APLIKASI TEKNOLOGI MEMBRAN UNTUK DESINFEKSI AIR Jaka Rukmana* Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10, Bandung, Indonesia *Corresponding Author:
[email protected]
Abstrak Pengolahan air merupakan suatu upaya untuk mendapatkan air bersih dan sehat dengan standar mutu air yang memenuhi syarat kesehatan. Proses pengolahan air merupakan proses perubahan fisik, kimia, dan biologi air baku. Adapun tujuan pengolahan air adalah memperbaiki derajat keasaman, mengurangi bau, mematikan mikroorganisme serta mengurangi kadar bahan-bahan terlarut. Pengolahan air dilakukan dalam beberapa tahap meliputi proses pemisahan benda-benda yang tercampur dan tidak larut serta proses pemisahan padatan tersuspensi, persenyawaan organik dan anorganik. Penyaringan dengan menggunakan membran adalah suatu proses pemisahan bahan-bahan tersuspensi dalam air melalui media berpori sehingga dapat menghasilkan air yang berkualitas baik. Penyaringan air dengan menggunakan membran merupakan teknologi yang dikembangkan oleh ilmuan untuk menggantikan teknologi konvensional. Penerapan membran dalam proses pengolahan air memiliki peran desinfeksi untuk pengolahan air. Kata kunci: pengolahan air,membran, desinfeksi air
1. Pendahuluan Air merupakan sumber daya alam yang sangat vital untuk kelangsungan hidup manusia dan organisme hidup lainnya, oleh karena itu keberadaannya perlu dipertahankan, baik secara kuantitas, kualitas maupun kontinuitasnya. Disamping bermanfaat secara positif yang dapat mempertahankan kehidupan, namun apabila pengelolaannya kurang baik dan air menjadi tercemar oleh bahan-bahan yang berbahaya, maka air tersebut dapat berakibat buruk bagi kehidupan.Air adalah sumber kehidupan. Air adalah senyawa sederhana (H2O) tetapi manfaatnya sangat banyak. Air bersih dan air murni merupakan bahan yang semakin penting dan juga langka dengan semakin majunya IPTEK, masyarakat dan peradaban industri. Sebaliknya berkat perkembangan IPTEK mutu air pun semakin dapat diperbaiki. Keberadaan air bagi manusia sangat penting di setiap harinya. Di Indonesia kebutuhan air untuk setiap orang mencapai 40– 120 liter setiap harinya. Namun persediaan air dari
berbagai sumber air bersifat terbatas dan tersebar secara tidak merata secara ruang dan waktu, diakibatkan adanya perbedaan iklim dan kemampuan tanah menyimpan air. Selain itu, semakin meluasnya wilayah pencemaran air akan mengurangi daya dukung air bersih bagi kehidupan manusia, karena ketersediaan air seringkali tidak mencukupi. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor 416 tahun 1990, tentang syarat-syarat kualitas air, disebutkan bahwa air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan seharihari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila setelah dimasak. Persyaratan air bersih yang dimaksud adalah persyaratan mikrobiologis, fisik, kimia dan radioaktif [1]. Kualitas air minum sudah menjadi isu nasional bahkan internasional dengan komitmen internasional yang dikenal dengan MDGs (Millennium Development Goals) yaitu memastikan kelestarian lingkungan yang salah satunya adalah tentang sanitasi dan aksesibilitas terhadap
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
air yang aman.Salah satu langkah penting pengolahan untuk mendapatkan air bersih adalah dengan membunuh bakteri yang tidak dikehendaki ada didalam air bersih, seperti bakteri patogen sebagai penyebab berbagai macam penyakit. Proses-proses yang dapat dilakukan untuk mengolah air baku adalah koagulasi-flokulasi, filtrasi, sedimentasi, aerasi, dan lain sebagainya. Tetapi proses-proses tersebut tidak menjamin hilangnya bakteri patogen dalam air bersih melainkan hanya sebatas menurunkan kekeruhan dan kandungan BOD-COD serta kandungan TSS (Total Soluble Solid) dalam air baku. Prosesproses tersebut masih bisa meloloskan bakteri atau mikroorganisme yang tidak diharapkan ada didalam air bersih [2]. Bakteri patogen harus dihilangkan dalam proses pengolahan air baku menjadi air bersih. Proses menghilangkan bakteri patogen yang kemudian menimbulkan bau yang tidak sedap dapat dilakukan dengan desinfeksi. Hal yang perlu diperhatikan dalam konteks desinfeksi adalah bagaimana mencegah terjadinya pemindahan bibit penyakit ke tubuh manusia melalui air bersih dengan memutus rantai antara keduanya dengan