RANCANG BANGUN ALAT PEMURNI AIR PAYAU SEDERHANA DENGAN MEMBRAN REVERSE OSMOSIS UNTUK MEMENUHI KEBUTUHAN AIR MINUM MASYARAKAT MISKIN DAERAH PESISIR Dewi L.K., Azfah R.A., Soedjono E.S. Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITS Surabaya e-mail: soedjono@enviro.its.ac.id ABSTRAK Daerah pesisir umumnya memiliki masalah dengan akses air minum layak konsumsi. Sumber air yang ada, biasanya berasal dari sumur air tanah yang airnya berasa asin atau payau. Untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan air bersih layak minum, terdapat teknologi pemurnian air yang praktis yaitu menggunakan membran reverse osmosis. Disini akan dibahas desain alat pemurni air payau sederhana menggunakan membran reverse osmosis dengan pompa yang tenaga penggeraknya adalah dengan kayuhan sepeda.penelitian dilakukan dengan menguji laju fluks, recovery rate, dan kemampuan rejeksi kadar garam serta TDS dari proses reverse osmosis dengan menggunakan membran pada variasi tekanan, kadar garam dan kadar TDS tertentu. Data yang diperoleh diolah dengan uji ANOVA dan ditarik kesimpulan dari analisa tersebut. Dari penelitian yang dilakukan, diketahui Fluks optimum permeate sebesar 2,10 L/m 2.jam dicapai pada tekanan operasi 1,5 bar dengan konsentrasi garam pada air umpan sebesar 1008 ppm. Recovery Rate optimum sebesar 28,54% dicapai pada tekanan operasi 1,5 bar dengan konsentrasi garam pada air umpan sebesar 2085 ppm. Nilai rejeksi optimum kadar garam sebesar 55,36% dicapai pada tekanan operasi 0,5 bar dengan konsentrasi garam pada air umpan sebesar 1008 ppm. Nilai rejeksi optimum TDS sebesar 62,95% dicapai pada tekanan operasi 1,5 bar dengan kadar TDS air umpan sebesar 1910 mg/l. Kata kunci : Air Payau, Reverse osmosis, Fluks, Recovery rate, Rejeksi PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki panjang pantai lebih dari 80.000 km. Sebagian besar penduduk Indonesia tinggal di daerah pesisir. Daerah pesisir di Indonesia identik dengan masyarakat miskin dan pemukiman kumuh. Pada daerah pesisir ini umunya memiliki masalah dengan akses air bersih. Sumber air yang ada, biasanya bersasal dari sumur air tanah yang airnya berasa asin. Penyediaan air bersih untuk masyarakat di Indonesia masih mengalami permasalahan terutama rendahnya tingkat pelayanan dan penyediaan akses air bersih. Untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih, masyarakat terpaksa menampung air hujan atau mengambil dari tempat lain yang relatif jauh dan mahal. Kurangnya akses terhadap air minum juga sanitasi yang tidak baik menyebabkan 3 juta penduduk dunia di negara berkembang terutama anakanak meninggal setiap tahunnya. Untuk mengatasi permasalahan di atas dibutuhkan penerapan teknologi pengolahan air yang sesuai dan tepat guna, yaitu dengan menggunakan teknologi purifikasi Reverse Osmosis yang praktis, portable dan tidak memakan lahan yang luas. Rancangan 1
alat pemurni air payau sederhana ini menggunakan tenaga kayuhan sepeda untuk menggerakkan pompa air yang telah dimodifikasi. Untuk pemurnian airnya, digunakan membran reverse osmosis yang mampu mereduksi kadar garam dalam air umpan serta kontaminan-kontaminan lainnya. Alat pemurni air payau sederhana ini merupakan jawaban atas sulitnya memperoleh air bersih layak minum untuk masyarakat miskin daerah pesisir. Dari latar belakang yang ada didapatkan suatu perumusan masalah, antara lain bagaimana desain alat pemurni air sederhana