STUDI AWAL REVERSE OSMOSIS TEKANAN RENDAH UNTUK AIR PAYAU DENGAN KADAR SALINI TAS DAN SUSPENDED SOLID RENDAH Azfah, R.A. *, Dewi L.K.*, dan S oedjono E.S .* *Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember e-mail:
[email protected] Abstrak Penduduk di kawasan pesisir, mayoritas menggunakan sumur gali untuk keperluan sehari-hari, karena kualitas air dianggap cukup baik oleh warga t erutama saat musim hujan. Sumur yang digunakan warga di kawasan pesisir cenderung memiliki karakteristik kadar salinitas dan kadar suspended solid rendah (kekeruhan rendah). Salah s atu teknologi yang digunakan untuk pemurnian air payau adalah des alinasi dengan menggunakan membran reverse osmosis. Pada penelitian ini membran yang digunakan adalah m embran m erk FilmTec TW30-1812-50. Air baku yang digunakan beras al dari sumur warga di daerah Pesisir Kenjeran Surabaya. Pada penelitian ini dilteliti pengaruh kualitas air baku terhadap kemampuan membran dal am merejeksi TDS dan Cl- serta fluks yang dihasilkan. Selain itu, diteliti pula mengenai pengaruh tekanan operasi yang diberikan pada air umpan terhadap kemampuan rejeksi TDS dan Cl - pada air permeat, serta fluks permeat yang dihasilkan Dari hasil penelitian didapatkan bahwa kemampuan membran dalam merejeksi kadar garam (Cl-) adalah sekitar 85,6% hingga 97,52%, dan rejeksi t ertinggi diperoleh pada tekanan operasi 5,2 bar. Kemampuan membran dalam merejeksi TDS adalah s ekitar 87,06% hingga 96,15%, hal ini sangat bergantung pada tekanan osmotiknya. Hal ini juga berlaku untuk pengaruh tekanan operasi terhadap fluks, semakin tinggi tekanan yang diberikan, fluks yang dihasilkan semakin tinggi. Kata Kunci
1.
: membran reverse osmosis, rejeksi membran, fluks, tekanan operasi
PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara yang memiliki garis pantai sepanjang 95.181 km2, yang
merupakan keempat yang terpanjang di dunia setelah Amerika Serikat, Kanada, dan Rusia. Sekitar 63,47 % masyarakat miskin di Indonesia berada di kawasan pesisir dan pedesaan. M asyarakat Indonesia yang sebagian besar hidup di kawasan pesisir, juga memiliki masalah dengan air baku yang digunakan sebagai bahan baku untuk air minum dan kegiatan sehari-hari. M asyarakat pesisir, terutama masyarakat yang kurang mampu, dibandingkan harus membayar sambungan rumah untuk mendapatkan akses air bersih, mereka cenderung memanfaatkan air sumur gali yang kualitasnya dianggap baik oleh warga terutama pada saat musim hujan. Sumur gali yang digunakan oleh warga cenderung bersifat payau dan memiliki kadar padatan tersuspensi yang cukup rendah. Salah satu teknologi yang tepat guna untuk memurnikan air payau untuk memenuhi ketersediaan air minum bagi masyarakat wilayah pesisir adalah dengan menggunakan sistem desalinasi membran reverse osmosis tekanan rendah dan menghasilkan permeat (filtrat) yang rendah pula.
