Teknologi Pengolahan Air untuk Kondisi Darurat. Astri Aprillia Sarikusmayadi

Teknologi Pengolahan Air untuk Kondisi Darurat Astri Aprillia Sarikusmayadi Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10, Bandung, Indonesia *Corresponding Author: [email protected] Abstrak Air adalah kebutuhan pokok bagi manusia dimanapun dan kapanpun, tidak terkecuali pada saat keadaan darurat. Keadaan darurat yang dimaksud contohnya saat terjadi bencana seperti tsunami, gempa bumi, banjir, gunung meletus, dan lain-lain. Pengolahan air minum dalam kondisi darurat diusahakan agar efektif dan efisien menghasilkan air minum dengan kualitas tinggi. Biasanya pengolahan air dalam kondisi darurat memakai membran. Membran yang biasa digunakan dapat berupa membran Reverse Osmosis, Membran Mikrofiltrasi, dan Membran Ultrafiltrasi. Adapun contoh produk yang dapat mengolah air dalam keadaan darurat adalah IGW Emergency UF Standing Type, IGW Emergency UF Portable Hand Pump, mobile RO, FilterPen, dan lain-lain. Kata kunci :Air, Keadaan darurat, Pengolahan Air Minum, Membran

1.

Pendahuluan

Air biasanya digunakan untuk keperluan rumah tangga seperti air untuk minum, masak, mandi , dan cuci, keperluan industri, keperluan pertanian dan peternakan, keperluan perikanan, dan lain-lain. Namun, hal yang paling vital bagi manusia untuk melangsungkan kehidupannya adalah air minum. Air adalah salah satu mikronutrien yang penting bagi tubuh (selain vitamin dan mineral). Air berfungsi sebagai fasilitator aktivitas sirkulasi darah dan sistem limpa, transportasi nutrisi dan oksigen ke sel-sel tubuh, serta membuang (sekresi) sisa atau limbah proses metabolisme melalui urin dan keringat. Air adalah kebutuhan pokok bagi manusia dimanapun dan kapanpun, tidak terkecuali pada saat keadaan darurat. Ketersediaan air dalam keadaan darurat sering mengalami kesulitan baik dari segi jumlah, kualitas, maupun sumbernya. Pada kondisi normal, jumlah ketersediaan air melimpah. Hal tersebut dikarenakan

pemerintah turut serta dalam menyediakan air, fasilitas-fasilitas pengolahan air terkelola dengan baik sehingga kualitas air dapat dikatakan cukup layak untuk dijadikan air minum. Pada keadaan darurat, ketersediaan air menurun bahkan bisa saja tidak ada. Menurut UU No. 24 Tahun 2007, keadaan darurat adalah peristiwa atau rangkaian peristiwa yang mengancam dan mengganggu kehidupan dan penghidupan masyarakat yang disebabkan, baik oleh faktor alam dan/atau faktor non alam maupun faktor manusia sehingga mengakibatkan timbulnya korban jiwa, kerusakan lingkungan, kerugian harta benda, dan dampak psikologis. Menurut definisi diatas, keadaan darurat dapat mengkaibtkan kerusakan lingkungan yang menyebabkan fasilitas-fasilitas pengolahan air rusak atau terganggu. Oleh karenanya ketersediaan air minum akan menurun baik dari segi jumlah maupun kualitas. Jumlah kebutuhan air bagi orang berbeda menurut tempat, kondisi geografis, jenis kelamin, usia, dan jenis aktivitas, serta

Astri Aprillia Sarikusmayadi, Teknologi Pengolahan Air untuk Kondisi Darurat, 2015, 01-10

2

kondisi tubuh. Pada saat kondisi tubuh sehat, jumlah air yang bisa diminum adalah 0.03% liter per kg berat badannya. Sebagai contoh orang dengan berat badan 50 kg, konsumsi air yang diperbolehkan adalah 1,5 liter. Air minum yang berkualitas baik, air minum yang memenuhi syarat untuk diminum. Salah satu syarat yang harus dipenuhi adalah nilai TDS. Nilai TDS (total disolved solid) yaitu kandungan mineral non-organik dalam air layak minum adalah 10 – 100 ppm. Air murni sendiri punya nilai TDS 0-10 ppm. Nilai TDS melebihi dari 100 ppm tidak layak minum karena terlalu banyak kontaminan yang berdampak buruk bagi kesehatan. Kualitas air yang perlu diperhatikan selain nilai TDS, yaitu nilai pH. Standar pH menurut Depkes untuk air minum adalah 6,5 – 8,5.