yang dapat mendesalinasi air payau menjadi air layak minum, bagaimana pengaruh tekanan (bar) yang diberikan terhadap laju fluks permeat (L/m 2.jam), recovery rate (%), rejeksi kadar garam (%) dan rejeksi kadar TDS (%), bagaimana pengaruh kadar garam (ppm) air umpan terhadap laju fluks permeat (L/m 2.jam) yang dihasilkan, recovery ratenya (%) serta rejeksi kadar garam (%) dan bagaimana pengaruh kadar TDS (ppm) air umpan terhadap rejeksi kadar TDS (%). Dari perumusan masalah diatas, tujuan dari rancang bangun ini antara lain yaitu, merancang alat pemurni air payau menjadi air layak minum dan diharapkan dapat menghasilkan prototip alat pemurni air tersebut, menganalisa pengaruh tekanan kerja (bar) terhadap laju fluks permeat (L/m 2.jam), recovery rate (%), rejeksi kadar garam (%) dan rejeksi kadar TDS (%) yang dihasilkan, menganalisa pengaruh kadar garam (ppm) terhadap laju fluks permeat (L/m 2.jam) yang dihasilkan, recovery ratenya (%) serta rejeksi kadar garam (%) yang dihasilkan, dan menganalisa pengaruh kadar TDS (ppm) terhadap rejeksi TDS (%) yang dihasilkan. Karakteristik Air Payau Sumber air payau yang biasa digunakan adalah berasal dari air tanah, air tanah ini menjadi salin atau berasa asin karena intrusi air laut atau merupakan akuifer air payau alami. Air permukaan yang payau jarang dipergunakan tetapi mungkin dapat terjadi secara alami. Air payau dapat memiliki range kadar TDS yang cukup panjang yakni (1000-10.000 mg/l) dan secara tipikal terkarakterisasi oleh kandungan karbon organik rendah dan partikulat rendah ataupun kontaminan koloid. Beberapa komponen yang terdapat dalam air payau seperti boron dan silika memiliki konsentrasi yang bervariasi dan dapat memiliki nilai yang beragam dari satu sumber dengan sumber lainnya, faktor penting dalam optimasi sistem reverse osmosis air payau adalah karakterisasi akurat dari air umpan yang spesifik. [Greenlee, dkk. 2009]. Proses reverse osmosis untuk desalinasi air payau memiliki beberapa karakteristik yang berbeda dengan desalinasi air laut, diantaranya : 2
Rancang bangun modul membran reverse osmosis untuk desalinasi air payau pada umumnya hanya terdiri dari satu tahap saja mengingat kadar garam umpan yang tidak terlalu tinggi. Recovery air lebih tinggi bila dibandingkan dengan desalinasi air laut Suhu umpan kadang-kadang sangat tinggi sehingga harus diturunkan terlebih dahulu agar tidak merusak modul [Wenten, 1999] Keuntungan Penggunaan Membran Keuntungan menggunakan membran dalam pengolahan air yaitu : Menghasilkan air dengan kualitas sangat baik Dalam proses pengolahan memerlukan sedikit bahan kimia Memerlukan energi lebih rendah untuk operasi dan pemeliharaan Fasilitas desain & konstruksi memiliki sistem yang kompak dan modular Mampu memproduksi air dengan kualitas konstan Mampu menyisihkan bahan kontaminan dengan rentang yang lebar Dapat menjadi solusi untuk beban yang berubah-ubah. [Nurhayati, 2005] Modul Membran Spiral Wound Modul spiral wound merupakan modul membran yang terdiri dari susunan dua atau lebih lembar membran flat yang ditumpuk bersamaan dan masing-masing dilapisi pada bagian tepinya kemudian dililitkan pada sebuah pipa bersama-sama dengan spacer pada bagian sisi umpan Gambar 1. Modul RO Spiral Wound membran yang memisahkan lapisan atas dua membran flat dan berfungsi untuk membangkitkan turbulensi aliran. Pipa pada bagian tengah berfungsi sebagai penampung aliran permeat