1
M enurut jenis tekanan operasinya sistem osmosa balik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu unit tekanan tinggi dan unit tekanan rendah. Sistem osmosis balik yang bekerja pada tekanan ratarata sebesar 17,6 kg/cm2 (250 Psi) dapat diklasifikasikan sebagai unit tekanan rendah (Said,1999). Namun, pada literatur lain, disebutkan pula bahwa untuk membran yang bertekanan rendah, tekanan operasi yang digunakan adalah sekitar 0,2 hingga 0,9 M Pa (Ozaki, 2002). Tekanan operasi yang digunakan untuk sistem pengolahan air payau pada umumnya adalah sekitar 14 hingga 42 bar, namun pada penelitian ini digunakan tekanan yang lebih rendah hanya 2,4 hingga 5,2 bar, karena menyesuaikan jenis membran RO yang digunakan. Supaya operasional RO lebih efektif dan efisien, digunakan air payau yang tentunya memiliki salinitas rendah dan kadar suspended solid rendah yang sesuai dengan karakteristik air yang digunakan oleh masyrakat pesisr di wilayah Kenjeran Surabaya. Studi awal mengenai membran reverse osmosis tekanan rendah dalam memurnikan air payau ini, akan dianalisis mengenai kemampuan rejeksi membran bertekanan rendah menggunakan air payau yang memiliki kadar salinitas dan suspended solid rendah terhadap kadar Cl dan TDS
pada air permeat yang dihasilkan. Selain itu juga menganalisis hubungan pengaruh antara tekanan yang diberikan pada air umpan terhadap rejeksi kadar Cl- dan TDS pada air permeat, serta menganalisis hubungan pengaruh antara tekanan yang diberikan pada air umpan terhadap fluks pada air permeat. Apabila dua buah larutan dengan konsentrasi encer dan konsentrasi pekat dipisahkan oleh membran semi-permeabel, maka larutan dengan konsentrasi yang encer akan terdifusi melalui membran semi-permeabel tersebut masuk ke dalam larutan yang pekat sampai kesetimbangan konsentrasi . fenomena ini dikenal dengan proses osmosis. Supaya larutan dapat mengalir dari konsentrasi tinggi ke sisi larutan dengan konsentrasi yang lebih rendah diperlukan suatu tekanan operasi yang diberikan pada air umpan yang melebihi tekanan osmotik larutan, sehingga proses reverse osmosis dapat terjadi. Prinsip kerja reverse osmosis ditunjukkan oleh Gambar 1. Besarnya tekanan osmosis tersebut tergantung dari temperatur air, dan konsentrasi garam yang dapat terlarut dalam air. Air laut atau air asin dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam suatu membran osmosa balik yang memiliki 2 buah pipa keluaran,yakni pipa keluaran untuk air tawar yang dihasilkan dan pipa keluaran untuk air garam yang telah dipekatkan (brine).
2
Gambar 1. Prinsip kerja Osmosa Balik (sumber: Said,1999)
Rejeksi kandungan garam oleh membran yang menggunakan sistem aliran crossflow dapat dilihat pada persamaan: 1
100%
Dimana ; Cpermeate
= konsentrasi garam air olahan (mg/L)
Cfeed
= Konsentrasi garam air umpan (mg/L)
Selama konsentrasi sisi diniding umpan membran tetap, maka jumlah massa fluks garam yang melewati membran tetap pula. Sementara dengan kenaikan tekanan akan menyebabkan kenaikan fluks air yang melewati membran , dimana tekanan operasi merupakan driving force fluks pelarut, dengan demikian tekanan akan menyebabkan kenaikan fluks pelarut (air)sedangkan fluks zat terlarut (garam) adalah tetap sehingga akan menyebabkan rejeksi meningkat (Nurhayati dan Soedjono, 2005).Fluks, merupakan laju volume fluida yang melewati penampang membran. Fluks ini diukur dengan mengukur waktu yang diperlukan untuk menampung permeat dalam volume tertentu. Secara matematis fluks dirumuskan sebagai:
.
Dengan Jw adalah fluks (L/m2/menit), Vp adalah volume permeat (mL), A adalah luas permukaan membran (m2), dan t adalah waktu (menit). Membran Reverse Osmosis M embran osmosa balik yang ideal harus memiliki ketahanan terhadap serangan senyawa kimia dan oleh mikroba, selain itu karakteristik pemisahan maupun mekanis tidak mudah berubah setelah pengoperasian dalam waktu yang lama.(Williams dalam Winston, 1992). M embran osmosa balik bertindak sebagai penghalang yang bersifat semi-permeabel yang dengan mudah melewatkan
3
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 daya penggeraknya. Jenis modul membran antara lain plate-end-frame, tubular, spiral-wound, dan hollow fiber. Saat ini banyak Instalasi Pemurnian Air dengan osmosa balik menggunakan spiral-wound membran , hal ini dikarenakan adanya pengembangan dalam berbagai material polimer, konduktivitas tinggi, memiliki kemampuan rejeksi yang tinggi serta memiliki ketahanan yang tinggi terhadap fouling. (Bick, 2000). Berikut merupakan gambaran potongan membran spiral wound yang digunakan.
