STUDI AWAL REVERSE OSMOSIS TEKANAN RENDAH UNTUK AIR PAYAU DENGAN KADAR SALINITAS DAN SUSPENDED SOLID RENDAH RENNY AIDATUL AZFAH Dosen Pembimbing: Ir. EDDY S. SOEDJONO, Dipl.SE, M,Sc, Ph.D 1
LATAR BELAKANG Air Minum penting bagi kehidupan manusia Sumber Air baku yang ada kualitas nya belum memenuhi Permenkes No.492 tahun 2010 Masyarakat pesisir Indonesia kebanyakan mengalami kesulitan mengakses air minum Masyarakat pesisir yang tidak mampu, dibandingkan dengan harus membayar sambungan rumah, cenderung menggunakan sumur gali yang kualitasnya dianggap baik terutama saat musim hujan. Dalam proses pemurnian air payau menggunakan membran RO bertekanan rendah, terdapat faktor-faktor yang berpengaruh dalam pengoperasian membran perbedaan tekanan, rejeksi, dan fluks permeat Salah satu teknologi yang digunakan untuk mengolah air laut maupun air payau menjadi air tawar adalah dengan DESALINASI menggunakan Reverse Osmosis. Reverse Osmosis menghilangkan partikel berukuran 5 x 10-3 µm hingga 1 x 10-4 µm, pada rentang ini, ion-ion seperti Na + dan Cl - juga ikut tertinggal dalam membran (Al-Enezi, 2002) 2
SEJARAH PERKEMBANGAN RO Desalinasi merupakan salah satu proses pemurnian air untuk mendapatkan air dengan kemurnian tinggi atau untuk memperoleh air bersih dari air yang memiliki kadar garam tinggi seperti air laut. Awal teknologi desalinasi adalah sistem Destilasi yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan air bersih bagi awak kapal yang berlayar. Cont Saat ini, tidak hanya air laut yang digunakan dalam teknologi desalinasi. Terdapat tiga jenis teknologi desalinasi : electrodialysis, nano filtration dan reverse osmosis. 3
DEFINISI REVERSE OSMOSIS Osmosis : Peristiwa mengalirnya pelarut melewati dinding lapisan semipermeabel, dari larutan dengan konsentrasi rendah ke larutan dengan konsentrasi tinggi. PRINSIP KERJA REVERSE OSMOSIS Reverse osmosis : kebalikan dari proses osmosis. Rumus tekanan Osmotik berdasarkan hukum van t hoff : 4
TIPE DAN KONFIGURASI MEMBRAN Konfigurasi membran Spiral Wound : 5
Rejeksi kandungan garam oleh membran yang menggunakan sistem aliran crossflow dapat dilihat pada persamaan : Rs = (1 (Cpermeat / Cfeed))*100% Ozaki, 2002 menyebutkan bahwa untuk membran yang bertekanan rendah, tekanan operasi yang digunakan adalah sekitar 0,2 MPa hingga 0,9 MPa ( 2 hingga 9 bar) Fluks Laju volume fluida yang melewati penampang membran. Fluks ini mengukur waktu yang diperlukan untuk menampung permeat dalam volume tertentu. Secara matematis dapat dirumuskan dengan J = V/(A x t) 6
Karakteristik membran Merupakan material membran, ukuran pori, dan kondisi operasi yang bisa diterapkan Tekanan Operasi Sangat berpengaruh terhadap fluks dan rejeksi membran ph umpan Rejeksi meningkat, fluks menurun Periode Operasi Periode Operasi yang panjang akan menurunkan kinerja membran yang tergambar pada penurunan fluks dari membran. Konsentrasi Umpan berpengaruh terhadap kemampuan rejeksi serta fluks Temperatur apabila temperatur meningkat, maka viskositas larutan akan turun, dan ini akan memudahkan permeat mengalir melalui membran. Suspended Solid Ukuran partikel berperan dalam penentuan transport partikel menuju dan melewati membran. 7
Faktor lain yang Berpengaruh POLARISASI KONSENTRASI DONNAN POTENSIAL 8
Perumusan Masalah Bagaimana pengaruh kadar TDS dan salinitas pada air umpan (air payau) terhadap rejeksi kandungan garam dan TDS permeat dengan menggunakan reverse osmosis bertekanan rendah? Bagaimana pengaruh perbedaan tekanan yangdiberikanpadaairumpanterhadap rejeksi kandungan garam serta TDS permeat oleh membran reverse osmosis? 9
Batasan Masalah Penelitian ini menggunakan sistem reverse osmosis bertekanan rendah dengan tekanan operasi 2,4 bar hingga 5,2 bar, menyesuaikan dengan jenis membran RO yang digunakan Salinitas dalam penelitian ini diukur dalam TDS dan kadar Cl - dalam air Variabel yang digunakan : Kualitas air baku yaitu SS, TDS, dan kadar salinitas (Cl - ) dalam air umpan Tekanan yang diberikan pada air umpan Parameter yang digunakan : Fluks permeat Rejeksi kandungan garam (Cl - ) dan TDS Proses pemurnian air payau menggunakan reverse osmosis ini tidak melalui pre-treatment, karena air payau yang digunakan memiliki kadar SS rendah 1 0