dan mengalirkannya sebagai produk. Cara kerja dari modul spiral wound adalah sebagai berikut : umpan bertekanan dimasukkan melalui sisi membran dan kemudian permeat dikumpulkan melalui sisi lainnya. Permeat mengalir ke dalam poket membran yang tertutup dan dikumpulkan dalam pipa pengumpul [Wenten, 1999]. Proses Desalinasi dengan reverse osmosis Di dalam proses desalinasi air laut dengan sistem reverse osmosis (RO), tidak memungkinkan untuk memisahkan seluruh garam dari air lautnya, karena akan membutuhkan tekanan yang sangat tinggi sekali. Oleh karena itu pada kenyataannya, untuk menghasilkan air tawar maka air asin atau air laut dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam suatu modul membran 3
reverse osmosis yang mempunyai dua buah outlet yakni outlet untuk air tawar yang dihasilkan dan outlet untuk air garam yang telah dipekatkan (brine/reject water). Di dalam membran RO tersebut terjadi proses penyaringan dengan ukuran molekul, yakni pertikel yang molekulnya lebih besar daripada molekul air, misalnya molekul garam dan lainnya, akan terpisah dan akan terikut ke dalam air buangan (brine/reject water). Oleh karena itu air yang akan masuk ke dalam membran RO harus mempunyai persyaratan tertentu misalnya kekeruhan harus nol, kadar besi harus < 0,1 mg/l, ph harus dikontrol agar tidak terjadi pengerakan kalsium dan lainnya [Said, 2008]. Membran RO bertindak sebagai barrier yang bersifat semi permeabel yang dengan mudah melewatkan komponen secara selektif (pelarut, biasanya air) dan menghalangi zat terlarut secara parsial maupun keseluruhan. Air akan berpindah dari sisi umpan ke sisi permeat dengan proses difusi dengan tekanan sebagai driving force atau gaya dorong yang dibutuhkan agar membran dapat bekerja [Ariyanti, 2009]. Gradien potensial kimia pada membran menghasilkan driving force -Δµ s yaitu gradien potensial kimia zat terlarut, biasanya berupa perbedaan konsentrasi dan -Δµ w yaitu gradien potensial kimia pelarut, biasanya berupa perbedaan tekanan yang mendorong larutan untuk melewati membran [William, 2003]. Konsentrasi permeat meningkat dengan meningkatnya konsentrasi umpan. Ketika persen recovery air meningkat, konsentrasi air permeat optimal juga akan meningkat. Namun, recovery yang lebih tinggi dan fluks permeat lebih tinggi memerlukan tekanan umpan yang lebih tinggi. Peningkatan tekanan umpan dengan tingkat recovery pada fluks permeat yang diberikan dikarenakan meningkatnya salinitas rata-rata umpan dan tekanan osmotik [Abdulrazaq, 2011]. Terdapat batasan tertentu bagi jumlah garam yang dapat direjeksi untuk tekanan umpan yang digunakan. Semakin tinggi tekanan yang diberikan mengakibatkan garam yang melewati membran semakin banyak. Hal ini terjadi karena umpan didorong melalui membran pada kecepatan tinggi sehingga garam yang berada pada permukaan membran ikut menembus membran bersama umpan [Edward, 2009]. Metode yang Digunakan Dalam penelitian ini digunakan beberapa metode analisis dengan output data yang dibutuhkan yaitu : 1. Recovery rate Laju produksi (Recovery Rate) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan : RR = QQQQ xx100% QQQQ Dimana Qp adalah debit air olahan (liter/jam) dan Qf adalah debit air baku (liter/jam) 2. Fluks permeate diukur dengan mengukur volume permeate yang dihasilkan dalam jangka waktu yang telah ditentukan. Fluks permeate dapat dihitung dengan rumus : 4
