Hortomo Widiotrnoko
TEKNOLOGI
lllilB[[lf
PEMURNIAN AIR DEIONISASI ELEKTRODIALISIS
OSMOSIS
.
BALII(
ULTRA FILTRASI
DESALINASI
AIR MINUM PANGAN . PERTANIAN KtMtA . PROS€S FARMASI . MEDIK .III(A
USTAKAAN RSIPAN
AWATIMUR .,4"
ERBIT ANDI OFFSET YOGYAKARTA
J. HoitornO"' C. Widlotrn'oko
TEIfiOLOGI
[ilBnlil PEMURNIAN AIR DEIONISASI ELEKTRODIALISIS OSMOSIS . BALII(
l(hls't ()R,,\ 5l
ULTRA FILTRASI
DESALINASI
BIDANG DPP
s7
AIR MINUM PANGAN - PERTANIAN KlM16.',PROS€S''r 'f' FARMAS.I,- 'MEDII(
0ic
2r"i1
ELEKTRONII(A
?
t{rr'!rii
:jr r lr.
PENERBIT ANDI.OFFSET
r
*r
* -*'!
it
oefuArcAETA
i
Teh no lo g i
Olelu
t
M enb r a n Pe m ur ni.a.t l.#Iofcf Perrbinean
Hortormo M.C. Vidiatnoko A-J.
j I ii
i
porprrrr+rn
Jawr Tinur T.A. t9e6 / t9,7
Hak Cipta A rc94 pda penulis, Dilarong memprbanyak xbagian a.tuu eluruh isi buku ini dalam bentuk agpun, tunpa izin tc*ulis dari pnulb. Edisi Pertumq Cetakan Pertamq 1994 Penerbit:
ANDI OFFSET
Jl. ko 38-40, Telp. (0270 61881, N2Il2 Facs (0274) Yogaharta 55281
8€,282
Peretakan: AATDI O?FSET
Jl. ko 38-40, Telp. (0270 61881,8f.282 Yryakartn 55281
Facs
(0220 NAl2
Pusat Penjualan:
-
Unit KanuasANDI OFFSET
Jl. Beo 4O, Telp. (0274) 61881,8ilt2 Facs (0274) UZ82 Yogaharta 55%)1 YT. AAIDIPRATITA TRI*ARSA MULIA
Grbn Ville Blok BG
No. 2U,
l'
Telp. (021) 566922A, 5669229 Facs (021) 5669227
Jakartu Barat 11570
I i
ISBN: 979-533-173-6
Pcrpudtlur Draral
frrr
i
Timur
t,
MILIN
PEftPUS'T^XAAN DATIAII
JAWA TIdur
Bingkisan n autflr ffiungilberirama salnm saflti, ,nengenang hiilup-teladan bakti insani, almarhum llotno Sutop anitro, I(iswma dan Dein-sg,lan segenaP Suru masa lampauku' tanpa leccuali, peiim$ahan bagi ayah-ibu dan saudnrasauilari teriring peluk-kaslh, demi manfaat sepenuh, segenaP diri j ati: lanrimu d a ffirto-p"n**elut ip-tek-b alwr, dalam r angka kej ay aan ii*ii-b angsfl-negat a, dan p er ad_ab an cin tot *it umat rgr:llpp, Percikat cahaya lGmuliaan PenX ;"\ ; ;tPta setnesfi*la.... ll,*, l$16 ti , ,l+ a' .\
ttr r*=e^.-
PRAWACANA
Negara kita merupakan daerah tropis basah yang kaya air. Tetapi untuk penggunaan tertentu, yang diperlukan bukan sembarangan air, melainkan beqprasyarat tertentu. Justru yang masih merupakan tantangan ialah sumberdaya manusia dan ipteknya. Pembangunan industri dan dinamika kota serta desa mengintensifkan campur tangan manusia atas sumberdaya alam. Air bersih di alam dipergunakan bagi aneka keperluan. Sebagian kembali lagi ke alam, namun sudah terkotori dan tercemar. Tanpa pemrosesan yang memadai oleh manusia, air yang tercemar itu membebani bahkan melampaui kesanggupan alam untuk membersihkannya lagi.