Gambar 1. Skema Pengolahan Air secara Konvensional Sumber : Slide Kuliah Teknologi Produksi Air 1. Koagulasi Koagulasi adalah proses penetralan partikelpartikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menilak dan dapat diendapkan bersama-sama. Koagulasi dapat dilakukan dengan pengadukan yang cepat dan menambahkan bahan kimia tertentu misalnya alumunium sulfat, natrium sulfat, ferri sulfat, ferri klorida, dan lain-lain ke dalam air. Hasil reaksi kimia yang terjadi disebut flok. Flok adalah partikel bukan koloid yang sangat halus. 2. Flokulasi

2. Teknologi Pengolahan Air Secara umum pengolahan air terdiri dari tiga tahap, yaitu pengolahan secara fisika, kimia, dan biologi. Pada pengolahan secara fisika, biasanya dilakukan secara mekanis, tanpa adanya penambahan bahan kimia. Contohnya adalah pengendapan, filtrasi, adsorpsi, dan lain-lain. Pada pengolahan secara kimiawi, terdapat penambahan bahan kimia, seperti klor, tawas, dan lain-lain, biasanya digunakan untuk menyisihkan logam-logam berat yang terkandung dalam air. Pada pengolahan secara biologis, biasanya memanfaatkan mikroorganisme sebagai media pengolahnya. Secara umum, skema pengolahan air bersih secara konvensional terlihat seperti pada gambar di bawah. Terdapat 3 bagian penting dalam sistem pengolahannya.

Flokulasi merupakan kelanjutan dari proses koagulasi. Unit ini ditujukan untuk membentuk dan memperbesar flok. Proses flokulasi dibantu dengan cara pengadukan yang lambat (slow mixing). 3. Sedimentasi Setelah melewati proses koagulasi dan flokulasi, selanjutnya perjalanan air akan masuk ke tahap sedimentasi. Tujuan sedimentasi adalah untuk menyisihkan partikel diskret, mengendapkan flok hasil koagulasi-flokulasi, mengendapkan lumpur, dan mengendapkan presipitat. Fungsi proses sedimentasi pada sistem pengolahan air adalah untuk mengurangi beban kerja unit filtrasi, memperpanjang umur pemakaian unit pengolahan selanjutnya, dan mengurangi biaya operasi instalasi pengolahan. Unit sedimentasi menggunakan prinsip berat jenis.


Proses sedimentasi biasanya dilakukan dalam bak sedimentasi. Bak sedimentasi terdiri dari 2 jenis yaitu bak penampung segiempat dan bak penampung lingkaran. Kelebihan dari bak penampung segi empat adalah toleransi terhadapa shock overload, performa yang mudah diprediksi, biaya konstuksi murah, biaya perawatan murah, dan short circuiting minimal. Sedangakan bak penampung lingkaran kelebihannya adalag alat pengumpulnya lebih sederhana. Contoh bak sedimetasi ditunjukkan pada Gambar 2 dan Gambar 3.

3

4. Filtrasi Setelah proses sedimentasi selesai, proses selanjutnya adalah filtrasi. Filtrasi air adalah proses pemisahan partikel terdispersi terlarut yang terdapat di dalam air menggunakan media berpori. Evolusi teknologi filtrasi air ditunjukkan pada Gambar 4.