JJ = VV AAAAAA Dengan, V = Volume permeate, A = Luas membran 0,5m 2 dan t = waktu 3. Rejeksi adalah ukuran kemampuan membran untuk menahan atau melewatkan padatan terlarut. Secara metematis rejeksi dinyatakan dengan : RR = 1 CCCC CCCC xx100% 4. Dimana R adalah koefisien rejeksi (%) dan Cp serta Cf adalah konsentrasi zat terlarut dalam permeat dan umpan. Data hasil penelitian kemudian dianalisa dengan uji ANOVA METODE PENELITIAN Bahan dan Peralatan yang Digunakan Berikut merupakan peralatan yang digunakan dalam penelitian ini. Tabel 1. Peralatan dan bahan yang digunakan PERALATAN Membran Reverse Osmosis Pompa Air Merk : Filmtec USA Merk : DAB Model : TW30-1812-50 Model : AQUA 125 A Material : Poliamida TFC Kapasitas Max : 42 L/mnt Pori : Dense (tidak berpori) Suction Head : 9 meter max Bentuk Membran : Spiral Wound Discharge Head : 24 meter Tekanan Kerja : 3,4-6 bar Total Head : 33 meter Luas Membran : 0,5 m2 Output : 125 watt Panjang Membran : 298 mm RPM : 2850 Diameter Membran : 44,5 mm Wadah Air Umpan Pressure Gauge Wadah Air permeat Regulator Valve Wadah Air Brine BAHAN NaCl standar K 2 CrO 4 AgNO 3 Aquades Sampel yang digunakan sebagai objek dalam penelitian ini merupakan air payau yang berasal dari sumur warga daerah Tambak Deres, Kenjeran. Variasi konsentrasi sampel yang digunakan adalah : 5
Tabel 2. Variasi konsentrasi sampel Konsentrasi Garam (ppm) Konsentrasi TDS (mg/l) 518 1060 1008 1910 1500 2630 2085 3470 Proses Operasi Berikut merupakan langkah proses operasi pengujian alat : Siapkan air umpan sesuai karakteristik yang akan diuji. Masukkan selang input pada wadah air umpan. Siapkan wadah untuk menampung air permeate juga air brine. Kayuh hingga pressure gauge menunjukkan tekanan operasi yang diinginkan. Lakukan pengayuhan selama 12 menit dengan pengambilan sampel setiap 2 menit. Apabila akan melakukan pengayuhan dengan tekanan yang berbeda atau kerekteristik air baku yang berbeda, maka sebelumnya harus dilakukan pencucian terhadap membran. Berikut merupakan gambar diagram alir proses dan hasil akhir rakitan alat pemurni air payau. Regulator Valve Regulator Valve Qp Qb Air Bersih (Permeat Water) Air Buangan (Brine Water) Modul Membran RO Qf Pressure Gauge Roda Sepeda Air umpan (feed water) Pompa dengan tenaga kayuhan sepeda (a) (b) Gambar 2. (a) Diagram Alir Proses Operasi, (b) Hasil Akhir Rangkaian Alat 6
Pengaruh Tekanan Operasi terhadap Fluks Fluks (L/m2.jam) Recovery Rate (%) 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 1,44 1,40 1,40 0,76 0,70 0,74 0,75 0,39 0,44 0,5 1 1,5 Tekanan Operasi (bar) 518 ppm 1008 ppm 1500 ppm 2085 ppm 25,00 2 15,00 1 5,00 22,27 HASIL DAN PEMBAHASAN 2,10 0,98 0,82 pada tekanan operasi 1,5 bar dengan Gambar 3. Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap fluks konsentrasi garam 1008 ppm dan fluks minimum sebesar 0,39 L/m 2.jam diperoleh pada tekanan operasi 0,5 bar dengan konsentrasi garam 2085 ppm. Tekanan operasi merupakan driving force proses reverse osmosis. Kenaikan tekanan 28,54 13,45 12,44 7,23 6,69 6,24 7,10 4,44 4,11 2,38 3,63 0,5 1 1,5 518 ppm Tekanan Operasi (bar) 1008 ppm 1500 ppm 2085 ppm Gambar 4. Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap recovery rate Dari grafik di bawah ini, dari keempat variasi konsentrasi yang ada, data dominan menunjukkan bahwa semakin besar tekanan operasi yang diberikan, maka nilai fluks permeate akan semakin besar. Fluks maksimum sebesar 2,10 L/m 2.jam tercapai dalam suatu larutan dengan konsentrasi tertentu (tekanan osmosis tetap) akan menyebabkan kenaikan fluks permeate. Reverse osmosis berlangsung karena adanya gaya pendorong yaitu beda tekan antara sisi umpan dengan sisi permeate. Suatu larutan dengan konsentrasi berbeda jika dipisahkan dengan membran semi permeable maka secara alamiah air (pelarut) bergerak dari larutan dengan konsentrasi rendah ke larutan dengan konsentrasi tinggi, fenomena ini disebut reverse osmosis. Dengan demikian apabila tekanan dinaikkan maka aliran pelarut (air) akan semakin besar sehingga fluks permeate juga semakin besar. Fluks permeat disepanjang membran memiliki hubungan langsung dengan tekanan umpan, dimana fluks akan meningkat seiring dengan adanya peningkatan tekanan. Semakin besar tekanan yang diberikan, maka volum fluida yang dapat melewati membran akan meningkat. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap Recovery Rate Dapat dilihat dari grafik di bawah ini, dapat dilihat pada konsentrasi garam 518 ppm, semakin besar tekanan operasi yang diberikan recovery rate cenderung menurun. Sedangkan pada konsentrasi 3 garam 1008 ppm dan 2085 ppm recovery rate cenderung semakin naik dan pada konsentrasi garam 1500 ppm cenderung stabil. Recovery rate maksimum dicapai pada tekanan operasi 1,5 bar dengan konsentrasi garam 2085 ppm yaitu sebesar 28,54% dan nilai recovery rate minimum 7
diperoleh pada tekanan operasi 1 bar dengan konsentrasi garam 2085 ppm yaitu 2,38%. Dilihat dari grafik, nilai Recovery Rate yang dihasilkan tidak signifikan. Grafik naik terjadi dikarenakan adanya kenaikan driving force (perbedaan antara tekanan operasi yang diberikan dengan tekanan osmotik) dengan tekanan umpan sehingga volume pelarut yang melewati jalur permeate lebih banyak. Grafik mengalami penurunan kemungkinan diakibatkan oleh pengaruh bukaan keran pada jalur brine sehingga volume brine dan permeate yang keluar bervariasi pada tiap pengoperasian alat. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap Rejeksi Kadar Garam Dari grafik di bawah ini dapat dilihat nilai rejeksi kadar garam minimum dieroleh pada tekanan operasi 1 bar dengan konsentrasi air umpan 2085 ppm yaitu sebesar 23,24%. Fluks untuk zat terlarut hanya dipengaruhi oleh kadar garam pada kedua sisi umpan dan permeate. Saat konsentrasi garam pada air umpan tetap, maka jumlah Rejeksi kandungan Cl- (%) 6 5 4 3 2 1 55,36 46,83 34,04 35,77 41,28 33,69 23,81 23,24 48,44 45,20 43,80 33,88 0,5 1 1,5 Tekanan Operasi (bar) 518 ppm 1008 ppm 1500 ppm 2085 ppm Gambar 5. Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap rejeksi kadar garam massa garam yang melewati membran pun akan tetap. Dengan adanya kenaikan tekanan operasi, nilai fluks pelarut (air) akan bertambah. Fluks zat terlarut (garam) dalam kondisi tetap dan fluks zat pelarut (air) bertambah akan menyebabkan nilai rejeksi meningkat. Kenaikan rejeksi karena tekanan juga disebabkan oleh pemampatan (compaction). Kenaikan tekanan menyebabkan berkurangnya ukuran pori membran karena terkompaksi, sehingga rejeksi akan meningkat. Pada grafik juga dapat dilihat, terdapat penurunan rejeksi kadar garam. Peningkatan tekanan umpan menyebabkan rejeksi garam meningkat. Namun terdapat batasan tertentu bagi jumlah garam yang dapat direjeksi untuk tekanan umpan yang digunakan. Semakin tinggi tekanan yang diberikan mengakibatkan garam yang melewati membran semakin banyak. Hal ini terjadi karena umpan didorong melalui membran pada kecepatan tinggi sehingga garam yang berada pada permukaan membran ikut menembus membran bersama umpan. