REVERSE OSMOSIS (OSMOSIS BALIK) Asti Sawitri (208 700 573) Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Gunung Djati Bandung 2011 A. Membran Reverse Osmosis (RO) Membran RO dibuat dari berbagai bahan seperti selulosa asetat (CA), poliamida (PA), poliamida aromatis, polieteramida,polieteramina, polieterurea, polifelilene oksida, polifenilen bibenzimidazol,dsb. Membran komposit film tipis terbuat dari berbagai bahan polimer untuk substratnya ditambah polimer lapisan fungsional diatasnya. Membran mengalami perubahan karena memampat dan fouling (sumbat). Pemampatan atau fluks-merosot itu serupa dengan perayapan plastic/logam bila terkena beban tegangan kompresi. Makin besar tekanan dan suhu, biasanya tak reversible dan membran makin mampat. Normalnya, membran bekerja pada suhu 21-35 0 C. Fouling membran itu diakibatkan oleh zat-zat dalam air baku misalnya kerak, pengendapan koloid, oksida logam, organic dan silica. B. Prinsip Dasar Reverse Osmosis (RO) Prinsip kerja filter Reverse Osmosis adalah berdasarkan pada peristiwa osmosis yang terjadi di alam. Osmosis adalah peristiwa bergeraknya air dari larutan yang mempunyai konsentrasi lebih rendah melalui membran permeabel ke larutan yang mempunyai konsentrasi lebih tinggi sampai tercapainya keseimbangan. Daya penggerak yang menyebabkan aliran difusi melalui membran permeabel tersebut adalah tekanan osmosis. Besarnya tekanan osmosis tergantung dari karakteristik membran, temperatur air, dan konsentrasi garam yang terlarut di dalam air. Tekanan osmotik normal air laut yang mengandung TDS 35.000 ppm dan suhu 250 C adalah 26,7 kg/cm 2, dan untuk air laut di daerah timur tengah atau laut merah mengandung TDS 42.000 ppm dan suhu 300 0 C, tekanan osmotiknya adalah 32,7 kg/m 2. Proses Reverse Osmosis merupakan kebalikan dari proses osmosis, yaitu memberikan tekanan balik yang lebih besar dari tekanan osmotik pada permukaan cairan yang lebih kental, maka cairan yang lebih murni akan menembus 1
permukaan membran menjadi cairan yang lebih murni. Proses riverse osmosid dijelaskan pada Gambar 1. Gambar 1. Proses riverse Osmosis Daya penggerak yang menyebabkan terjadinya difusi air tawar ke dalam air asin melalui membran tersebut dinamakan tekanan ossmosis. Besarnya tekanan osmosis tergantung dari temperatur air, dan konsentrasi garam yang terlarut dalam air. Tekanan osmosis dari suatu larutan dapat dinyatakan dalam persamaan (1). = 1,12 + 273 Σ (1) dimana tekanan osmosis (Psl), t suhu ( 0 C), dan Σ jumlah molalitas kandungan ionik/nonionik. Apabila pada sustu sistem osmosis diberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosisnya, maka aliran air tawar akan berbalik yaitu dari air asin ke air tawar melalui membran semipermiabel, sedangkan garamnya tetap tertinggal di dalam larutan garamnya sehingga menjadi lebih pekat. Proses yang terjadi di dalam membran osmosis balik adalah proses penyaringan dengan ukuran molekul, yakni molekul yang lebih besar daripada air, misal molekul garam yang akan terpisah dan ikut ke dalam air buangan. Laju pemisahan garam dapat dilihat pada persamaan (2). = 100 (2) dimana Cp konsentrasi garam air olahan (mg/l) dan Cf konsentrasi garam air baku (mg/l). Laju produksi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3) 2