Gambar 2 bagian-bagian Spiral-wound membrane (Sumber: http://www.tectrapro.com)
Ada beberapa faktor yang mempengaruhi kinerja membran, diantaranya yaitu: karakteristik membran, yang merupakan material membran; tekanan operasi, tekanan operasi sangat berpengaruh terhadap fluks yang dihasilkan serta kemampuan rejeksi membran; pH umpan; Periode Operasi membran; konsentrasi umpan; temperatur; serta kadar suspended solid dalam air umpan (Rahmadyanti, 2004). Selain beberapa faktor tersebut, ada faktor lain yang juga berpengaruh terhadap kinerja membran terhadap fluks yang dihasilkan dan kemampuan rejeksi membran, yaitu adanya mekanisme polarisasi konsentrasi dalam membran dan efek Donnan potensial. Istilah polarisasi konsentrasi digunakan untuk menggambarkan adanya akumulasi zat terlarut yang tertahan pada permukaan membran dimana konsentrasi zat terlarut tersebut jauh lebih tinggi dibandingkan dengan larutan umpan yang masuk. (Bhattacharyya dalam Ho, 1992). Dalam literatur lain menyebutkan bahwa polarisasi konsentrasi dapat disebut sebagai polarisasi gel (Hendricks, 2006). Fenomena polarisasi ini dapat menyebabkan penurunan fluks air (permeat) yang melewati membran yang disebabkan karena resistensi hidrolik yang meningkat maupun atau karena tekanan osmotik di daerah tempat lapisan gel terbentuk meningkat.
4
Air umpan mengandung berbagai macam ion, baik monovalen maupun ion divalen, dimana dalam mekanisme pelolosan garam oleh membran, ion monovalen lebih mudah lolos daripada ion lain seperti ion divalen. Secara spesifik, kombinasi pengaruh antara muatan membran dan kekuatan ion dalam air umpan memegang peranan penting dalam merejeksi garam. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3 berikut, ketika air umpan yang mengandung ion bermuatan positif (kation) maupun ion bermuatan negatif (anion) menyentuh membran monopolar yang bermuatan negatif, konsentrasi kation pada membran lebih besar dibandingkan dengan jumlahnya pada larutan, pada saat yang sama, konsentrasi anion pada membran lebih sedikit dibandingkan dengan pada larutan. Pertukaran ion semacam ini menciptakan potensial elektrik yang dikenal dengan Donnan potensial. Donnan Potensial ini terjadi pada batasan antara membran dengan zat terlarut.
Gambar 3 Donnan potensial yang ditimbulkan oleh rejeksi anion dan gaya tarik kation oleh membran yang bermuatan negatif (sumber: Bartels dkk, 2005)
Berdasarkan teori Donnan potensial ini, rejeksi garam sangat bergantung pada kemampuan membran dalam merejeksi anion. Dari teori yang ada dapat diasumsikan bahwa membran yang memiliki muatan negatif yang kuat akan memiliki kemampuan rejeksi yang lebih tinggi dibandingkan dengan membran yang memiliki muatan negatif lemah. (Bartels dkk, 2005). Kualitas Air Baku Kualitas air baku yang digunakan sangat berpengaruh terhadap kualitas permeat yang akan dihasilkan. Jika menggunakan air laut sebagai air baku, diperlukan tekanan tinggi agar rejeksi terhadap NaCl bisa maksimal. Sumber air payau biasanya adalah air tanah, yang mana air tanah ini merupakan akuifer yang saline secara alamiah atau air tanah yang menjadi payau akibat intrusi air laut maupun pengaruh aktifitas manusia (pemakaian secara berlebih dan irigasi. Air payau memiliki kandungan yang sangat beragam. Hal ini sangat bergantung dimana air payau tersebut berada. Dalam literatur yang ditulis oleh Alghoul et.al. (2009) air payau memiliki kadar TDS antara 1000 mg/L hingga 1500 mg/L. Air payau memiliki range TDS yang luas (1000 – 10.000 mg/L) dan secara tipikal memiliki ciri kandungan organik karbon yang rendah, dan partikulat rendah maupun kontaminan koloid.