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap Rejeksi Kadar TDS Dapat dilihat pada grafik bahwa data rejeksi kadar TDS bervariasi pada setiap kadar TDS air umpan. Nilai rejeksi TDS maksimum dicapai pada tekanan operasi 1,5 bar dengan kadar TDS air umpan sebesar 1910 mg/l yaitu 62,95%. Nilai rejeksi kadar TDS minimum diperoleh pada tekanan operasi 0,5 bar dengan kadar TDS air umpan 3470 mg/l yaitu sebesar 23,24%. Dari grafik diatas dapat dilihat terjadi variasi hasil rejeksi kadar TDS. Pada kadar TDS awal 1060 mg/l dan 2630 mg/l 8
Rejeksi kadar TDS (%) Fluks (L/m2.jam) 7 54,30 6 43,39 5 428,14 319,31 2 1 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 58,07 47,48 36,18 22,43 62,95 47,17 42,17 31,41 0,5 1 1,5 Tekanan Operasi (bar) 1060 mg/l 1910 mg/l 2630 mg/l 3470 mg/l dan menyebabkan zat terlarut sulit melewati Gambar 6. Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap rejeksi kadar TDS membran. Peningkatan tekanan umpan menyebabkan rejeksi TDS meningkat. Namun terdapat batasan tertentu bagi jumlah zat terlarut 1,40 1,44 2,10 0,98 0,74 0,76 0,75 0,70 0,82 0,44 0,39 0 500 1000 1500 2000 2500 Konsentrasi garam air umpan (ppm) 0,5 bar 1 bar 1,5 bar grafik cenderung turun, sedangkan pada kadar TDS awal 1910 mg/l dan 3470 mg/l grafik cenderung naik. Grafik mengalami kenaikan dikarenakan pada air yang melewati membran, partikel zat terlarut (TDS) tertempel pada dinding membran yang dapat direjeksi untuk tekanan umpan yang digunakan. Semakin tinggi tekanan yang diberikan mengakibatkan zat terlarut yang melewati membran semakin banyak. Hal ini terjadi karena umpan didorong melalui membran pada kecepatan tinggi sehingga zat terlarut yang berada pada permukaan membran ikut menembus membran bersama umpan. Pengaruh Konsentrasi Garam terhadap Fluks Dari grafik di bawah ini, dapat dilihat bahwa saat air umpan yang digunakan konsentrasi garamnya makin tinggi, maka fluks permeate akan semakin turun. Tekanan osmotik suatu larutan ber-gantung pada konsentrasi larutan tersebut, dimana semakin bertambah tinggi konsentrasi suatu larutan, maka tekanan osmotiknya akan semakin tinggi. Dengan nilai tekanan Gambar 7. Grafik pengaruh konsentrasi garam terhadap fluks operasi yang sama, kenaikan tekanan osmotik ini menyebabkan beda tekan yang semakin mengecil sehingga nilai fluks yang dihasilkan pun menjadi semakin kecil. Nilai fluks permeate maksimum yaitu sebesar 2,10 L/m 2.jam dicapai pada konsentrasi air umpan 1008 ppm dengan tekanan operasi yang diberikan sebesar 1,5 bar. Sedangkan nilai fluks permeate minimum diperoleh pada konsentrasi garam air umpan sebesar 2085 ppm dengan tekanan operasi 0,5 bar yaitu sebesar 0,39 L/m 2.jam. Tekanan osmotis larutan berfungsi sebagai pengurang driving force. Semakin besar konsentrasi larutan akan memperbesar tekanan osmosis sehingga akan memperkecil beda tekan. Sehingga semakin tinggi konsentrasi garam umpan, fluks akan semakin kecil. Peningkatan konsentrasi pada umpan juga akan mengakibatkan terakumulasinya zat terlarut dalam air baku pada membran karena proses penyerapan pada dinding pori, sehingga fluks akan menurun. Pada konsentrasi garam air baku 1000 9
