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

Prosiding Seminar Nasional Kimia, ISBN : 978-602-0951-00-3 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 20 September 2014

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) ) Pengajar pada Teknik Lingkungan Universitas Adi Buana Surabaya 2 ) Pengajar pada Teknik Lingkungan Universitas Adi Buana Surabaya Ngagel Dadi III B/37 Surabaya Email ; [email protected] 1

Abstrak. Tingginya salinitas (kandungan klorida, Cl-) serta komponen lain seperti garam SO42-, 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 228.57 mg/L CaCO3, Khlorida 796 mg/L Cl, Natrium 526.7 mg/L Na, Nitrat 2.46 mg/L NO3-N, Seng 0.09 mg/L Zn, Sulfat 73.18 mg/L SO4, Deterjen 0.09 mg/L LAS, dan Total Koliform sebesar 10890 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 SO42-, 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 228.57 mg/L CaCO3, Chloride 796 mg/L Cl, Sodium 526.7 mg/L Na, Nitrate 2.46 mg/L NO3-N, Zinc 0.09 mg/L

B - 169


Zn, Sulfate 73.18 mg/L SO4, Detergents 0.09 mg/L LAS, dan Total Coliform is equal to 10890 MPN/100 mL. Keywords: brackish water, coagulant aid, ion exchanger, 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 1000 - 4000 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) ; P00200900723, ”Alat Desalinasi Air Payau Secara Ion Exchange Menggunakan Resin Sintetis”, 2009.

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 10.000 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 19.310 mg/L, dan kesadahan 7560 mg/L (sebagai CaCO3), 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-, SO4-2, dan CO3-2. (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).

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 berbau ; pH pada suhu nt Aid 20oC sebesar 11-11,5 ; berat jenis 1,35 gr/cm3. ; kadar Al2O3 yaitu 4,66 % ; pH larutan 2% 3,553, bagian yang tidak larut dalam air 0,060 % c Mangan ; Absorben zat besi dan Greensa mangan, dimana nd Reaksi dari Fe2+ dan Mn2+ dalam air dengan oksida mangan tinggi

B - 170


d

sedimen poliprop ylena (SPP)

e

ion exchang er (resin penukar ion)

f

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 o 82 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

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 20oC sebesar 11-11,5 selain itu cairan ini mempunyai berat jenis 1,35 gr/cm3. Sedangkan menurut lembar hasil analisa Sucolite SP 211 : 1) kadar Al2O 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.

a. Filter Digunakannya media filter atau saringan, berfungsi untuk memisahkan campuran solida likuida dengan media porous atau material porous lainnya guna memisahkan

B - 171


kation-anion yang mengalami pertukaran digambarkan sebagai reaksi berikut : nR- A+ + Bn+  Rn- Bn+ + n A+ dimana R- adalah gugus anionik yang melekat pada resin pertukaran ion, A + adalah kation dalam resin dan Bn+ 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

BAHAN DAN METODE

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 OHditukar dengan Cl- dari air sehingga kandungan Na+ dan Cl- dalam air menjadi berkurang atau hilang. Keterlibatan gugus

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


Gambar 2. Model Treatment Pengolahan Air Payau 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.

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

Tabel 1. Spesifikasi Bahan Treatment

B - 173

Treatment

;

Fungsi

Filter

; pemisaha ; Filter busa n antara diberi alas kain padatan fittin (filteratau cloth) koloid

;

Keterangan


Sucolite SP ; 211

sedimen polipropyle na (SPP)

;

manganese greensand

;

dengan cairan Sediment ; asi , koagulasi

filtrasi

;

Pengikat ; Mangan (Mn2+) dan besi Fe2+, besi dan mangan yang ada dalam air teroksidas i menjadi

cairan tidak berwarna dan tidak berbau ; pH pada suhu 20oC sebesar 11-11,5 ; berat jenis 1,35 gr/cm3. ; kadar Al2O3 yaitu 4,66 % ; pH larutan 2% (pH soluble 2% di air) 3,553 ; bagian yang tidak larut dalam air 0,060 % Polypropylene Pleated Media, Removal Ratings ; 0.2, 0.45, 1, 5, 10, 20, 50 µm. Maximum operating Temp: 82 oC, Recommended Change out differential pressure: 35 psig Reaksi dari Fe2+ dan Mn2+ 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

dan mangandioksida yang tak larut dalam air dan dapat dipisahkan dengan pengendapan dan penyaringan Ketebalan 60 cm

Ketebalan cm

60

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 DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Analisis Uji Laboratorium Hasil Treatment Pengolahan Air Payau disajikan pada Tabel 2.