5
2.
METODE PENELITIAN Penelitian yang dilakukan ini merupakan penelitian skala laboratorium yang dilakukan di
Laboratorium Jurusan Teknik lingkungan ITS Surabaya, dilakukan selama Bulan M ei hingga Bulan Juni, dimana rentang waktu tersebut merupakan periode akhir musim hujan dan awal musim kemarau. Setelah dilakukan surveI secara acak terhadap 6 sumur di lokasi yang berbeda-beda di kawasan Kenjeran pada periode bulan M ei, diketahui bahwa sumur yang berada di kawasan kenjeran memiliki konsentrasi Cl- sebesar 400 mg/L hingga 2300 mg/L, sedangkan kadar padatan terlarut nya adalah rendah yaitu berkisar 8 mg/L hingga 28 mg/L, sehingga dapat dikatakan sumur di wilayah yang di survei memiliki kekeruhan yang sangat rendah yang berkisar antara 0,51 NTU hingga 2,1 NTU. Hal ini dapat dilihat di Tabel 1 berikut. Tabel 1. Karakteristik Air Sumur Daerah Tambak Deres
Lokasi
Kekeruhan (NTU)
Kadar
TSS (mg/L)
Sumur A
2,1
8
Sumur B
0,76
20
Sumur C
0,51
28
Sumur D
1,75
16
Sumur E
1,38
12
Sumur F
1,05
16
Pada penelitian ini digunakan sumur penduduk yang berlokasi di Jalan Kenjeran pantai Kelurahan Tambak Deres, sekitar 50 m dari bibir pantai (sumur A). Lokasi pengambilam air payau dapat dilihat pada gambar 4 yang diambil dari foto satelit oleh Google map, dimana garis lingkar merah menunjukkan lokasi pengambilan air payau selama penelitian. M embran RO yang digunakan merupakan membran merk FilmTec tipe TW30-1812-50 yang memiliki kapasitas maksimal 189 liter per hari (50 gallon per day). Karena setelah dilakukan survey ke beberapa tempat , diketahui membran merk dan tipe ini adalah membran yang paling murah dan memiliki kemampuan rejeksi yang cukup baik dalam merejeksi kadar Cl- dalam air umpan,Bahan membran ini yaitu jenis membran Thin Film Composite. M enurut literatur yang ada, tekanan operasi optimum untuk membran ini adalah 3,5 bar, dan membran ini dapat bekerja pada tekanan maksimum sebesar 10 bar. M embran yang digunakan dalam penelitian ini hanya 1 buah
6
untuk semua variabel, sehingga kondisi membran pada setiap variabel sudah tidak 100% lagi, untuk menyiasati hal tersebut, maka dilakukan pencucian dengan menggunakan aquades selama 15 menit. Pada penelitian ini variasi tekanan yang diberikan adalah sebesar 2,4 bar, 3,5 bar, 4,5 bar dan 5,2 bar. Untuk memompakan air umpan yang masuk melalui membran, digunakan diaphragm pump 24V yang mampu memompa air umpan hingga 8,6 bar. Untuk variasi konsentrasi Cl- yang dilakukan adalah sebesar 500 mg/L, 1000 mg/L, 1500 mg/L dan 2000 mg/L.