Gambar 2. Bak Penampung Segi Empat Sumber : Slide Kuliah Teknologi Produksi Air Gambar 4. Evolusi Teknologi Filtrasi Air a. River Bed Filtration

Gambar 3. Bak Penampung Lingkaran Sumber : Slide Kuliah Teknologi Produksi Air

River Bed Filtration merupakan teknologi pengolahan air minum tradisional dengan biaya yang rendah. River Bed Filtration adalah proses filtrasi alami yang memanfaatkan sustainable chemical, biological, dan proses penyaringan secara fisik untuk menghasilkan air minum. Berikut gambaran dari River Bed Filtration.


4

c. Rapid Sand Filtration Rapid Sand Filtration efektif digunakan untuk menghilangkan padatan tersuspensi karena memiliki kapasitas yang besar. Kecepatan filtrasinya berkisar 5 -15 m3/jam per luas area media penyaring. Rapid Sand Filtration 50 kali lebih cepat daripada Slow Sand Filtration. Gambar 5. Skema River Bed Filtration (Jaramillo 2012) b. Slow Sand Filtration Slow Sand Filtration memanfaatkan gaya gravitasi. Proses membutuhkan lahan yang luas dan dibagun pada sebagian atau seluruhnya berada di bawah permukaan tanah dengan kedalaman 2,5 hingga 4 meter. Laju alir umumnya beriksar antara 0,1 hingga 0,4 m3/jam per luas penampang permukaan media penyaring.

Slow Sand Filter ini mempunyai keunggulan yaitu tidak memerlukan bahan kimia (koagulan) yang mana bahan kimia ini sering menjadi kendala yang dialami pada proses pengolahan air di daerah pedesaan.

Gambar 6. Skema Slow Sand Filtration Sumber : Manual Of Design for Slow Sand

Gambar 7. Skema Rapid Sand Filtration Sumber: Slide Kuliah Teknologi Produksi Air

d. Cellulosic Membranes Filtrasi dengan membran adalah suatu teknik pemisahan campuran dua atau lebih komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen tersebut akan terpisah berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi-permeable. Hasil pemisahan dapat berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati membran ). Filtrasi dengan membran dapat memisahkan makromolekul dan koloid dari larutannya. Serat membran mempunyai diameter pori yang berbeda. Berdasarkan ukuran pori, membran filtrasi terdiri dari membran


mikrofiltrasi, membran ultrafiltrasi, mebran nanofiltrasi (NF), dan reverse osmosis. 5. Desinfeksi Proses desinfeksi merupakan proses untuk menghilangkan / deaktivasi / membunuh mikroorganisme patogenik. Terdapat dua metode desinfeksi yaitu kimiawi dan fisik. Pemilihan metode yang tepat untuk pengolahan ini tergantung kebutuhan sumber daya pengguna air. a. Metode Kimiawi Metode kimiawi pada proses desinfeksi menggunakan bahan kimia seperti klorin, klorin dioksida, hipoklorit, ozon, fenol, alkohol, halogen, KMnO4, H2O2, dan lainlain. b. Metode Fisik Metode fisik pada proses desinfeksi yaitu dengan menggunakan sinar UV, radiasi sinar matahari, gamma rays, sounds, panas, dan filtering. 3. Teknologi Membran untuk Emergency Water Supply Menurut buku Introduction to International Disaster Management (2007), disebutkan bahwa ada beberapa alternatif dalam penyediaan air bersih dan air siap minum pada saat kondisi darurat yaitu penyediaan air melalui tangki truk, atau daritangki yang di datangkan dari luar daerah banjir, melakukan proses pengolahan air banjir itu sendiri untuk menghasilkan air bersih sebagai contoh menggunakan filter . Solusi dalam hal masalah ini adalah pengolahan air minum yang berbasis mobile water treatment.