Tujuan Penelitian Menganalisisikemampuan rejeksi membran bertekanan rendah menggunakan air payau yang memiliki kadar salinitas dan suspended solid rendah terhadap kadar salinitas dan TDS pada air permeat yang dihasilkan. Menganalisis hubungan pengaruh antara tekanandenganyang diberikanpadaair umpan terhadap rejeksi kadar salinitas dan TDS pada air permeat Menganalisis hubungan pengaruh antara tekanan yang diberikan pada air umpan terhadap fluks pada air permeat 1 1
Manfaat Penelitian Memberikan informasi mengenai efisiensi membran reverse osmosis bertekanan rendah dalam merejeksi kadar salinitas dalam air payau yang memiliki salinitas serta suspended solid rendah Dihasilkan air hasil olahan yang dapat digunakan sebagai air minum bagi masyarakat di daerah pesisir yang mengalami masalah kesulitan dalam mengakses air bersih 1 2
DIAGRAM Alat Desalinasi Membran RO 13
RANGKAIAN ALAT RO Alat Desalinasi Air Payau dengan Membran RO 1 4
Perlakuan awal membran Pembersihan Membran Uji Kompaksi Diagram Pencucian Membran RO 1 5
Pengoperasian membran RO Diagram Pengoperasian Membran RO 1 6
Karakteristik Air Payau kenjeran Parameter Nilai Satuan Kekeruhan 2,1 NTU Kesadahan total 728,57 mg/l CaCO 3 TDS 2608 mg/l TSS 8 mg/l Cl 2010,5975 mg/l Ca2+ 250 mg/l CaCO3 Fe 0,06 mg/l SO42 291,88 mg/l PV (KMnO4) 14,25 mg/l CO3 11 mg/l HCO3 639,5 mg/l ph 6,75 Air Sumur berasal dari salah satu sumur warga Kelurahan Tambak Deres, Kenjeran Surabaya Sebagian besar parameter yang ada melebihi standar baku mutu air minum yang ditetapkan dalam Permenkes No.492 tahun 2010 1 7
Hasil Uji Kompaksi Uji Kompaksi menekan membran hingga mencapai kondisi stabil 18 Dilakukan pada tekanan operasi 2 bar hingga mencapai volume 10 ml pada waktu yang stabil fluks telah stabil, uji kompaksi selesai
Tekanan Osmotik Larutan Pengaruh Tekanan Operasi Tekanan Operasi yang dibutuhkan harus lebih besar daripada tekanan osmotiknya Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan, semakin tinggi tekanan osmotik nya, sehingga gaya dorong yang diperlukan juga lebih besar Variasi Tekanan 2,4 bar, 3,5 bar, 4,5 bar, 5,2 bar Variasi Tekanan 2,4 bar, 3,5 bar, 4,5 bar, 5,2 bar Kadar Cl - (mg/l) Suhu ( o C) 518 29,8 1008 29,8 1500 29,8 2085 29,8 Tekanan osmosis (bar) 0,3678518 76 0,7158198 66 1,0652081 34 1,4806393 07 19
Fluks permeat (L/m2.menit) PENGARUH TEKANAN OPERASI TERHADAP FLUKS PERMEAT 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2,4 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 Tekanan Operasi (bar) 518 mg/l 1008 mg/l 1500 mg/l 2085 mg/l Fluks maksimal yang diperoleh sebesar 0,35673 L/m 2.menit ; Nilai fluks minimall sebesar 0,02273 L/m 2.menit Semakin tinggi tekanan operasi yang diberikan, semakin tinggi fluks permeat yang dihasilkan Tekanan Osmotik larutan Hal ini biasanya diasumsikan, bahwa tidak ada permeat yang dihasilkan apabila gaya dorong yang diberikan lebih rendah dari tekanan osmotik air umpan. 20
Rejeksi Cl- (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 PENGARUH TEKANAN OPERASI TERHADAP REJEKSI KADAR CL - Membran RO memiliki ukuran pori 0,001 µm, namun seperti 2,4 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 Tekanan Operasi (Bar) 518 1008 1500 2085 yang disajikan pada grafik rejeksi terhadap ion Cl - tidak 100% Kadar Cl - dalam permeat memenuhi Permenkes No.492 tahun 2010 kemampuan membran dalam merejeksi Cl - dalam air umpan berkisar antara 85,6% hingga 97,52%, tergantung dari konsentrasi larutan dan tekanan operasi yang diberikan terhadap air umpan Besarnya rejeksi bergantung dari komposisi air serta kekuatan membran Peningkatan rejeksi sebanding dengan peningkatan tekanan Membran RO bermuatan negatif, adanya efek Potensial Donnan 21