Kota dan pemukiman terus berkembang. Sayang acapkali sumberdaya airnya bermutu buruh kurang sehat dan bersih. Sarana air minum PDAM (ledeng) lebih kerap tidak menyentuh sejumlah besar waqga. Bila masuk pury mutunya bervariasi, terkadang amat buruk. Air ledeng kita tidak layak minum langsung sebagaimana di negara lain. Sesuatu masih harus dilakukan untuk nremperbaiki mutunya. Ftral serupa berlaku bagi
industri.
Pencemaran air sumur penduduk di berbagai kota oleh limbah in_
i:*::::' T,:[:iffi ffi
,ll, l'
nt n rava i
alser
e*
i
tu
n
tu
ntas asar
serentak dengan itu, karena air tanah banyak disedot oreh industri sampai hotel, tidak jr"g, sumur wa{ga sekitai terkena aaipak. Karau
tidak kering, bag-daerih (perembesan) airlaut.
p"r-rkai.
dekat
pesiJ-t"*"r,ri
intrusi
Di daerah pedesaan pun terundung masalah air. Bila ada pury mutunya cenderung makin merosot. p#anian rg n.,;Ln intensif t menggunakan pup"\ dan pestisida, bila tida[ c!rm^i--ai daram maka akan memberikan residu u"i"^-urrrrn lelsgunatannya kimia berbahaya-bagi kesehatan dan kehidupan waqga. Berum lagi b,a di seki tarnya berm uncu
ra
tanpa kontrol.
n pab ri k-pabri k yJ ng m enggerontorkan rimbahnya
Air semakin berrnasalah. Kemudian muncul trend baru dalam dalalu, yaitu airminum dalam kemasan, plastik botolan. laba besar :TrT, terjanji dari air yang dijuar mahar itu. semura air pegunungan yang diproses desinfektan memakai rremang ozonisasi. Tetapi
;";U"gr" terjadi pula masalah air dalam kemasan ir,, Lr=.,u yang tidak terjamin lagi mutunya. T__ T"\kebersihan.dan.kesehatannya, \r-Lg dari 100 merk beredardi 'Iernyata
pasaran. Tetapi apa lacur? aiu.it Lr, be$a_ gai media dan diteliti potvl yi.xl, BATAN, tidak terjamin Tg"" 100% pula' Teriadinya.kasus "ampai p&imw jamur nigricua, kotoran, 3danya bakteri' telah menimlukan *trt p-i*i"-ng yang meminumnya. Menurut risert BATAN bahkan air-airbotor* it" I.i, yir,g;;;;;""gcacah zat radioaktif. Radium 226bertohaya, Konsumen -zzo,1uti Dn). Bila demikian, untuk apa membul"g r*,t b"li air botolan (apalagi sebagaimana
il[HilffL}3ffi$ri
mutunya
uLr,"r"g aitpada
di_
air
*u*;d;!sur"y*s
Kemudian muncur bisnis baru: menjuar piranti f,ter ke ibu-ibu rumahtangga dengan merk-merk dan janji ua.,nai. i;;;; yang tidak kritis' mudah dijadikan sa.saran. Apakah b".r.. mutunya terjamin? sejauh Tu"l kontror-nya dari wakru te r,riaktul Apakah ro.,r"r,_ sional segala kontarninan dapat musna?
u"di;il;.i
-.,*..I{:1,_TF?Y
penulis men)rusun buku Tekzol ogi- Menbrot pepiawii dalam mewu-
murna n A,r ini. Iptek membran serrakin tnendy dan
judkan pembersihan-pemurnian air. Waqga masyarakat penting dan perlu mengetahuinya.
Iptek membran mampu menyajikan air dengan mutu bermacamultrafiltrasi (UF) dan sebagainya- Biasanya unit/modul peralatan dirancang dan dipasang sesuai keadaan khas dan maksud penggunaan khususnya. Alat jadi multiguna tidak 100% menjamin efektifnya pencapaian tujuan tertentu. macEun. Tekniknya dapat reverce osmosis (RO),
Khalayak masyarakat perlu mengetahui apa dan bagaimana air itu, apa saja kontaminannya, apa prasyarat air untuk penggunaan (rumahtangga/industri) tertentu, baru dari situ memilih dan menggabungkary merancang serta memasang sistem instalasi. Menggunakan sistem yang tak sesuai dengan kondisi dan tujuan berarti kesia-siaan. Hal-hal tersebut dipaparkan berurut dalam bab-bab buku tipis ini. Dengan demikian pilihan teknik sistem, modul serta jenis dan keluasan membrannya, lengkap dengan cara operasi dan perawatan serta kontrol mutunya, merupakan satu kesatuan bulat. Iptek terapan membran selalu berhampiran menyeluruh demikian.