5

Dalam kaitan tentang masalah ini perlu adanya studi literatur dan pemilihan proses dan alat pengolahan air minum secara mobile untuk kondisi darurat. Dalam hal ini pemilihan yang digunakan adalah mobile water treatment dimana hasil pengolahan (effluent) memenuhi baku mutu air siap minum yang sesuai dengan PERMENKES.RI-No.492/MEN.KES/ PER/IV/2010. Pada keadaan darurat, teknologi membran banyak diterapkan dalam penyediaan air bersih dan air minum. Berikut adalah jenisjenis membran yang digunakan dalam pengolahan air.

a. Mikrofiltrasi Mikrofiltrasi (MF) merupakan proses filtrasi menggunakan membran berpori untuk memisahkan partikel tersuspensi dengan diameter antara 0,1 dan 10 (Mulder, 1996). Tekanan operasi yang dibutuhkan < 2 bar. Prinsip pemusahan melalui mekanisme sieving. Material menbran yang biasa digunakan adalah polimer dan keramik. Aplikasi terbaru mikrofilrasi adalah “FilterPen” dari FilterPen Co New Zealand dan Flitrix CO Netherlands (Filtrix, 2007). FilterPen adalah alat yang dapat digunakan untuk membuat air minum secara cepat, mudah dan aman selama perjalanan, rekreasi luar ruangan, dan home emergency kit. Unit SkyHydrant (SMF-1) dikembangkan oleh SkyJuice Foundation (Australia). Unit tersebut dimaksudkan untuk pasokan air masyarakat di negara berkembang dan bantuan bencana. Proses ini menggabungkan membran mikroflitrasi dengan klorin disinfeksi. Tekanan hidrostatik saat pengoperasiaan minimal 30 mbar.


Mikrofiltrasi yang dikombinasikan dengan membran bioreaktor dapat digunakan untuk memproduksi air minum dari air permukaan seperti air sungai, air danau, dan lain-lain. b. Ultrasi afiltrasi Ultrafiltasi (UF) merupakan salah satu jenis dari membran filtrasi dimana tekanan hidrostatik memaksa cairan menembus membran semipermeabel. Padatan tersuspensi dan pelarut dengan berat molekul tinggi tertahan, sedangakan air dan pelarut dengan berat molekul rendah melewati membran (Mulder,1996) Ultrafiltrasi merupakan membran asimetris berpori dengan ketebalan sekitar 150 dan ukuran pori sekitar 1-10 nm. Tekanan operasi UF 1-10 bar dengan prinsip pemisahan menggunakan mekanisme Sieving. Material membran UF adalah polimer seperti polisulfan dan polyacrylonitrile serta keramik seperti zirconium oksida dan alumunium oksida. Modul untuk membran UF yang banyak tersedia adalah modul hollow fiber atau modul capilary fiber.

dapat dikurangi, bahkan sudah ada unit-unit filtrasi yang dioperasikan tanpa listrik. Contoh Teknologi membran UF adalah IGW Emergency UF yang terdiri dari dua jenis yakni Standing Type, dan Portable Hand Pump. Berikut disajikan gambar dari kedua jenis IGW Emergency UF.

Gambar 8. IGW Emergency UF Standing Type Sumber : gdpfilter.co.id

Ultrafiltasi (UF) menjadi salah satu pilihan terbaik untuk produksi air minum karena biaya operasi rendah, tenaga operasi rendah, bebas bahan kimia namun membran UF dapat membasmi kuman dan menghilangkan turbiditas. Teknologi menggunakan membran UF sudah diterapkan dalam penanganan bencana tsunami dan gempa bumi di Aceh dan Sumatra Utara. Teknologi ini diterapkan karena kemampuan menghasilkan air dengan kualitas tinggi hanya dalam satu tahap dan tanpa penggunaan bahan kimia. Keunggulan lainnya adalah konsumsi energi

6

Gambar 9. IGW Emergency UF Portable Hand Pump Sumber : gdpfilter.co.id


Di bawah ini akan disajikan perbedaan mendasar antara IGW Emergency UF Standing Type dan IGW Emergency UF Portable Hand Pump. Tabel 1. Spesifikasi Kedua Emergency Type. Jenis Portable Hand Pump Kapasitas 200 ml/stroke Turbiditas 1 NTU Produk Dimensi L 62 W 21 H 10 cm Berat Keuntungan