PENGARUH TEKANAN OPERASI TERHADAP REJEKSI KADAR TDS Rejeksi TDS (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 2,4 2,7 3 3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 Tekanan Operasi (Bar) 1080 mg/l 1910 mg/l 2630 mg/l 3470 mg/l kemampuan membran dalam merejeksi TDS dalam air umpan berkisar antara 87,06% hingga 96,15%, tergantung dari konsentrasi larutan dan tekanan operasi yang diberikan terhadap air umpan Sama halnya dengan rejeksi Cl -, rejeksi TDS oleh membran juga sangat dipengaruhi oleh tekanan osmotik larutan umpan. 22
Pengaruh Konsentrasi Umpan terhadap Fluks Permeat Memiliki hubungan berbanding terbalik Fluks permeat (L/m2.menit) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 500 1000 1500 2000 Kadar Cl- (mg/l) 2,4 bar 3,5 bar 4,5 bar 5,2 bar Penurunan nilai fluks yang disebabkan karena konsentrasi Cl - dapat dijelaskan dengan mekanisme polarisasi konsentrasi membran Polarisasi konsentrasti terbentuk lapisan gel tekanan osmotik di lapisan gel meningkat, fluks menurun Efek polarisasi konsentrasi dapat diminimalisir hal ini dapat meresuspensi zat terlarut yang menumpuk di permukaan 23
Pengaruh Konsentrasi Umpan terhadap Rejeksi Cl - Rejeksi Cl- (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 500 1000 1500 2000 Kadar Cl- (mg/l) 2,4 bar 3,5 bar 4,5 bar 5,2 bar Adanya efek Donnan potensial yang ditimbulkan akibat gaya tolak terhadap anion dalam air umpan serta gaya tarik terhadap kation dalam air umpan juga sangat berpengaruh terhadap rejeksi garam oleh membran Tekanan operasi yang diberikan harus lebih besar dari tekanan osmotik nya, sehingga dihasilkan rejeksi yang tinggi 24
Rejeksi TDS (%) 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 Pengaruh Konsentrasi Umpan terhadap Kadar TDS 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Konsentrasi TDS (mg/l) 2,4 bar 3,5 bar 4,5 bar 5,2 bar Semakin tinggi konsentrasi TDS namun tekanan yang diberikan adalah tetap, maka rejeksi TDS oleh membran akan menurun Apabila perbedaan tekanan yang dihasilkan kurang mencukupi, maka akan terjadi penumpukan zat terlarut di sekitar permukaan membran meningkatkan tekanan osmotik, gaya dorong harus semakin besar 2 5
Kesimpulan & Saran BAB V Kesimpulan Membran RO merk FilmTec TW30-1812-50 bila diberikan air umpan air payau yang memiliki kadar garam, suspended solid sebesar 8 mg/l maka kemampuan : Rejeksi Cl - oleh membran Berkisar antara 85,6% hingga 97,52%, untuk variasi konsentrasi antara 518 mg/l hingga 2085 mg/ L tergantung dari konsentrasi larutan dan tekanan operasi yang diberikan terhadap air umpan. Rejeksi tertinggi diperoleh pada tekanan 5,2 bar untuk semua variasi konsentrasi Cl -, hal ini dikarenakan perbedaan tekanan antara tekanan operasi dengan tekanan osmotik larutan cukup jauh Rejeksi TDS oleh membran Berkisar antara 87,06% hingga 96,15%, tergantung dari konsentrasi larutan dan tekanan operasi yang diberikan terhadap air umpan yang memiliki konsentrasi TDS antara 1080 mg/l hingga 3470 mg/l. rejeksi TDS oleh membran juga sangat dipengaruhi oleh tekanan osmotik larutan umpan. Semakin tinggi kadar TDS pada air umpan, maka semakin tinggi pula tekanan osmotik larutan umpan. 26
Kesimpulan Hubungan pengaruh tekanan yang diberikan pada air umpan terhadap rejeksi kadar salinitas dan TDS air permeat, secara umum meningkat, seiring dengan peningkatan tekanan operasi yang diberikan. Hal ini sesuai dengan primsip reverse osmosis, dimana untuk larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi diperlukan tekanan operasi yang lebih tinggi untuk meningkatkan kemampuan rejeksi membran (TDS maupun Cl - ) Hubungan pengaruh antara tekanan yang diberikan pada air umpan terhadap fluks air permeat berbanding lurus dengan peningkatan tekanan operasi. Semakin tinggi konsentrasi larutan, semakin tinggi tekanan operasi yang diberikan, maka fluks air yang didapatkan juga akan semakin meningkat. 27
28