Penulis yang bertahun-tahun terlibat litbang dan terapan membrary termasuk pendalaman di mancanegara kawasan Pasifik, menyajikan buku ini juga berkat dorongan para sejawat. Terima kasih kepada para sahabat di berbagai PTN-PTS dari Sumatera sampai Irian. Bantuan juga banyak diperoleh dari teman-teman pakar membran di berbagai negara. Mereka pun patut menerima penghaqgaan tulus penulis. Kepada ayah, ibu, saudara, segenap keluaqga, penulis memperoleh semangat dan pengorbanan tak terperi. Terima kasih pula kepada ANDI Offset yang beriasa memungkinkan simakan iptek membran untuk pemumian air ini sampai kepada pembaca yang budiman. Terapan iptek membran untuk bidang lain misalnya pemisahan di Amerika, Eropa dan ]epang meningkat 35% tiap tahun, tidak termasuk dalam paparanbuku ini. Buku ini khusus untukair. gas (pemisahary pervaporasi, distilasi membran) walau kini
Mutu air dan lingkungan air umumnya, patut memicu perhatian dan tindakan kita bersama. Teknologi pembersihan dan pemurnian air memerlukan makin banyak kalangan (muda utamanya) yang jeli, pandai, terlibat, terampil, berdedikasi, menggarapnya sepenuh hati demi keseiahteraan masyarakat dan manusia. Pelibat mutu air tidak hanya memikirkan diri sendiri, tetapi juga orang lain. Pakar mutu air tidak hanya
Membran Pemurnian Air
mempensalahkan pengotor dan perusak mutu air, tetapi aktual mengam_ bil tanggung jawab turut memperbaikinya pula.
Mutu air di masyarakat tidak dapat dibiarkan makin mercsot dan merugikan kesejahteraan serta peradab'an. Teknorogi me*b-., merupao kan samna ampuh mengatasinyi.
_ Kita dapat menuntaskan permasalahan air, karena kita bila mau- sumberdaya alam air Indonesia amat kaya. nahmatmampu, t:*lu I mengandaikan partisipasi kita untuk *"ngor'uh.yu se"a-Tuhan fr.,gsional dan efektif, efisien, dan ekonomis. Kuncinyi iptu(-e-uran. Air p?yurr, asin,- gambut, air kotor, limbah, combe-ran'""kulip,r.,, dengan lakuan
1e.1b-ran
Kenapa tidak?
polimer dapat diubah menjadi air bersih, Lhat, murni.
DAFTAR ISI
Tangerang 28 Oktober 7992
csw-A)H
PRAWACANA DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR
DAFTARTABEL BAB I MUTU AIR DI ALAM DIG ARAP "/ BAB II AIR BERSIH MLIRNI CARA TRADISION AL v= BABITI'MISTERI"PROSESMEMBRAN . BABIV OSMOSISBAUKDANDESAUNASI BABV ULTRANISASIDANNANOFILTRASI BABVI ELEKTRODIALISIS BAB VII DEIOMSASI KONTINYU PUSTAKA RTIJUKAN LAMPIRAN 1. KIT ANALISIS AIR'/ LAMPIRAN 2. ANEKA STANDAR AIR (DAN PERATIJRAN LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN LAMPIRAN
PEMERINTAN v 3. STATE OF THE ART MEMBRAN SMUNIA 4. FORMAT DIKLAT MEMBRAN 5. KUANTIFIKASI KONVENSIONA L ME MBR AN 6. UBAH SATUAN: TEKMK INTERNASIONAL 7. BENCANA IVIELANDA DI TAHLIN2OOO
ul
vii ix xi 1
25 33 43 69 87 107 113 1,1,7
119 131
't39 743 151
757
DAFTAR GANTBAR
Gambar 1.
Gambar2. Gambar3. Gambar4. Gambar5. Gambar6. GambarT. GambarS. Gambar9. Gambar 10.
Gambar
11.
Gambar 12.
Gambar 13. Gambar 14.
Gambar 15. Gambar16. Gambar 17. Gambar 18. Gambar 19.