cara desinfeksi. Ada 3 kategori mikroorganisme patogen di usus manusia yaitu bakteri, virus, dan kista amoeba [2]. Untuk pertimbangan praktis, desinfeksi harus memenuhi persyaratan seperti dapat membunuh berbagai jenis dan semua populasi patogen yang ada didalam air bersih dalam waktu dan suhu tertentu, selain itu desinfeksi tidak bersifat racun pada manusia dan juga kadarnya dalam air mudah dianalisa dan diketahui. Air dapat didesinfeksi dengan berbagai cara yaitu pemanasan, penyaringan menggunakan membran, pemaparan ke sinar ultraviolet, dan reaksi dengan bahan kimia tertentu seperti bahan kimia oksidasi, ion logam, asam atau basa, dan bahan aktif permukaan. Air yang telah tercemar, tidak memenuhi syarat untuk dipergunakan masyarakat. Apabila dipergunakan akan
menimbulkan akibat yang segera tampak (akut) dan akibat yang tampak secara perlahan-lahan atau dalam waktu yang lama (kronis). Air berperan dalam terjadinya penyebaran penyakit yaitu air sebagai penyebar bakteri patogen, air sebagai sarang insekta penyebar penyakit, dan air sebagai sarang sementara penyakit [3]. Jenis mikroba yang dapat menyebar melalui air yaitu virus, bakteri, protozoa dan metazoa. Penyakit bawaan air yang banyak terdapat di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Beberapa Penyakit Bawaan Air dan Agennya Agen Virus : Rotavirus Virus hepatitis A Virus poliomyelitis Bakteri : Vibiro cholerae Escherichia coli enteropatogenik Salmonella typhi Salmonella paratyphi Shigella dysenteriae Protozoa : Entamoeba histolytica Balantidia coli Giardia lambia Metazoa : Ascaris lumbricoides Clonorchis sinensis Dyphyllobothrium latum Taenia saginata Schistomasoma
Penyakit Diare Hepatitis A Polio Kolera Diare Tipus Paratipus Disentri Disentri Balantidiasis Giardiasis Ascariasis Clonorchiasis Dipilobothriasis Teaniasis Schistosomiasis
Sumber: [3] Proses pengolahan air bertujuan untuk mengurangi kadar bahan pencemar seperti COD-BOD, partikel tercampur, serta membunuh organisme patogen. Diperlukan pengolahan tambahan untuk menghilangkan komponen beracun serta bahan yang tidak dapat didegradasi supaya konsentrasinya menjadi rendah. Pengolahan yang perlu dilakukan adalah secara bertahap yaitu pengolahan pertama (primer), pengolahan kedua (sekunder), dan pengolahan ketiga (tersier).
2
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
Pengolahan pertama bertujuan untuk membersihkan air dari bendabenda yang tercampur dan tidak larut (benda-benda padat dan benda-benda yang terapung) dengan cara pengendapan ataupun pengapungan. Pengolahan kedua merupakan proses biologis dengan tujuan untuk mengurangi bahan-bahan organik melalui mikroorganisme yang ada di dalamnya. Pengolahan ketiga merupakan pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat yang terbanyak dalam air dan bertujuan untuk memisahkan padatan tersuspensi, persenyawaan organik dan anorganik (senyawa-senyawa fosfat, nitrat dan bahan-bahan lainnya). Pengolahan dilakukan dengan menggunakan saringan (membran) dan proses penyerapan (adsorption) serta proses osmosis balik, sehingga air yang dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan. Penyaringan membran adalah suatu proses pemisahan bahan-bahan tersuspensi dalam air melalui bahan atau media berpori tertentu, sehingga dapat menghasilkan air yang berkualitas lebih baik. Membran yang digunakan pada proses filtrasi umumnya dibuat dari polimer alami dan modifikasinya, polimer sintetis, dan bahan inorganik. Pemilihan bahan baku pembentuk membran penting dilakukan karena jenis bahan baku dapat berpengaruh terhadap karakteristik membran yang dihasilkan. 2. Pengolahan Air Bersih dan Proses Desinfeksi Pengolahan air bersih pada dasarnya dilakukan untuk menghilangkan materi yang terbawa di dalam badan air. Sehingga perlu diketahui materi yang perlu dihilangkan, hal ini menyangkut beberapa parameter fisik,kimia mikroba dalam air. Air bersih yang dikonsumsi dan dapat digunakan untuk keperluan seharihari harus memenuhi keseluruhan persyaratan yang telah ditetapkan oleh Permenkes. Air yang tidak memenuhi salah satu persyaratan tersebut sebelum