= 100% (3) dimana Qp adalah debit air olahan (L/jam) dan Qf adalah debit air baku (L/jam). Tekanan operasi pada sistem osmosis balik adalah sebesar 5,3-24,6 kg/cm 2 (75-350 Psl). Menurut jenis tekanan operasinya sistem osmosis balik dapat dibedakan menjadi dua yaitu unit tekanan tinggi (tekanan rata-rata di atas 24,6 kg/cm 2 ) dan unit tekanan rendah (rata-rata tekanan sebesar 17,6 kg/cm 2 ). Dalam proses filtrasi dengan menggunakan membran reverse osmosis, terdapat beberapa faktor-faktor yang saling berkaitan sehingga akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi. Faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut : a. Tekanan Menurut Heitmann (1990), tekanan mempengaruhi laju alir bahan pelarut yang melalui membran itu. Laju alir meningkat dengan terus meningkatnya tekanan, dan mutu air olahan (permeate) juga semakin meningkat. Tekanan memegang peranan penting bagi laja permeate yang terjadi pada proses membran. Semakin tinggi tekanan suatu membran, maka semakin besar pula fluks yang dihasilkan permeate. b. Temperatur/suhu Standar temperatur yang digunakan dari 70 0 F (21 0 C), tetapi umumnya yang digunakan mulai dari 85 0 F (29 0 C). c. Kepadatan/kerapatan membran Semakin rapat membran, maka akan semakin baik air olahan yang dihasilkan. d. Flux (fluks) Gerakan air yang terus menerus. Untuk menentukan fluks dapat diperoleh dengan menghitung laju alir permeate per satuan luas membran. e. Recovery Factor Semakin tinggi faktor perolehan maka semakin baik konsentrasi garam pada proses pengolahan air payau yang didapat. Umumnya factor recovery mempunyai batasan 75 95 %. f. Salt Rejection (rejeksi garam-garaman) Garam rejeksi tergantung dari tipe dan karakteristik pemilihan membran. Namun juga sangat tergantung pada kondisi operasi, konsentrasi larutan umpan 3
dan debit aliran. Nilai rejeksi merupakan angka mutlak. Umumnya nilai rejeksi dari 85 99,5% dengan 95% yang lebih sering digunakan. g. Ketahanan Membran Membran hanya dapat bertahan sebentar (akan cepat rusak) apabila terlalu banyak komponen komponen yang tidak diinginkan ikut masuk di dalam air umpan, seperti bakteri, jamur, phenol, dan bahkan nilai ph terlalu tinggi/rendah. Biasanya membran dapat bertahan selama 2 tahun dengan perubahan pada efisiensinya. h. ph ph pada membran yang sering digunakan memiliki batasan operasi antara 6 7,7 i. Kekeruhan (Turbidity) Reverse Osmosis digunakan untuk memindahkan/menyingkirkan kekeruhan dari air umpan (air masuk). j. Pengolahan awal (Pretreatment) Pretreatment merupakan proses awal agar membran tidak cepat rusak dan dapat tahan lebih lama. Selain itu pretreatment juga dilakukan agar partikel partikel yang tidak diinginkan yang berat molekulnya lebih besar tidak ikut masuk kedalam membran. k. Pembersihan (Cleaning) Pembersihan pada membran tergantung dari jenis membran yang digunakan dan proses penggunaannya. C. Proses Desanilasi dengan RO Pada prakteknya, proses pengolahan air minum dengan sistem reverse osmosis terdiri dari dua bagian yakni pengolahan pendahuluan dan unit RO. Oleh karena air baku adalah air laut, terutama yang dekat dengan pantai masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral, plankton dan lainnya, maka air baku tersebut perlu dilakukan pengolahan pendahuluan sebelum diproses di dalam unit RO. Unit pengolahan pendahuluan terdiri dari beberapa peralatan utama yakni pompa air baku, bak koagulasi-flokulasi, tangki reaktor (kontraktor), saringan pasir, filter mangan zeloit, filter untuk penghilang warna, dan filter 4
cartride ukuran 0,5µm. Sedangkan unit RO terdiri dari pompa tekanana tinggi dan membran RO, pompa dosing untuk anti scalant dan anti blofouling, serta sterilisator ulta violet (UV). Air baku (air laut) dipompa ke bak koagulasi-flokulasi untuk mengendapkan zat padat tersuspensi, selanjutnya dialirkan ke rapid sand filter, kemudian ditampung di dalam bakpenampung. Dari bak penampung air laut dipompa ke pressure filter sambil diinjeksi dengan larutan kalium permanganat agar zat besi atau mangan yang larut dalam air baku dapat dioksidasi menjadi bentuk senyawa oksida besi dan mangan yang tak larut dalam air. Selain itu diinjeksikan larutan anti scalant, anti blofouling yang dapat berfungsi untukmencegah pengkerakan serta membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan blofouling di dalam membran RO. Dari preasure filter, air dialirkan ke saringan filter multimedia agar senyawa besi atau mangan yang telah teroksidasi dan juga padatan tersuspensi (SS) yang berupa partikel halus, plankton dan lainnya dapat disaring. Dengan adanya filter multimedia ini, zat besi atau mangan yang belum teroksidasi dapat dihilangkan sampai konsentrasi 0,1 mg/l. Zat besi dan mangan ini harus dihilangkan karena dapat menimbulkan kerak pada membran RO. Dari filter multimedia air dialirkan ke filter penghilang earna. Filter ini berfungsi untuk menghilangkan warna dari senyawa warna pada air baku yang dapat menyebabkan cepatnya penyumbatan pada membran RO. Setelah meluli filter penghilang warna, air dialirkan ke filter cartridge yang dapat menyaring partikel dengan ukuran 0,5 µm. Setelah melalui filter cartridge, air dialirkan ke unit RO dengan menggunakan pompa tekanan tinggi sambil diinjeksi dengan zat anti kerak dan zat anti blofouling. Air yang keluar dari modul membran RO ada dua yakni air tawar dan air buangan garam yang telah dipekatkan. Selanjutnya air tawar dipompa ke tangki penampungan sambil dibubuhi dengan khlorin dengan konsentrasi tertentu aagar tidak terkontaminasi kembali oleh mikroba, sedangkan air garam dibuang ke laut kembali. 5
D. Keunggulan dan KelemahanProses RO Beberapa keunggulan yang didapat berdasarkan kajian ekonomi dan hasil yang dicapai, untuk proses pengolahan air dengan metode reverse osmosis adalah sebagai berikut: a. Mengurangi kebutuhan laboratorium, b. Dapat mencapai pada tekanan tinggi, c. Dapat mengurangi kandungan garam, karbonat, total hardness, sulfat, dan nitrat dari air umpan. Zat-zat yang tidak terlarut dalam air juga dipisahkan seperti koloid dan bakteri. d. Untuk umpan padatan total terlarut di bawah 400 ppm, osmosis balik merupakan perlakuan yang murah. e. Untuk umpan padatan total terlarut di atas 400 ppm, dengan penuruanan padatan total terlarut 10% semula, osmosis balik sangat menguntungkan dibanding dengan deionisasi f. Untuk umpan berapapun konsentrasi padatan total terlarut, disertai kandungan organic lebih daripada 15 g/liter, osmosis balik sangat baik untuk praperlakuan deionisasi. g. Osmosis balik sedikit berhubungan dengan bahan kimia, sehingga lebih praktis. Kelemahan yang sering didapat pada pengolahan air menggunakan metode reverse osmosis adalah sering terjadinya penyumbatan (fouling/clogging) karena bahan bahan tertentu pada permukaan membran seperti membran berkerak karena pengendapan garam terlarut dalam air karena konsentrasi air cukup pekat dan batas kelarutan terlampaui. Kerak dapat berupa kalsium karbonat atau sulfat, silika, dan kalsium klorida, dan perawatannya lebih mahal dibandingkan dengan pengolahan secara konvensional. Selain itu air umpan harus diolah terlebih dahulu untuk menghilangkan partikulat-partikulat, Operasi RO membutuhkan material dan alat dengan kualitas standar yang tinggi, serta terdapat kemungkinan terjadi pertumbuhan bakteri pada membran itu sendiri. 6
Referensi [1] S. Etika, A. Tuhu, dan L. Rudi, Pengaruh Tekanan Reverse Osmosis Pada Pengolahan Air Payau Menjadi Air Bersih, Universitas Pembanguna Nasional, Jawa Timur. [2] S. I. Nusa, Pengolahan Payau Menjadi Air Minum dengan Teknologi Reverse Osmosis, http://www.kelair.bppt.go.id/publikasi/bukuairminum/bab10ro.pdf [3] A.Siti, P. Sri, W. Tri, dan A. Trisini, Penggunaan Teknologi Membran Pada Pengolahan Air Limbah Industri Kelapa Sawit, http://www.bbkklitbang.go.id/eng/admin/upload/teknologimembran.pdf [4] M. Abdul, S. Ariyanto, Dan Widodo, Pengolahan Air Produk Reverse Osmosis Sebagai Umpan Balik Dengan Menggunakan Ion Exchange, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Dipenogoro. 7