Gambar20. C,ambar21.
Gambar22.
Kimiawi Pembuatan Sirkit Elekhonik Pe&andingan Aneka Teknologi Pemumian Air Penyaring Cepat dan Cochrane Bagan Tradisional Penjernihan Air Ciri Kebuhrhan Khlor Air Khlor Residu dan Breakpoint Spekbum Salinitas Air FilEr Carbidge Tipe Winr Teori OsmosisBalik Struktur Molekul Poliamida Aromatik ]ulat Operasi pH Membran Carhidge Osmosis Balik Lilit-Spiral Konstmksi Permeator Hollow Fiber Konfi gurasi Membran Tubular Osmosis Balik Plate and Frame Modul RO Tipe Paket StandarKecil B"g"n AlirOsmosis Balik Umum Produktvitas Permeator Seiring Waktu Contoh Sistem Tritahap iL2 Desalinasi denganPTT lebih35000 ppm Desain Membran Permeator Modul Paket Teknologi Membrary Ukur:an Pori serta Berbagai Ranah Penerapannya
23 24
27 28 29 30
% 39 46 49 49 51 51
52 52 53 53 55
fi
65
ffi
Gambar23. Gambar24. Gambar25. Gambar25. Gambar27. Gambar28. Gambar29. Gambar 30.
SEM Membran UF Anisotrop Bagan Proses ul&afiltrasi Reovery
72 72 73 73
Membran Plat Datar Berkerangka CarhidgeMembran UF-SW Fotomikrograf Membran HFF Pori Membran UF (SEM)-Hitachi Model (BULFIS) tvlembran NF Bagan Sistem UF Gambar 3I. Ragam Opemsi UF Gambar32. Kurva Kinerja Sistem HFF laju AlirTetap Gambar33. Bugrn Alir Sistem Poles Terpusakrya pada Industri
74
76 76 77 78 79
Farmasi
Gambar34. Bagan Alir Sistem poles Terpusat pada Industri Elektronika Gambar35. Bagan Membran Kation dan Anion Gambar36. Pengaruh Potensial DC atas Larutan NaCI/FDO Gambar37. ED Sistem Stack Gambar 38. Pasangan Sel pada ED Gambar39. Grafik Tahanan pasangan Sel Gambar40. Gejala Kinetikpada Membran Anion Gambar 41. Pola Pembiayaan ED Teoritis Gambar42. Pilihan Bagan Alir proses Gambar43. Bagan AlirPrmes Balikan ED Gambar44. Pencuci Elektroda Gambar45. Aliran Paralel-Seri Gambar 46. Jalinan Kirchhoff Stack Elekbodialisis
Gambar47. Proses Deionisasi Gambar48. Cara Kerja Deionisasi Kontinyu
81
DAFTAR TABEL
88 89 90 97
y2 E2
97 98
'99
Tabel l-1 : Berbagai Kotoran dalam Tabel l-2: Parameter Fisik Air Tabel 1-3: ParameterKimia Air
l-4: l-5: 16:
1,04
Tabel Tabel Tabel
108
Tabel3r
101
r03
110
Tabel
&l
Tatr,|4-Z Tabel 4-3 Tabel Fl
Tabel12
Tabel !3 Tabel 5-{ Tabel F5
Parameter Benfuk Gas Isi Formulir Analisis Cuplikan Gnade
a
Air
13
l3 16
Air
/Taraf Kemurnian Air
I-aju AlirSebagai Fungsi Luas Filteq, dan Aneka BidangPemakaian Pengelompokan Sistem Osmosis Balik Umum Data Minimum Mutu AirunhrkDesain Sistem RO
Konsumsi Energr dan Perhitungan Biaya Osmosis Balik Perbandingan Antara RO, UF dan lv[F Membran Pemumian Air (UD Perbandingan antar Ragam Operasi UF Rangkuman Cara Pemantauan Parameter AIat UF l.embar Log Sistem tlF
20 .,,' 40 53
v 63 71,
75 78 83
u
MUTU AIRDI ALAM DIGARAP
Air adalah sumber ke$Cgpql, Air merupakan senyawa sederhlna (HzO), te@rnaUaAe=-=-fqut t"fp=qi.Air bersih daLaii murni merupiSan bahan yang semqkin psn!!1g. juga langka, dengan makin maiunya iptek, masyarakat dan peradab-an industri. Sebaliknya, berkat perkembangan iptek, mutu air pun dapat diperbaiki. Belym pernah di dalam sejarah manusia dapat memurnikan air seperti sekarang ini. Air murni amat penting bagi industri kimia, farmasi, Pangan sampai elektronika. Air bersih makin menjadi tuntutan kehidupan seseharl Bila Et;r membersihkan, memberi lakuan tertenhr, memurnikan air, sebenarnya yang kita tangani bukan airnya par se, tetapi kotoran-nyaBagaimana memisahkan kotoran tersebut, itulah kiat iptek mutakhir'
KOTORAN DI AIR
\lt n ,.',';.
