warna 15 Unit PtCo, DayaHantarListrik (DHL) 2430 mhos/cm, Besi 0.13 mg/l Fe, Fluorida 0.3 mg/l F, Kesadahan Total mg/l CaCO3, Khlorida 796 mg/l Cl, Natrium mg/l Na, Nitrat 2.46 mg/l NO3-N, Seng 0.09 mg/l Zn, Sulfat mg/l SO4, Deterjen 0.09 mg/l LAS, dan Total Koliform sebesar MPN/100 ml. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih disampaikan kepada : Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi, Departemen Pendidikan dan Kebudayaan Republik Indonesia yang telah mendanai penelitian ini melalui KOPERTIS Wilayah VII JATIM. DAFTAR PUSTAKA 1. Battaerd, H. A. J. et al., (2001). An ionexchange process with thermal regeneration VIII. Preliminary pilot plant results for the partial demineralisation of brackish waters. Desalination Volume 12, Issue 2, Pages , online 3 August DOWEX, Recommended Product Resin ion-exchange 3. Filmtec Membran (2005) RO Systems Shutdown and Lay-up Considerations, DOW USA (dikutip dari Lee, C.C.,Lin, S.D., (2005). Handbook Of Environmental Engineering. McGraw-Hill Publishing, Tokyo. 5. Magora Y. Kawasaki M. dan Yamamura H. (2000) Development of Reverse Osmosis Membrane Sea Water Desalination in Japan. Water Science and Technology, Vol 4, pp Marina Hayati Adha, Kinerja Membran Reverse Osmosis Terhadap Rejeksi Kandungan Garam Air Payau Sintetis: Pengaruh Variasi Tekanan Umpan ; Environmental Engineering RTL by ITS Library 7. Montgomery, J.M., (2005). Water Treatment Principles and Design. Johan Weley Inc. USA 8. Nurhayati, Indah Desalinasi Air Payau Dengan Membran Reverse Osmosi (RO) Tekanan Rendah ; Environmental Engineering RTL by ITS Library 9. Paten P Paten P Purwoto, S. (2008). Removal Salinitas Air Payau Secara Ion Exchange Dengan Treatment Resin Sintetis Pada Reaktor Up-Flow Down-Flow. Prosiding SEMINAR NASIONAL HASIL PDM SKW 2008 Koordinator ITS 12. Purwoto, S. (2009). Desalinasi Air Payau Secara Ion Exchange dengan Treatment Resin Sintetis Jurnal Teknik WAKTU ISSN : Volume.8 / No. 01 / Edisi Januari Purwoto, Setyo Alat Desalinasi Air Payau Secara Ion Exchange Menggunakan Resin Sintetis, Paten ; P Tanggal : 23 Des 2009 B - 176

9 14. Purwoto, Setyo Reaktor Pengolah Air Bersih Iptek Bagi Masyarakat Untuk Daerah Rawan Banjir ; Jurnal Teknik WAKTU ISSN : , Vol 09 No 01 Ed. Jan Qasim, Syed, R Water Works Engineering Planning, Design, and Operation. Texas : Chiang, Patel &Yerby Inc. 16. Syarat Air Bersih (PERMENKES RI No. : 416 MENKES/ PER/IX/90) 17. Suhardi, Purwoto, Kemampuan koagulasi oleh Coagulant Aid Sucolite SP US-Patent ; US US-Patent ; US US-Patent ; US Wenten, I.G (2003) Aplikasi Membran Dalam Pengolahan Air dan Air Buangan. Prosiding Seminar Nasional Lustrum Teknik Lingkungan FTSP-ITS, 1-2 Oktober. B - 177