Mode operasi

7

Prinsip kerja dari IGW Emergency UF adalah sebagai berikut.

jenis IGW Standing Type 500-750 l/h 1 NTU

L 40 W 20 H 121 cm 3 kg 20 kg Membran Sangat dengan luas ramah permukaan lingkungan, yang besar instalasi membuat air mudah, mudah untuk sangat dipompa, membantu dapat untuk memproduksi keadaan 2L/min air darurat, bersih untuk memiliki sekitar 10 kualitas air stroke/min, bersih yang Harga murah tinggi, dan untu filter berumur dikelasnya, panjang portable, dan dan rendah dapat terjadi memproduksi fouling air bersih pada dari turbid membran water Manual

Gambar 10. Prinsip Kerja IGW Emergency UF Standing Type Sumber : Slide Kuliah Teknologi Membran

Gambar 11. Prinsip Kerja IGW Emergency UF Portable Hand Pump Sumber : Slide Kuliah Teknologi Membran


IGW Emergency UF Standing Type merupakan modul tunggal yang mengintegrasikan tiga tahap filtrasi yaitu; a. Karbon Aktif Karbon aktif dapat mengurangi bau tidak sedap, senyawa organik, dan residu klorin. b. Membran Hollow Fine Fiber Membran UF dapat menghilangkan hampir 100% koloid, bakteri, virus, dan seluruh partikulat penyebab turbiditas. c. Bioceramic Agen alkalinitas dan meningkatkan kualitas anti oksidan dari air minum sehingga dapat meningkatkan kesegaran air minum.

c. Osmosis Balik / Reverse Osmosis Reverse osmosis (RO) adalah salah satu jenis membrn filtrasi yang dapat menghilangkan banyak jenis molekul dan ion besar dari larutan dengan meberikan tekanan pada larutan yang berada pada salah satu sisi membran selektif. (Mulder 1996).

8

RO adalah teknik desalinasi dengan pertumbuhan tercepat di industri kini, berkembang lebih cepat dari teknik evaporasi [Drioli,dkk,2009]. Pabrik reklamasi air limbah telah dibangun dan dioperasikan di seluruh dunia. Membran RO diperlukan untuk reklamasi air limbah agar dapat menjadikan kualitas air dapat digunakan kembali. Contoh pabrik RO yang ada di dunia yaitu di Sulaibiya, Kuwait dengan kapasitas 310000 m3/d pada tahun 2005, dan di Fountain Valley, CA, USA dengan kapasitas 140000 m3/d pada tahun 2005. Pada keadaan darurat, RO sudah dapat digunakan secara mobile yaitu unit mobile kombinasi UF-RO. Mobile RO didesain spesial untuk keadaan darurat khususnya yang dekat dengan laut, sungai maupun danau. Berikut adalah macam-macam spesifikasi dari mobile RO.

Reverse Osmosis mengunakan membran asimetris atau komposit dengan ketebelan sublayer sekitar 150 dan toplayer sekitar 1 serta ukuran porinya kurang dari 2 nm. Tekanan operasi membran RO untuk pengolahan air dari air payau sekitar 15-25 bar sedangkan pengolahan air dari air laut sekitar 40-80 bar. Prinsip pemisahan RO menggunakan prinsip solution diffusion. Material membran yang digunakan adalah selulos triasetat, poliamida aromatik, poliamida serta polieterurea. Modul yang biasanya digunakan pada membran RO adalah modul spiral wound. Gambar 12. Mobile RO Sumber : gdpfilter.com


Tabel 2. Spesifikasi Jenis-Jenis Mobile RO Jenis

Mobile LPRO

1-8 m3/h

Kapasitas TDS Feed

of 1002000 ppm

Tekanan Operasi (bar)