digunakan sebagai air minum masih perlu dilakukan pengolahan selanjutnya. Salah satu syarat sebelum digunakan sebagai air minum adalah persyaratan mikrobiologi dan yang perlu diperhatikan keberadaan bakteri coliform dalam air yang diperbolehkan kadar maksimum 0 per 100 ml untuk air minum dan 10 per 100 ml untuk air bersih. Organisasi kesehatan dunia (WHO) telah menetapkan kebutuhan air per orang per hari untuk kebutuhan hidup sehat adalah 60 liter. Secara umum pengolahan air bersih dibedakan menjadi dua, yaitu pengolahan lengkap dan pengolahan tak lengkap. Pengolahan lengkap biasanya digunakan untuk mengolah air permukaan dan pengolahan tak lengkap biasanya digunakan untuk mengolah air tanah. Proses pengolahan air minum yang dilakukan untuk air permukaan adalah proses pengolahan lengkap. Proses pengolahan air melalui tahapan proses koagulasi, flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi. Koagulasi merupakan proses pencampuran koagulan dalam air melalui pengadukan cepat. Untuk menentukan dosis koagulan digunakan analisa Jartest. Yang mempengaruhi dosis koagulan adalah pH, kekeruhan, lama pengadukan dan suhu air. Flokulasi merupakan proses pembentukan flok melalui pengadukan lambat setelah proses koagulasi. Flokulasi berfungsi untuk mengendapkan flok-flok dari pengadukan lambat yang ukuran, bentuk dan beratnya berubah selama pengendapan. Effisiensi pengendapan menentukan pembebanan ke filter, periode pencucian filter dan kualitas effluen filter. Sedangkan pemisahan flok tergantung pada kedalam bak dan kecepatan aliran permukaan. Unit saringan (filter) merupakan proses pemisahan akhir padatan tersuspensi yang ada di dalam air pada instalasi pengolahan air minum. Desinfeksi merupakan metode untuk membunuh bakteri yang tidak dikehendaki yang ada di dalam air minum, seperti bakteri patogen sebagai
3
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
penyebab berbagai penyakit. Berbeda dengan sterilisasi yang berarti membunuh semua mikroorganisme hidup. Desinfeksi sendiri dapat diartikan sebagai inaktivasi mikroorganisme patogen yang terdapat dalam air. Semula proses ini bertujuan untuk membunuh mikroorganisme penyebab penyakit (patogen), baik dari instalasi pengolahan atau yang masuk melalui jaringan distribusi.Mikroorganisme tersebut dapat berupa virus, bakteri dan mikroorganisme lain. Dalam perkembangan selanjutnya tujuan proses desinfeksi berkembang untuk oksidasi materi organik dan anorganik (Fe, Mn), destruksi bau dan rasa, serta kontrol terhadap pertumbuhan mikroorganisme. Dari tujuan desinfeksi tersebut, maka terdapat beberapa macam desinfeksi yang dapat diterapkan untuk pengamanan dalam air minum antara lain secara fisik yaitu dengan pemanasan (pendidihan), irradiasi dengan ultraviolet, ion logam dengan menggunakan Cu2+ dan Ag2+, alkali dan asam, dan dengan bahan kimia pengoksidasi yaitu bromine, klorine, iodine dan ozon. Hal yang perlu diperhatikan dalam konteks desinfeksi adalah bagaimana mencegah terjadinya pemindahan bibit penyakit ke tubuh manusia melalui air minum dengan memutus rantai antara keduanya dengan desinfeksi. Kemampuan desinfeksi dipengaruhi beberapa faktor yaitu konsentrasi desinfektan, waktu kontak, jenis dan jumlah mikroorganisme dan temperatur. Semakin besar konsentrasi desinfektan semakin besar pula laju desinfeksinya, sedangkan jenis desinfektan akan menentukan nilai koefisien pemusnahan spesifik.Waktu kontak adalah waktu yang diperlukan desinfektan untuk membunuh mikroorganisme. Jenis dan konsentrasi mempengaruhi kemampuan desinfeksi. Setiap jenis mikroorganisme misalnya bakteri, virus, parasit, mempunyai kepekaan yang berbeda terhadap
desinfektan. Jumlah mikroorganisme yang besar, terutama yang patogen akan memerlukan dosis desinfektan yang besar pula. Temperatur mempengaruhi aksi desinfeksi karena meningkatnya temperatur akan mempercepat kematian mikroorganisme. 