ppm dengan tekanan operasi 1,5 bar, terlihat garfik mengalami kenaikan dibandingkan dengan konsentrasi yang sama pada tekanan 1 bar. Hal ini kemungkinan terjadi karena pembersihan membran yang tidak sempurna sehingga masih terdapat zat-zat terlarut yang menempel pada membran sehingga mengganggu jalur keluar permeate. Pengaruh Konsentrasi Garam terhadap Recovery Rate Pada grafik di bawah ini, nilai recovery rate maksimum yaitu sebesar 28,54% dicapai pada konsentrasi air umpan 2085 ppm dengan 3 28,54 25,00 tekanan operasi yang diberikan sebesar 1,5 22,27 2 bar. Sedangkan nilai recovery rate minimum Recovery rate (%) 15,00 1 5,00 12,44 13,45 6,24 4,11 3,63 7,10 7,23 6,69 4,44 2,38 500 1000 1500 2000 2500 Konsentrasi garam air umpan (ppm) 0,5 bar 1 bar 1,5 bar Gambar 8. Grafik pengaruh konsentrasi garam terhadap recovery rate diperoleh pada konsentrasi garam air umpan sebesar 2085 ppm dengan tekanan operasi 1 bar yaitu sebesar 2,38%. Dilihat dari grafik, nilai recovery rate yang dihasilkan cenderung bervariasi. Grafik mengalami penurunan disebabkan, semakin tingginya konsentrasi garam maka tekanan operasi yang dibutuhkan harus semakin tinggi agar dapat melewatkan air melalui membran. Pada tekanan stabil dengan pertambahan konsentrasi air umpan yang semakin menurun, volume permeate yang dapat dihasilkan menjadi semakin sedikit dan keluar menuju jalur brine. Hal ini megakibatkan terjadinya penurunan recovery rate. Pada grafik juga terlihat terjadinya kenaikan recovery rate terutama pada tekanan operasi 1,5 bar. Hal ini dapat terjadi kemungkinan diakibatkan oleh pengaruh bukaan keran pada jalur brine sehingga volume brine dan permeate yang keluar bervariasi pada tiap pengoperasian alat. Pengaruh Konsentrasi Garam terhadap Rejeksi Kadar Garam Dari grafik di bawah ini dapat dilihat, nilai rejeksi kadar garam maksimum yaitu sebesar 55,36% dicapai pada konsentrasi air umpan 1008 ppm Rejeksi Cl- (%) 6 5 4 3 2 1 34,04 33,88 23,81 55,36 48,44 41,28 46,83 45,20 43,80 33,69 35,77 23,24 0 500 1000 1500 2000 2500 Konsentrasi garam air umpan (ppm) 0,5 bar 1 bar 1,5 bar Gambar 9. Grafik pengaruh konsentrasi garam terhadap rejeksi kadar garam dengan tekanan operasi yang diberikan sebesar 0,5 bar. Sedangkan nilai fluks permeate minimum diperoleh pada konsentrasi garam air umpan sebesar 2085 ppm dengan tekanan operasi 1 bar yaitu sebesar 23,24%. Fluks garam (zat terlarut) dipengaruhi oleh beda konsentrasi pada sisi 10
umpan dan sisi permeate. Kenaikan konsentrasi umpan akan menaikan driving force fluks garam sehingga kenaikan konsentrasi akan menyebabkan menaiknya fluks garam yang melewati membran. Pada tekanan yang tetap, sedangkan konsentrasi umpan semakin besar maka fluks air akan tetap pula maka hal ini menyebabkan konsentrasi garam pada permeate meningkat atau dengan kata lain rejeksi garam (zat terlarut) menurun. Pada konsentrasi kadar garam air umpan 500 ppm dan 1000 ppm terjadi kenaikan rejeksi kadar garam. Hal ini dapat diakibatkan oleh pencucian yang tidak sempurna. Pada pencucian yang tidak sempurna, masih terdapat zat-zat terlarut yang menempel pada membran sehingga memperkecil pori membran dan membuat zat terlarut (garam) sulit melewati membran sehingga nilai rejeksi kadar garamnya naik. Pengaruh Kadar TDS terhadap Rejeksi Kadar TDS Dari grafik di bawah ini dapat dilihat bahwa kadar TDS air umpan berpengaruh terhadap rejeksi Rejeksi TDS (%) 7 6 5 4 3 2 58,07 47,17 28,14 62,95 54,30 47,48 43,39 36,18 31,41 42,17 22,43 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Kadar