Mobile Mobile BWRO SWRO

15

Fitur

Mode Operasi

10015000 ppm

2000040000 ppm

30

80

9

Contoh produk pengolahan air minum yang menggunakan membran MF adalah FilterPen, dan SkyHidrant Unit. Contoh produk pengolahan air minum yang menggunakan membran UF adalah IGW emergency UF standing type dan IGW emergency UF portable hand pump. Sedangkan contoh produk pengolahan air minum yang menggunakan membran UFRO adalah mobile RO. Daftar Pustaka

Pompa filtrasi Cleaning in place Skid mounted Pre-treatment Post-treatment Semi otomatis

4. Kesimpulan Pengolahan air dalam keadaan darurat diusahakan agar peralatan sederhana, tanpa listrik, portable, dan menghasilkan kualitas air minum yang baik bagi kesehatan. Hal tersebut sangat diperlukan karena dalam keadaan darurat pasokan atau persediaan air menipis, listrik biasanya mati, dan kebutuhan akan air sangat besar. Oleh karena itu, produk-produk yang bisa menjadikan air tak layak minum menjadi air minum berkualitas tinggi sangat diharapkan dalam kondisi tersebut. Pengolahan air dalam keadaan darurat yang mungkin diterapkan untuk menghasilkan air minum dengan kualitas tinggi dapat menggunakan membran. Membran yang digunakan biasanya adalah mikrofiltrasi, ultrafiltrasi dan reverse osmosis.

[1] International Federation of Red Cross and Red Cress Cent Scientiest, Houshold Water Treatment and Storage., Switzerland. [2] I.G.Wenten, P.T.P. Aryanti, 2014, Ultrafiltrasi dan Aplikasinya, Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. [3] I.G.Wenten, Khoiruddin, A.N. Hakim, Osmosis Balik, 2014, Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. [4] I.G.Wenten, 2010, Teknologi Membran dan Aplikasinya di Indonesia, Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung. [5] Tjandra Setiadi, 2007, Pengolahan dan Penyediaan Air, Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung [6]Vozza, Gabriella M, 2013, Riverbed Filtration Clogging at Wohler on the Russian River, Sonoma Conutry, California. [7] http://gdpfilter.com diakses tanggal 05 November 2015 (Web) [8] Peraturan Menteri Kesehatan RI Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum Tahun 2010


[9] Wenten, I Gede. Slide Kuliah Teknologi Membran. [10] Wenten, I Gede. Teknologi Produksi Air.

Slide

[11] http://www.steripen.com/ tanggal 2 Desember 2015

Kuliah

diakses

[12] Peter-Varbanets, Maryna, dkk. "Decentralized systems for potable water and the potential of membrane technology." water research 43.2 (2009):245-265. http://www.sciencedirect.com/science/article /pii/S0043135408004983 diakses tanggal 24 November 2015.

10

[15] Panduan Umum Penanggulangan Bencana Berbasis Masyarakat. Edisi Kedua. www. idepfoundation.org diakses tanggal 24 November 2015. [16] Emergency Disinfection Of Drinking Water. www.epa.gov/safewater diakses 4 Novembere 2015 [17] Manual Rencana Tuntunan Manajemen Pemasok Air Minum

Kemanan Air, Risiko untuk

[18] Rehabilitating water treatment works after an emergency dari WHO

[13]http://adjisemiardji.blogspot.co.id/2013/ 03/slow-sand-filter.html diakses tanggal 2 Desember 2015.

[19] Food and Water in an Emergency. https://www.fema.gov/pdf/library/f&web.p df. 04 November 2015

[14] Adam Hutchindon. Riverbed Filtration System Pilot Project. http://www.nwriusa.org/pdfs/HutchinsonPresentationfinal.pd f diakses tanggal 24 November 2015.

[20] Arie Herlambang. Teknologi Penyediaan Air Minum untuk Keadaan Tanggap Darurat.

Teknologi Pengolahan Air untuk Kondisi Darurat. Astri Aprillia Sarikusmayadi

Recommend Documents