3. Teknologi Membran Membran adalah selaput semi permeabel yang melewatkan spesi tertentu dan menahan spesi yang lain berdasarkan ukuran spesi yang akan dipisahkan. Spesi yang berukuran besar akan tertahan dan yang ukurannya lebih kecil akan dilewatkan [4]. Membran dapat diklasifikasikan berdasarkan keberadaan (eksistensi), morfologi, fungsi, dan bentuk [5]. Berdasarkan keberadaannya membran dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu membran alamiah yang terdapat di dalam jaringan tubuh organisme, berfungsi melindungi isi sel dari pengaruh lingkungan dan membantu proses metabolisme, membran sintetik yang dibuat secara sengaja untuk kebutuhan dan disesuaikan dengan sifat membran alamiah. Membran sintetik dapat dibuat dari polimer seperti polikarbonat, polipropilen, polietilen, poliamida, nilon, selulosa asetat dan polisulpon.Bahan-bahan lain yang dapat digunakan antara lain keramik, gelas, logam, dan lain-lain. Membran juga dapat dibagi berdasarkan morfologinya menjadi dua golongan yaitu membran asimetrik yang mempunyai struktur pori yang tidak seragam, dan membran simetrik yang mempunyai struktur pori yang seragam. Pada proses membran berbasis gaya dorong tekanan, proses dapat dikelompokkan berdasarkan ukuran pori, dimana ukuran pori masing-masing mengikuti urutan mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan reverse osmosis [6]. Membran mikrofiltrasi (MF) adalah membran yang memisahkan
4
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
partikel berukuran mikron atau submikron (makromolekul lebih dari 500.000 g/mol atau partikel dengan ukuran 0,1-10 μm). Lazimnya berbentuk cartridge, gunanya untuk menghilangkan partikel dari air bersih yang berukuran 0,04 sampai 100 mikron, asalkan kandungan TSS (total suspended solid) tidak melebihi 100 ppm [4]. Membran ultrafiltrasi (UF), ialah proses pemisahan menggunakan membran untuk menghilangkan berbagai zat terlarut yang memiliki BM (berat molekul) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari cairan. Membran semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul (makromolekul lebih dari 5.000 g/mol atau partikel dengan ukuran 0,001-0,1 μm) dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting retensinya [4]. Membran berdasarkan bentuknya dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu membran datar yang mempunyai penampang lintang dan bentuknya melebar dan membran tubular yang berbentuk pipa memanjang. Membran datar dapat terbagi menjadi tiga macam, yaitu membran datar yang terdiri dari satu lembar saja, membran datar bersusun, dan membran spiral bergulung. Membran tubular dibagi menjadi tiga macam, yaitu membran berongga dengan diameter kurang dari 0,5 mm, membran kapiler dengan diameter 0,5-5,0 mm, dan membran tubular dengan diameter lebih dari 5 mm [4]. Membran juga dibedakan berdasarkan ukuran porinya, yaitu makropori, yaitu membran dengan ukuran pori yang lebih besar dari 50 nm, mesopori, yaitu ukuran pori berkisar 2-50 nm, dan mikropori, yaitu ukuran pori yang lebih kecil dari 2 nm [4]. Membran berdasarkan gaya penggeraknya dapat dibedakan atas 4 kelompok, yaitu gaya penggerak berupa perbedaan tekanan (ΔP), perbedaan konsentrasi (ΔC), perbedaan temperatur (ΔT), dan perbedaan potensial kimia.
Kinerja (performance) membran dalam pemisahan terutama dipengaruhi oleh karakteristik membran yang digunakan, selain itu juga dipengaruhi oleh disain proses, dan aspek teknik kimianya. Penilaian terhadap karakteristik membran meliputi struktur dan ukuran pori serta sifat fisik mekanik dan kimia membran [7]. Sifat-sifat kimia membran yang penting antara lain sifat hidrofilik atau hidrofobik, ada atau tidaknya muatan ion, ketahanan terhadap suhu tinggi dan zatzat kimia tertentu, serta daya tarik terhadap partikel dalam umpan. Kandungan mineral yang terdapat dalam membran dan zat yang dapat larut dalam larutan yang dipisahkan perlu diperhatikan, sifat-sifat kimia membran terutama dipengaruhi oleh bahan yang digunakan untuk pembuatan membran [7]. Beberapa sifat mekanik membran yang penting meliputi kekuatan tarik (tensile strength) dan elongasi. Selain itu dapat juga dilakukan pengujian terhadap kekuatan lentur, kekuatan patah, dan modulus elastisitas terutama untuk keperluan operasi secara fabrikasi. Sifatsifat mekanik membran dapat diperbaiki dengan beberapa cara antara lain pemanasan (annealing) dan dengan cara meningkatkan derajat kristalinitas bahan yang digunakan [7]. Karakteristik membran dipengaruhi oleh jenis bahan pembuat dan proses pembuatan memban tersebut. Membran yang dibuat dari selulosa dan turunannya pada umumnya mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dari membran polimer sintetis. Sebaliknya membran polimer sintetis umumnya lebih tahan terhadap pH umpan dibandingkan membran selulosa. Masingmasing membran mempunyai kelebihan dan kekurangan [7]. Parameter utama yang digunakan dalam penilaian kinerja membran filtrasi adalah harga fluks dan rejeksi [6]. Secara umum nilai fluks dinyatakan sebagai permeabilitas hidraulik (hydraulic transmembrane flux) yang dihitung