Gambar 4. Lokasi Sumber Air
Variasi ini dilakukan berdasarkan karakteristik dari air sumur yang ada. Proses pengenceran dilakukan dengan menggunakan aquades. Percobaan untuk setiap variabel tekanan dan konsentrasi dilakukan selama 30 menit dengan waktu pengambilan sampel setiap 5 menit. Untuk parameter 2 yang digunakan yaitu fluks permeat (L/m .menit), konsentrasi Cl (mg/L) dan konsentrasi TDS
(mg/L). Pengukuran fluks dilakukan dengan cara mengukur volume permeat yang dihasilkan selama 5 menit. Untuk pengukuran kadar Cl- dilakukan dengan metode argentometri, dan pengukuran TDS dilakukan dengan metode gravimetri M ekanisme pencucian membran RO tidak hanya digunakan pada saat sebelum membran RO dioperasikan dengan air umpan, namun juga digunakan untuk setiap pergantian variabel. Pencucian membran RO hanya dilakukan dengan menggunakan aquades, dan tidak menggunakan zat kimia lain untuk pencucian membran RO. Hal ini dikarenakan, ditakutkan, jika pencucian membran menggunakan asam atau bahan kimia lain tidak benar, kemudian saat pembilasan dengan menggunakan aquades juga tidak bersih, ditakutkan ada asam yang masih tertinggal di dalam membran, dan akan berpengaruh pada kualitas air hasil produksi (permeat). Setelah membran dikondisikan dengan cara yang tersebut di atas, kemudian air umpan yang telah diketahui karakteristiknya, akan dilewatkan pada membran reverse osmosis TW30-1812-50 7
dengan variasi kadar TDS, kadar garam (Cl-) serta tekanan pada air umpan. Air umpan ini dilewatkan melalui membran dengan menggunakan diaphragm pump yang dapat dioperasikan hingga tekanan maksimum 125 psi (pounds per square inch, atau sekitar 10 bar), pada selang yang mengalirkan air umpan, dan aliran konsentrat dilengkapi dengan pressure gauge, sehingga tekanan yang akan melewati membran akan diketahui besarannya. Pengaturan tekanan operasi yang akan masuk melewati membran dilakukan dengan cara membuka penuh aliran air permeat, dengan cara membuka penuh kran pada jalur permeat. Untuk regulator valve R2 pada jalur brine, diatur bukaannya hingga pressure gauge pada jalur brine menunjukkan angka tekanan yang diinginkan. Gambar 5 berikut merupakan skema proses pengoperasian membran RO dimana notasi Qf dan Cf merupakan debit air umpan dan konsentrasi air umpan, sedangkan notasi Qb dan Cb merupakan debit air konsentrat (brine) dan konsentrasi konsentrat (brine).
Gambar 5. Skema pengoperasian membran RO Notasi Qf dan Cf merupakan debit air umpan dan konsentrasi air umpan, notasi Qp dan Cp merupakan debit air permeat dan konsentrasi permeat sedangkan notasi Qb dan Cb merupakan debit air konsentrat (brine) dan konsentrasi konsentrat (brine). 3. HAS IL D AN PEMBAHAS AN Pengaruh Tekanan Operasi Tekanan operasi adalah salah satu faktor yang mempengaruhi fluks serta rejeksi membran. Sesuai dengan prinsip kerja dari proses reverse osmosis, maka tekanan operasi yang diperlukan agar dapat melewati membran reverse osmosis harus lebih besar daripada tekanan osmotiknya. Tekanan osmotik suatu larutan bergantung dari konsentrasi larutan tersebut. Semakin tinggi konsentrasi suatu larutan, maka semakin tinggi pula tekanan osmosis nya, sehingga gaya dorong (driving force) yang diperlukan juga lebih besar. a. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap Fluks
8
Gambar 6 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara tekanan operasi yang diberikan pada air umpan dengan fluks permeat yang dihasilkan. Ketika tekanan operasi yang diberikan terhadap air umpan meningkat, maka fluks yang dihasilkan juga
Fluks permeat (L/m2.menit)