B - 174


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

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,

Tabel 2. Analisis Uji Laboratorium Hasil Treatment Pengolahan Air Payau No

Parameter

Satuan

HasilAnalisis

Removal

A Air Baku

B Treatment

C Membran RO

mg/L

1566

1246

144

1422

Skala NTU Unit PtCo mhos/cm

2.15

0.24

0.16

1.99

15

0

0

15

2610

2080

180

2430

mg/L Fe

0.21

0.14

0.08

0.13

A. FISIKA 1 2

Total Disolved Solid (TDS) Kekeruhan

3

Warna

4

1

DayaHantarListrik (DHL) B. KIMIA a. Kimia Anorganik Besi

2

Fluorida

mg/L F

0.62

0.58

0.32

0.3

3

Kesadahan Total

285.71

285.71

57.14

228.57

4

Khlorida

mg/L CaCO3 mg/L Cl

884

880

88

796

5

Natrium

mg/L Na

572.4

568.21

45.7

526.7

6

Nitrat

2.64

0.31

0.18

2.46

7

pH

mg/L NO3-N -

7.3

7.1

7.75

-0.45

8

Seng

mg/L Zn

0.12

0.08

0.03

0.09

9

Sulfat

mg/L SO4

76.82

2.94

3.64

73.18

mg/L KMnO4 mg/L LAS

4.51

0

5.12

-0.61

0.12

0.06

0.03

0.09

b. Kimia Organik 1

ZatOrganik

2

Detergent

B - 175


C. BAKTERIOLOGI 1

Total Koliform

MPN/10 0 mL

11000

210

110

10890

4. 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 1011. 6. Marina Hayati Adha, 2009. Kinerja Membran Reverse Osmosis Terhadap Rejeksi Kandungan Garam Air Payau Sintetis: Pengaruh Variasi Tekanan Umpan ; Environmental Engineering RTL Copyright @2006, by ITS Library 7. Montgomery, J.M., (2005). Water Treatment Principles and Design. Johan Weley Inc. USA 8. Nurhayati, Indah. 2006. Desalinasi Air Payau Dengan Membran Reverse Osmosi (RO) Tekanan Rendah ; Environmental Engineering RTL Copyright @2005, by ITS Library 9. Paten P-981038 10. Paten P-962159 11. 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 : 1412-1867 Volume.8 / No. 01 / Edisi Januari 2009 13. Purwoto, Setyo. 2009. Alat Desalinasi Air Payau Secara Ion Exchange Menggunakan Resin Sintetis, Paten ; P00200900723. Tanggal : 23 Des 2009

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 228.57 mg/L CaCO3, Khlorida 796 mg/L Cl, Natrium 526.7 mg/L Na, Nitrat 2.46 mg/L NO3-N, Seng 0.09 mg/L Zn, Sulfat 73.18 mg/L SO4, Deterjen 0.09 mg/L LAS, dan Total Koliform sebesar 10890 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 217-237, online 3 August 2001. 2. DOWEX, 2006. Recommended Product Resin ion-exchange 3. Filmtec Membran (2005) RO Systems Shutdown and Lay-up Considerations, DOW USA (dikutip dari www.filmtec.com)

B - 176


14. Purwoto, Setyo. 2011. ”Reaktor Pengolah Air Bersih Iptek Bagi Masyarakat Untuk Daerah Rawan Banjir” ; Jurnal Teknik “WAKTU” ISSN : 1412-1867, Vol 09 No 01 Ed. Jan 2011. 15. Qasim, Syed, R. 2000. 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,. 2011. Kemampuan koagulasi oleh Coagulant Aid Sucolite SP 211 18. US-Patent ; US-3716481. 19. US-Patent ; US-4685909 20. US-Patent ; US-5066375 21. 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

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

Recommend Documents