5
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
sebagai aliran cairan yang melalui unit luas permukaan membran pada tekanan tertentu. Proses pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai beberapa kelebihan dan kelemahan. Secara umum proses pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan proses pemisahan yang lain, diantaranya adalah konsumsi energi relatif kecil, karena tidak terjadi perubahan fase dalam proses pemisahannya, biaya operasi relatif rendah karena tidak menggunakan bahan kimia, tidak menimbulkan pencemaran lingkungan karena dalam prosesnya tidak memerlukan aditif, proses dapat berlangsung secara kontinu, dan tidak memerlukan ruang instalasi yang besar [6]. Kelemahan proses pemisahan dengan menggunakan membran hanyalah mudah timbulnya polarisasi konsentrasi di permukaan membran yang dapat menurunkan fluks zat yang dipisahkan. Umpan adalah larutan yang berisi satu atau lebih campuran molekul atau partikel yang akan dipisahkan, permeat adalah bagian-bagian yang dilewatkan oleh membran dan rentetat adalah bagian yang ditahan oleh membran [4]. Proses perpindahan suatu molekul atau partikel di dalam membran disebabkan kerena adanya gaya yang bekerja pada molekul atau partikel di dalam membran [5]. Gaya dorong (driving force) didefinisikan sebagai besarnya beda potensial pada membran (ΔX) dibagi dengan ketebalan membran (l). Driving force = ΔX/ l, [N/mol].Gaya-gaya pendorong ini dapat berasal dari gradien tekanan, gradien konsentrasi, gradien potensial listrik atau gradien temperatur antara dua sub sistem yang dipisahkan. Kinerja dan efisiensi membran ditentukan oleh dua parameter yaitu permeat atau fluks dan selektivitas atau rejeksi [4]. Fluks adalah jumlah permeat yang diperoleh pada operasi membran per satuan luas permukaan membran dan per satuan waktu. Kisaran fluks dan tekanan
yang dibutuhkan oleh beberapa jenis membran filtrasi dapat dilihat pada Tabel 2. Parameter membran yang penting lainnya adalah selektivitas atau rejeksi. Selektivitas merupakan kemampuan untuk memilih zat yang harus tersaring. Selektivitas membran terhadap campuran ditentukan dengan parameter tahanan[4]. Rejeksi adalah kemampuan membran untuk menahan suatu komponen agar tidak melewati membran [5]. Tabel 2. Jenis Membran Berdasarkan Selang fluks dan Tekanan Selang fluks Selang Selang fluks dan tekanan tekanan (l.m-2.h-1) (bar) Mikrofiltrasi 0,1-2,0 >50 Ultrafiltrasi 1,0-5,0 10-50 Nanofiltrasi 5,0-20 1,4-12 Reverse 10-100 0,02-1,4 osmosis Sumber : [4] Jenis material pembuat membran terdiri dari membran polimer, membran inorganik, mixed-matrix membrane, membran cair dan membran biologis [8]. Membran dapat diproduksi dari bahan organik maupun anorganik. Membran anorganik terdiri dari 4 macam tipe yaitu membran keramik, membran gelas, membran metal (termasuk karbon), dan membran ziolit. Sedangkan membran yang dihasilkan dari bahan organik diantaranya adalah selulosa asetat (CA), selulosa triasetat (CTA), regenerated selulosa (RA), poliakrilonitril (PAL), polivinilidinedifluoride (PVDF), PTFE, poliamida (PA), polisulfon (PS), polietersulfon (PES), sulfonated polietersulfon (PSS) dan poliolefin (PO) [5]. 4. Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air Proses membran yang dikenal luas dalam proses pengolahan air adalah proses membran berbasis gaya dorong tekanan seperti mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), nanofiltrasi (NF), dan
6
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