meningkat. Hal ini dikarenakan, perbedaan tekanan dengan tekanan osmotik larutan. 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2,4 2,7 518 mg/L
3
3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 Tekanan Operasi (bar) 1008 mg/L 1500 mg/L 2085 mg/L
Gambar 6 Grafik pengaruh tekanan operasi terhad ap fluks permeat
Dengan konsentrasi larutan yang sama, yang berarti tekanan osmotik juga tidak berubah, namun pemberian tekanan operasi terhadap air umpan semakin meningkat, menyebabkan perbedan tekanan operasi yang diberikan dengan tekanan osmotik menjadi semakin besar, hal ini yang menyebabkan gaya dorong yang terjadi pada air yang melalui membran semakin besar, yang berdampak pada semakin besarnya fluks permeat yang dihasilkan. b. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap kadar Cl Gambar 7 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara tekanan operasi yang diberikan pada air umpan dengan rejeksi kadar Cl oleh membran. Dari
gambar 7 diketahui bahwa 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. 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. Pada grafik 7 dapat dilihat bahwa peningkatan rejeksi sebanding dengan peningkatan tekanan. Cl- merupakan monovalent yang memiliki ukuran lebih besar dibandingkan dengan ukuran pori membran reverse osmosis yang digunakan, yaitu sekitar 5 x 10-3 – 1 x 10-4 µm sedangkan membran RO memiliki ukuran 0,0001 µ m, namun seperti yang disajikan pada grafik, rejeksi membran RO terhadap ion Cl tidak mencapai 100%, hal ini dikarenakan membran RO merupakan
penahan yang tidak sempurna terhadap garam-garam terlarut dalam air umpan. (Product Information, FilmTec). 9
Secara keseluruhan, membran RO memiliki muatan pemukaan yang negatif dan menolak ion atau molekul yang bermuatan negatif. Karena semua ion negatif tertolak, sehingga kation lebih banyak berada di sekitar permukaan membran.
Rejeksi Cl- (%)
100 96 92 88 84 80 2,4 2,7
3
3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 Tekanan Operasi (Bar) 518 1008 1500 2085
5,1
Gambar 7. Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap Rejeksi kadar Cl-
Fenomena ini menciptakan potensial elektrik yang disebut Potensial Donnan. Fenomena potensial Donnan ini membantu menolak ion negatif (anion) dari membran, namun peningkatan salinitas atau ion-ion divalent menurunkan efek dari Potensial Donnan pada rejeksi garam oleh membran. Besarnya perubahan rejeksi garam pada membran tertentu dapat bervariasi bergantung ada komposisi air serta kekuatan membran. c. Pengaruh Tekanan Operasi terhadap kadar TDS Gambar 8 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara tekanan operasi yang diberikan pada air umpan dengan rejeksi kadar TDS oleh membran. Hal ini berarti 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.
Rejeksi TDS (%)
Rejeksi tertinggi diperoleh pada tekanan 5,2 bar untuk semua variasi konsentrasi TDS. 100 96 92 88 84 80 2,4 2,7 1080 mg/L
3
3,3 3,6 3,9 4,2 4,5 4,8 5,1 Tekanan Operasi (Bar) 1910 mg/L 2630 mg/L 3470 mg/L
Gambar 8 Grafik pengaruh tekanan operasi terhadap Rejeksi kadar TDS
Sama halnya dengan rejeksi Cl- , rejeksi TDS oleh membran juga sangat dipengaruhi oleh tekanan osmotik larutan umpan. Semakin tinggi kadar TDS pada air umpan, maka semakin tinggi 10
pula tekanan osmotik larutan umpan. Hal ini akan berarti bahwa, semakin besar perbedaan antara tekanan operasi dengan tekanan osmotik larutan, rejeksi TDS yang dihasilkan juga akan semakin meningkat. Pengaruh Konsentrasi Air Umpan a. Pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap Fluks Permeat Gambar 9 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara
Fluks permeat (L/m2.menit)
Konsentrasi air umpan dengan fluks permeat yang dihasilkan. 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 500 2,4 bar
1000 1500 Kadar Cl- (mg/L) 3,5 bar 4,5 bar
2000 5,2 bar
Gambar 9 Grafik pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap Rejeksi kadar Cl-
Berdasarkan grafik hubungan antara variasi konsentrasi air umpan (mg/L) dengan fluks 2 permeat yang dihasilkan (L/m .menit) yang diuji pada tekanan operasi yang sama, dapat dilihat
bahwa memiliki hubungan yang berbanding terbalik. Artinya, semakin besar kadar konsentrasi Clpada air umpan, maka fluks permeat yang dihasilkan semakin turun, hal ini berlaku untuk semua variasi tekanan. Penurunan nilai fluks yang disebabkan karena semakin meningkatnya kadar Clpada air umpan, dapat dijelaskan oleh mekanisme polarisasi konsentrasi pada membran. Fenomena yang disebabkan akibat menumpuknya zat terlarut pada permukaan membran yang dapat membentuk lapisan gel ini dapat menurunkan fluks permeat yang melewati membran yang disebabkan karena resistensi hidrolik meningkat maupun karena tekanan osmotik di daerah tempat lapisan gel terbentuk meningkat. Bhattacharyya dalam Ho,(1992) mengatakan bahwa fluks air bergantung pada konsentrasi dari zat terlarut dan debit air umpan yang masuk. Semakin tinggi konsentrasi larutan, dapat menurunkan fluks air dikarenakan meningkatnya tekanan osmotik. Seperti yang disebutkan dalam literature, efek polarisasi konsentrasi dapat diminimalisasi dengan meningkatkan kecepatan aliran
11
cross-flow yang masuk melalui membran. Karena hal ini akan dapat meresuspensi zat terlarut yang menumpuk di permukaan membran. b. Pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap konsentrasi ClGambar 10 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara Konsentrasi air umpan dengan rejeksi kadar Cl- oleh membran, yang dioperasikan pada tekanan yang sama. Dari gambar 10 berikut dapat dilihat bahwa terjadi hubungan yang berbanding terbalik antara kadar Cl- pada air umpan dengan rejeksi Cl- oleh membran yang dioperasikan pada tekanan yang sama. Peningkatan konsentrasi Cl- pada saat dioperasikan pada tekanan yang konstan, rejeksi nya akan menurun.
Rejeksi Cl- (%)
100 96 92 88 84 80 500
1000 2,4 bar
1500 Kadar Cl- (mg/L) 3,5 bar 4,5 bar
2000 5,2 bar
Gambar 10 Grafik pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap Rejeksi kadar Cl
-
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. Keuntungan dengan adanya Donnan potensial dalam hal merejeksi kadar garam sangat baik dalam menaikkan rejeksi pada air umpan yang memiliki konsentrasi rendah, sedangkan untuk konsentrasi yang cukup tinggi diatas 2000 mg/L, Donnan potensial cenderung melemah sehingga menurunkan kemampuan rejeksi membran. Dapat dilihat pada gambar 10, ketika konsentrasi air umpan meningkat, keuntungan dari adanya Donnan potensial sehingga seharusnya dapat meningkatkan rejeksi garam oleh membran akan berkurang hingga pada titik dimana Donnan potensial tidak lagi efektif, karena semakin tinggi konsentrasi air umpan, maka kation yang tertarik oleh membran yang bermuatan negatif akan semakin banyak, sehingga menjadi penghalang sehingga dapat memeperkecil gaya tolak menolak terhadap anion yang terkandung pada zat terlarut. sehingga dapat memeperkecil gaya tolak menolak terhadap anion yang terkandung pada zat terlarut.
c. Pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap konsentrasi kadar TDS
12
Gambar 11 berikut merupakan grafik yang menggambarkan hubungan pengaruh antara Konsentrasi TDS air umpan dengan rejeksi kadar TDS oleh membran.