;;
Kotoran tak dikehendaki ada dalam air. Ada banyak sekali kotoran. Lazimnya kadar kotoran tersebut tidak besar. Airbersih di alam jarang mengandungpadatan total terlarut (PTT) lebih daripada 500 ppm (bagran tiap juta) atau 0,05%. Bandingkan dengan.bahan kimia biasa, yang PA @ro-anatisis) sekalipun, semisal NaOH, kotorannya bisa sampai t%.kotoran dalam air relatif sedikit, tentu saja kecuali air kotor, air limbah atau air laut (PTT dapat 50.000 PPm).
sumbernya
l.
(larut)
Bahan organik
Anorganik
Garam
Terlarut
pupuk nitrat,
ini
Ti
deterJen, sabun.
boron
misalnya
ring. Unsur tertentu
besar, apalagi di daerah ke-
Untuk irigasi, PTT takboleh
Amonia mmg; ganggu khlorinasi
N.
ragam. Zat
organik
bertuih.
h8ln.
bertahaya untuk pendi-
sedang, tak
Prasyarat proses beraneka
fatal. iangan berbau dan
tinggi/mutlak.
nuntut kemurnian
farmasi dan elektronik me-
lndustri kimia,
menyebabkan bercak noda pada kain (tekstil).
Mn
Dalam sistem pendingin. Fe,
pertumbuhan mikroba dan
hara menyebabkan
Sifat korosi dan kerak penting Zat
Tidak terlalu
tertentu.
lebih daripada menSEantSu 10 ppm selaku tanaman
logam berat dan sianida beracun. Nitrat tidak boleh
dakboleh ada
sering dilampaui.
Batas
ppm sulfat 100 ppm Fluorida I ppm p" 7-8
akni pH serta
Yang penting
LANGSUNC
Batas: PTT 500 ppm kesadahan 200
DAN
DIMINUM PEMROSES
AIR PENDINGIN
PAM TAK.
AIRMINUM (LANGSUNC)
Wama, bau Kotoran alamiah hasil uraian bahan dan rasa sesuai hewani dan nakeadaan lokal. bati, menimbulRacun, kan warna serta pestisida, asam humat (huorganologam, mus) dan fulvat. harus tak ada. Limbah Fenol rumahtangga, bertahaya. bahan biologis,
dan fosfat. Buangan industri terutama logam. Salinitas (khlorida) dari laut dan intrusi ke air tanah. Penguraian N meniadi amonium dan nitrat
natrium, khlorida
fosfat, sulfat. Peningkatan garam dari limbah rumahtangga,
Sisa
alkali, mineral.
Bilasan mineral dan tangkapan CO2 udara, sehingga sadah,
/O- Organik \ /O- Organik \ A \ - Anorganik/ (A- Anorganik j
Kelompok Kototan
d
ikontrol
KEMBALI/
u
I
Flokulasi diikuti sedimentasi, Perlu Mengganggu (penyumbatan P€nSenceran atau lakuan dan fouling) penukaran ion kontrol oksigen anorganik. (terserap), bau,
lingkungan hiduo sehat
juga penghilangan racun. [,estarikan
buih/busa,
oksidasi dan biologis.
makin vital.
nertukeren ion.
PK), febakan
khlorinasi,
(ozonisasi,
truksi kimia
biologis, des-
balik), ultrafiltrasi, karbon aditif, lakuan
RO (osmcis
filtrasi, flotasi,
secara
kunganhidup
Pelunakan dengan penukar ion, iuga deionisasi dan dealkalisasi. osmosis balik Elektrodialisis.