reverse osmosis (RO) [5]. Khususnya untuk produksi air minum, salah satu isu penting yang berkembang saat ini adalah semakin ketatnya standar kualitas yang harus dipenuhi. Salah satu metode konvensional yang biasa ditempuh untuk memenuhi persyaratan kualitas air adalah penambahan dosis klorin sebagai desinfektan, akan tetapi peningkatan dosis desinfektan juga akan mengakibatkan semakin tingginya kemungkinan terbentuknya produk samping dari desinfektan. Pembentukan produk samping desinfektan seperti trihalometan (THM) juga menjadi isu penting karena berkaitan dengan masalah kesehatan [9]. Produk samping desinfektan terbentuk ketika material organik alami dalam air bereaksi dengan klorin atau senyawa kimia oksidator lain yang digunakan untuk desinfeksi [9]. Tidak semua senyawa organik alami merupakan prekursor produk samping ini akan tetapi pengendaliannya dapat dilakukan dengan penghilangan senyawa organik alami atau penghilangan prekursor produk samping. Penyisihan senyawa organik alami tidak hanya mengurangi pembentukan produk samping desinfektan tapi juga mengurangi kebutuhan klorin pada sistem distribusi. Proses membran merupakan pilihan yang tepat untuk produksi air minum dengan kemampuannya untuk merejeksi kontaminan organik dan anorganik yang berasal dari air [9]. Material membran yang digunakan menjadi pertimbangan yang sangat penting pada saat melakukan pemilihan membran. PVDF merupakan material membran yang resisten terhadap oksidan yang seringkali digunakan sebagai desinfektan kimia, di negara maju seperti Amerika Serikat, proses membran nanofiltrasi (NF) merupakan proses membran yang telah mendapat pengakuan dari EPA (‘Environmental Protection Agency’) sebagai ‘Best Available Technology’ untuk proses pengolahan air [9]. Pada tahun 1996, kapasitas seluruh plant NF yang ada di Florida, Amerika
Serikat mencapai 60 juta galon/hari. NF menjadi aplikasi proses membran terbesar kedua di Amerika Serikat [10]. Tabel 3 diambil dari tulisan Wenten pada tahun 2005 yang berjudul “Teknologi Membran dalam Pengolahan Air dan Limbah” menunjukkan plantplant aplikasi teknologi membran dalam pengolahan air dengan kapasitas berkisar dari 40-250.000 m3/hari dengan berbagai jenis umpan seperti air sumur dalam, air tanah, air payau, dan air laut. Pertumbuhan proses membran untuk proses purifikasi air sebenarnya telah dimulai sejak tahun 1960-an dengan diaplikasikannya Reverse Osmosis (RO) untuk desalinasi air laut [11]. RO dikenal sebagai proses membran bertekanan tinggi, baru pada sekitar tahun 1985, proses membran mikrofiltrasi (MF) atau ultrafiltrasi (UF) yang merupakan membran bertekanan rendah mulai digunakan untuk purifikasi air [9]. Wenten menuturkan dari tahun ke tahun, penerapan proses membran untuk purifikasi air meningkat secara eksponensial dari segi kapasitas kumulatif. Tabel 3. Beberapa Aplikasi Membran Dalam Proses Pengolahan Air Lokasi
Umpan
Proses
Kapasitas (m3/hari)
Vero Beach, Florida Fort Meyer, Florida Haute Saone, Prancis Douchy, Loire, Prancis Gracay, Cher, Prancis Sauve, Gard, Prancis Stonehaugh, Inggris Bernay, Prancis Fontgombault Prancis
Air sumur dalam
RO
24.000
Air tawar
NF
80.000
Air tanah
UF
280
Air tanah
UF
1520
Air tanah
UF
760
Air tanah
UF
2000
Air tanah
UF
40
Air tanah
UF
3480
Air tanah
UF
5280
7
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
Lokasi
Umpan
Proses
Corfu, Yunani Suffolk, Virginia Macao, Asia Tenggara La Nive, Prancis Avoriaz, Prancis
Air tanah
EDR
Kapasitas (m3/hari) 14.800
Air tanah
EDR
15.100
UF
2760
UF
5280
New York, Amerika Serikat California, Amerika Serikat Prancis UK
Prancis
Yuma, AS RiyadhSalbukh, Arab Saudi Jeddah, Arab Saudi Ras AbuJarjur, Bahrain Al Dur, Bahrain Son Tugores, Spanyol Manfouha I, Arab Manfouha II, Arab Malez, Arab Jubail, Arab Berri, Arab Riyadh, Arab Mekah, Arab Daesan, Korea Bayswater, Australia Malta Cina
Air permukaan Air permukaan Air permukaan
UF
3600
Air permukaan
UF
320
Air permukaan
UF
520
UF
29.600
UF
10.560
Lokasi Florida, Amerika Serikat Jeddah, Arab Saudi Al-Birk, Arab Umm Lujj, Arab Doha, Kuwait Yanbu, Arab Key West, Florida Jean Prince Hospital, Tahiti
Umpan
Proses
Kapasitas (m3/hari)
Air laut
RO
13.600
Air laut
RO
57.000
Air laut
RO
2300
Air laut
RO
4400
Air laut Air laut
RO RO
3000 5000
Air laut
RO
11.400
Tap water
UF
120
Sumber: [9]
Air permukaan Clasified surface water Clasified surface water Air payau
UF
58.120
RO
250.000
Air payau
RO
50.000
Air payau
RO
18.000
Air payau
RO
45.420
Air payau
RO
56.000
Air payau
RO
30.000
Air payau
RO
27.300
Air payau
RO
36.400
Air payau Air payau Air payau Air payau Air payau
RO RO RO RO RO
18.200 15.000 6800 4500 15.000
Air payau
RO
95.000
Air payau
RO
36.000
Air laut Air laut
RO EDR
20.000 200