Rejeksi TDS (%)
100 96 92 88 84 80 1000
1500 2,4 bar
2000 2500 3000 3500 Konsentrasi TDS (mg/L) 3,5 bar 4,5 bar 5,2 bar
Gambar 11 Grafik pengaruh Konsentrasi air umpan terhadap Rejeksi TDS
Semakin tinggi konsentrasi yang diberikan, namun tekanan operasi yang diberikan adalah tetap, maka rejeksi TDS oleh membran akan mengalami penurunan. Hal ini jelas dikarenakan konsentrasi zat terlarut akan berpengaruh pada nilai tekanan osmotiknya. Sehingga seharusnya, peningkatan konsentrasi zat terlarut pada air umpan harus diimbangi dengan peningkatan tekanan operasi, sehingga perbedaan tekanan yang cukup dapat menghasilkan rejeksi yang cukup tinggi. Apabila perbedaan tekanan yang dihasilkan kurang mencukupi, maka akan terjadi penumpukan zat terlarut di sekitar permukaan membran. Hal ini mengakibatkan tekanan osmotik untuk zat terlarut yang berada di sekitar membran meningkat. Hal ini juga berakibat semakin besarnya gaya dorong yang diperlukan. 4.
KES IMPULAN
1. M embran Reverse Osmosis merk FilmTec Tipe TW30-1812-50 bila diberikan air umpan yang berasal dari air payau yang memiliki kadar garam, suspended solid sebesar 8 mg/L, kemampuan membran dalam merejeksi Cl dalam air umpan 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-. 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 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.
13
2. 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. 3. 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. 5.
DAFTAR PUS TAKA
Alghoul, M .A., Poovanaesvaran, K., Soplan, M .Y., Sulaiman. 2009. “Review of Brackish Water Reverse Osmosis (BWRO) System Designs”. Renewable and S ustainable Energy Reviews 13, 2661 – 2667. Bartels, C., Rich F., Stefan R., M anfred S., M ark W. 2005. “The Effect of Feed Ionic Strength on Salt Passage through Reverse Osmosis M embranes”. Desalination 184, 185 – 195 Bick, A dan Gideon O. 2001. “Assessing the linkage between Feed Water Quality and Reverse Osmosis M embrane Performance”. Desalination 137, 141 – 148 DOW FilmTec M embranes. Product Information Bulletin. Edina M N, USA Greenlee, L.F., Desmond F.L., Benny D.F., Benoit M ., dan Philippe M . 2009. “Review, Reverse Osmosis Desalination : Water Sources, Technology, and Today’s Challenges”. Water Research 43, 2317 – 2348 Hendricks, David. 2006. Water Treatment Process Unit. London, New York: Taylor & Francis Nurhayati, I. dan Soedjono, E.S., 2005. “Desalinasi Air Payau dengan M embran Reverse Osmosis Tekanan Rendah”. Prosiding S eminar Nasional Manajemen Teknologi VI. Surabaya Ozaki, H. dan Li, H. 2002. “Rejection of Organic Compound by Ultra-Low Pressure Reverse Osmosis M embrane”. Water Research 36, 123-130 Peraturan M enteri Keseharan RI No. 492/PERM EN/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Rahmadyanti, E. 2004. Pembuatan dan Pemanfaatan Membran Chitosan Untuk Pemisahan Larutan Deterjen. Program Pasca Sarjana. Jurusan Teknik Lingkungan. Surabaya Riduan, R., dan Soedjono E.S. 2002. Penurunan Kandungan Organik pada Air Gambut Menggunakan Membran Ultrafiltrasi dengan Pretreatment PAC. Program Pasca Sarjana. Jurusan Teknik Lingkungan. Surabaya. Said, N.I. 1999. “Kesehatan M asyarakat dan Teknologi Peningkatan Kualitas Air”. Direktorat Teknologi Lingkungan-BPPT Supranata, L.N.E dan Soedjono E.S. 2004. Penyisihan Zat Warna Indigo Biru dengan Kombinasi Pengolahan Menggunakan PAC dan Membran Chitosan. Program Pasca Sarjana. Jurusan Teknik Lingkungan. Surabaya. Williams, M .E. dan Bhattacharyya, D. 1992. Re verse Osmosis dalam Winston, W.S dan Kamalesh K. S. Membrane Handbook. New York: Van Nostrand Reinhold.
14