TDS air umpan (ppm) 0,5 bar 1 bar 1,5 bar Gambar 10. Grafik pengaruh konsentrasi garam terhadap rejeksi kadar TDS TDS. Kenaikan kadar TDS air umpan secara umum menyebabkan penurunan rejeksi TDSnya. Nilai rejeksi kadar TDS maksimum yaitu sebesar 62,95% dicapai pada kadar TDS air umpan 1910 mg/l dengan tekanan operasi yang diberikan sebesar 1,5 bar. Sedangkan nilai rejeksi kadar TDS minimum diperoleh pada kadar TDS air umpan sebesar 3470 mg/l dengan tekanan operasi 0,5 bar yaitu sebesar 19,31%. Fluks TDS (zat terlarut) dipengaruhi oleh beda konsentrasi pada sisi umpan dan sisi permeate. Kenaikan konsentrasi umpan akan menaikan driving force fluks zat terlarut sehingga kenaikan konsentrasi akan menyebabkan menaiknya fluks zat terlarut yang melewati membran. Pada tekanan yang tetap, sedangkan konsentrasi umpan semakin besar maka fluks air akan tetap pula maka hal ini menyebabkan konsentrasi TDS pada permeate meningkat atau dengan kata lain rejeksi TDS (zat terlarut) menurun. Dapat dilihat pula terjadi kenaikan pada grafik. Hal ini dapat terjadi akibat pencucian membran yang tidak sempurna. Pada pencucian yang tidak sempurna, masih terdapat zat-zat terlarut yang menempel pada membran sehingga memperkecil pori membran dan membuat zat terlarut (TDS) sulit melewati membran sehingga nilai rejeksi kadar TDS naik. 11
KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat ditarik dari penelitian ini adalah : 1. Alat yang dibangun dengan menggunakan membran reverse osmosis dapat menurunkan kadar garam air payau. 2. Semakin tinggi tekanan operasi yang diberikan, nilai fluks semakin tinggi dengan rentang 0,39 L/m 2.jam - 2,10 L/m 2.jam, recovery rate cenderung semakin tinggi antara 2,38% hingga 28,54%, rejeksi kadar garam cenderung meningkat dengan rentang 23,24% hingga 55,36% dan rejeksi kadar TDS cenderung meningkat dengan rentang 23,24% hingga 62,95%. 3. Semakin tinggi kadar garam air umpan, fluks akan semakin menurun dengan rentang 0,39 L/m 2.jam hingga 2,10 L/m 2.jam, recovery rate cenderung menurun dengan rentang 2,38% hingga 28,54%, dan rejeksi kadar garam akan menurun dengan rentang 23,24% - 55,36%. 4. Semakin tinggi kadar TDS air umpan, maka rejeksi kadar TDS akan semakin menurun. Dengan kenaikan kadar TDS dari 1060 mg/l menjadi 3470 mg/l, diperoleh rentang rejeksi TDS 19,31% hingga 62,95%. DAFTAR PUSTAKA Abdulrazaq, J.A. 2011. Transport Phenomena Analysis for Evaluating the Optimum Operating Condition of Reverse Osmosis Processes. Research Journal of Chemical Science Vol. 1(3) June (2011). Greenlee, L.F., Lawler, D.F., Freeman, B.D., Marrot, B., Moulin, P., 2009. Reverse Osmosis Desalination : Water Sources, Technology, and Today s Challenges. Water Research 43 (2009) 2317-2348. Edward, H.S., Pinem, J.A., Adha, M.H., 2009. Kinerja Membran Reverse Osmosis Terhadap Rejeksi Sintetis. Jurnal Sains dan Teknologi 8 (1), Maret 2009 : 1-5 Nurhayati, I., dan Soedjono, E.S. 2005. Desalinasi Air Payau dengan Membran Reverse Osmosis (RO) Tekanan Rendah. Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi VI. Said, N.I., 2008. Pengolahan Payau Menjadi Air Minum dengan Teknologi Reverse Osmosis. Direktorat Teknologi Lingkungan-BPPT Wenten, I.G. 1999. Teknologi Membran Industrial. Institut Teknologi Bandung, Bandung William, M.E. 2003. A Brief Review of Reverse Osmosis Membrane Technology. EET Corporation and Williams Engineering Services Company 12