Penghilangan partikel berupa parikel biologi dan koloid non-biologis dengan menggunakan membran tergantung pada banyak faktor termasuk ukuran pori dari membran. Untuk disinfeksi air menggunakan membran diketahui bahwa parameter yang paling penting adalah pori-pori dan ukuran mikroorganisme, diameter pori dari membran harus lebih kecil dari ukuran mikro organisme [12]. Ukuran pori nominal mungkin 2-3 kali lebih besar dari ukuran partikel [13]. Ada dua mekanisme umum dikaitkan dengan penghilangan partikulat yaitu pertamana retensi saringan dan adsorpsi penyerapan ion [14]. Di dalam membran, retensi media berpori bertindak sebagai penghalang untuk penetrasi partikel. Partikel tertahan pada permukaan membran dan membentuk cake dengan ketebalan tertentu selama fltrasi berlangsung. Mekanisme kedua yaitu penangkapan partikel ke dalam matriks membran. Sebagian besar mikroorganisme memiliki sifat koloid, prinsip yang sama dapat diterapkan untuk kedua koloid biologis dan non-biologis [15]. Membran sangat efektif dalam menghilangkan koloid biologis baik yang lebih besar atau lebih kecil dari pori-pori membran. Untuk koloid non-biologis,
8
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
penolakan partikel lebih kecil dari ukuran pori membrane [16]. Untuk penghilangan partikel non-biologis yang lebih kecil dari ukuran pori membran dapat dilakukan dengan memodifikasi permukaan membran untuk memberikan muatan berlawanan untuk partikel [17]. Kondisi yang menguntungkan dapat dibuat dengan mengubah pH. Membran secara teoritis mampu menghapus virus serta bakteri. Jika ukuran pori membran lebih kecil dari virus mereka dapat dihapus oleh eksklusi ukuran [18]. Membran yang bermuatan positif di pH netral, dapat digunakan untuk menghapus virus dari air yang bermuatan negatif meskipun ukuran pori relatif besar karena atraksi elektrostatik [19]. Alzahrani melakukan penelitian dengan membandingkan penyaringan air menggunakan dua membran yaitu nanofiltrasi yang sangat hidrofilik (NF) dan reverse osmosis (RO) untuk menilai efisiensi penyisihan dalam proses pra dan pasca filtrasi, dan untuk membandingkan kualitas air yang diperoleh terhadap standar untuk digunakan kembali sebagai air minum, hasil penelitian menunjukkan bahwa membran NF berhasil mencapai 96% dari standar air minum secara keseluruhan, meskipun inefisiensi nya dalam menghilangkan boron, molibdenum dan ammonia [20]. Studi ini juga menemukan bahwa membran NF bisa digunakan sebagai pra-perlakuan untuk membran RO untuk menghasilkan air berkualitas tinggi dan mengurangi konsentrasi kontaminan sehingga meminimalkan potensi fouling. Sebaliknya, air yang dihasilkan oleh membran RO berhasil memenuhi standar kualitas peraturan untuk air minum, dengan pengecualian untuk parameter amonia dan molibdenum. Studi Alzahrani menyimpulkan bahwa air yang dihasilkan memiliki potensial untuk digunakan kembali sebagai air minum tidak langsung dan kedua membran hidrofilik yang
dipelajari (NF dan RO) cocok untuk menangani air. Berbagai jenis air permukaan (sintetis dan alami) diuji untuk desinfeksi dengan menggunakan membran ultrafiltrasi, air dengan kekerasan yang berbeda (5°F sampai 50°F) dipelajari dan hasilnya menunjukkan bahwa ultrafiltrasi dapat dianggap sebagai proses yang handal untuk mendisinfeksi air permukaan [21]. Salah satu masalah yang paling penting di negara berkembang adalah kurangnya air minum. Orang-orang biasa menggunakan air permukaan yang berisi sejumlah besar mikroorganisme yang dapat menyebabkan beberapa penyakit untuk dijadikan sumber air minum, Ultrafiltrasi (UF) adalah proses membran yang memisahkan partikel atas dasar ukuran dan dapat menghilangkan bakteri dan virus dari air. Oleh karena itu, UF dapat diterapkan untuk desinfektan air, menghindari beberapa penyakit atau epidemi di mana orang mengkonsumsi air ultrafiltrasi. Kesimpulan Membran mampu untuk menghapus berbagai zat biologis dan nonbiologis dari suspensi berair. Banyak penelitian menunjukkan bahwa berbagai proses membran termasuk mikrofltrasi, ultrafltrasi, nanofltrasi dan reverse osmosis dapat menghilangkan virus, bakteri dan mikroorganisme lainnya dari air dan air limbah. Daftar Pustaka [1] Pramitasari, D. (2007). Pengaruh Desinfektan Terhadap Coliform Dalam Air Tanah, Skripsi, Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP, UPN. Jatim, Surabaya. [2] Hadi, W. (2000). Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, Jurusan Teknik Lingkungan FTSP, ITS, Surabaya.
9
Jaka Rukamana, Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air, 2015; 1-10
[3] Slamet, J.S. (1996). Kesehatan Lingkungan. Gajahmada University Press. Yogyakarta. [4] Mulder, M., (1996). Basic Principles of Membrane Technology. Kluwer Academic Publishers, Nederland. [5] Wenten, I.G. (1999). Teknologi Membran Industrial. Teknik Kimia. ITB. Bandung. [6] Wenten, I.G. dkk (2012). Teori perpindahan dalam membran. Teknik Kimia. ITB. Bandung. [7] Brocks, T. D. (1983). Membran Filtration: A User’s Guide and Reverence Manual. Science Tech. Ins. Madison. [8] Wenten, I.G. dkk (2011). Proses pembuatan membran. Teknik Kimia. ITB. Bandung. [9] Wenten, I.G. (2005). Teknologi membran dalam pengolahan air dan limbah, (October). Retrieved from http://www.researchgate.net/publication/2 81236230_TEKNOLOGI_MEMBRAN_ DALAM_PENGOLAHAN_AIR_DAN_L IMBAH, Akses 02 November 2015 [10] Saxena, S. and Bhardwaj, V. (2001) Tech Trends: Incerasing use of the membrane process. http://www.nrwa.org/2001/publications/ar ticles/TechTrends2nd.htm. [11] Fane, A.G., (2005). Membranes in the water cycle – achievements and challenges, in Regional Symposium of Membrane Science and Technology. , ITB: Bandung. [12] Madaem S. S., Fane A. G. and Grohmann G. S. (1995). Virus removal from water and wastewater using membranes. Journal of Membrane Science 102, 65-75. [13] Krivobok S. M., Volgin V. D., Sinyak Yu. E., Kanarskii A. V. and Smirnov D. V. (1986). Disinfecting water by means of microroltration membranes. Soviet Journal of Water Chemistry and Technology (English Translation of Khimiya) 8(4), 112-115. [14] Tanny G. B., Strong D. K., Presswood W. G. and Meltzer T. H.
(1979) Adsorptive retention of pseudomonas diminuta by membrane fillters. Journal of Parenteral Drug Association 33(1), 40-51. [15] Daniels S. L. (1980). Mechanisms involved in sorption of microorganisms to solid surfaces. In Adsorption of Microorganisms to Surfaces, ed. G. Bitton and K. C. Marshall. John Wiley, New York, pp. 7-58. [16] Ho W. S. W. and Sirkar K. K. (1992). Membrane Handbook. Van Nostrand Reinhold, New York. [17] Carazzone M., Arecco D., Fava M. and Sancin P. (1985). A new type of positively charged fillter. Journal of Parenteral Science and Technology 39(2), 69-74. [18] Deinzer M., Schaumburg F. and Klein E. (1978). Environmental health sciences centre task force review on halogenated organics in drinking water. Environmental Health Perspectives 24, 209-239. [19] Beeby J. P. (1989). Model studies of fouling in cross¯ow microroltration. Ph.D. Thesis, University of Sydney, Sydney. [20] Alzahrani, S., Mohammad, A. W., Hilal, N., Abdullah, P., & Jaafar, O. (2013). Comparative study of NF and RO membranes in the treatment of produced water—Part I: Assessing water quality. Desalination, 315, 18–26. http://doi.org/10.1016/j.desal.2012.12.004 [21] Di Zio, A., Prisciandaro, M., & Barba, D. (2005). Disinfection of surface waters with UF membranes. Desalination, 179(1-3), 297–305. http://doi.org/10.1016/j.desal.2004.11.075
10