Distilasi. Amoniak dan nitrat diubah
Amonia
danau.
eutrofikasi
menyebabkan
Tathara
sianida.
minimum.
kesadahan air,
rasi F"/Mn,
logam berat diendapkan. Khlorinasi
p", (beracun, logam berat), sulfat (korosi), harus
parameter
Berbagai
BUANG KE DAUR ALAM
berbahaya bagi ikan. PPT iuga tak boleh berlebihan. Faktor ling-
Kondensat harus diberi lakuan ulans. " Koreksi pH sesuai dosis.
kesadahan, alkali, garam
kandungan
memPrasyaratkan kecilnya
tinggiboiler
Tekanan
adirif
sif
gen, sifat koro-
PTT, partikel
Kesadahan,
Tabel l-72 Berbagai Kotoran ilalam air (Alam) Mentah
l_
U
D'
I
lo
,q
U
[,
E
0"
I
H.
E
p
!,
{c
5
o
TJ
tr
.tp
U"
T
o
l>t
Benda
hidup
Organik (O)
Suspensi
Anorganik(A)
serta rumahtanssa
limbah industri
nabati. Prcxluk dan
produk industri dan rumahtansea Partikel organisme, hewani atau
dan nabati.
Partikel hewani
cerobong asap dan lain-lain.
limbah pertambangan sludge, kapur, debu, bilasan,
han industri cucian batubara,
dihilangkan.
partikel dapal
ditolerir
Prasyarat Beberapa
nginan resirkulasi.
Flarus
halus
kandungan sedikit partikel amat
Prasyarat sesuai proses. Debu dapat mengganSSu dalam pendi-
dihilangkan
Bahan alamiah mi- Harus dihilangkan! salnya pasir. Ba-
dapatdilihat.
Belum ada
Kekeruhan
ppm mulai
(kebutuhan oksigen biokl-
nya!
(polimer) dan partikel organik alamiah. Limbah industri keramik dan kertas Llmbah padat. 1
tak baik mutu-
Makromolekul
Prasyaratnya.
[{arus dihilangkan.
men88an88u BOD. Pengendapan berlebihan di dasar danau dan sungai kanan rendah boleh sedikit ada partikel.
Pengendapan di dasar danau menyebabkan pengu raian (anaerobik)
rusak
organisme, telur ikan. Ekologi dapat
membunuh
Bahan organik
Air boiler te-
mia).
tersumbat dan mengSanSgu fouling BOD,
Bahan organik
tersisa
I\'ama!
(PAM) sering
Penukar ion
dapat
n8an.
Berlain-
laianan
Boleh ada
sedikitkoloid
Airminum
si besi dan ma-
pesiisida
menimbulkan buih
mengakibatkan pengendapan kesadahan menjadi kerak. Deterjen
pendinginan
Koloid (O dan L,ernpung, oksida- Keruhl
Suspensi
Zatorganrk banyak, pada
A}
3.
2.
lemakminyak, pelarut Residu
kimia organik,
kertas, bahan
pertanian (intensifl, pupuk, penyamakan ktrlit, pabrik
Limbah industri Pross Pan8an,
BOD,
filtrasi. Lakuan biologis atas
Sedimentasi
Sedimentasi dan penyaringan.
Ultrafiltrasi.
T'OD.
lakuan penSuranSan
flokulasi
Proses
r5
l9
,a te B
U
ts
E !,
I 9,
d I
H
tr
!t
tr
x
d
E
to
t0 E'
F ,t o 5 I
o
rl o F
4. Gas
tinggi/besar.
Bentuk kehidupan
mikroba
Ganggang dan
Cahaya mempercepat
Oz dan COz dihilangkan
Harus dihilangkan.
Bukan masalah.
Saring.
atau radiasi
ultraviolet
Sterilisasi
dengan khlor, ozon dan biosida lain.
filtrasi, Disinfeksi
dikurangi.
Biasanya Penghilangan bukan masalah 8as s€cara menimbulkan dengan termal atau masalah pada degassing atau mekanis, atas sistem resirku- diberi bahan COzdan Or. lasi. kimia. Dosing Peniebakan amonia untuk kimia, mengatur pH. misalnya Oz dengan sulfit atau hidrazin. dengan karbon aktif. Penukaran ion.
hari.
dan menambah Oz sampai lewat jenuh pada siang hari, dan sebaliknya pada malam
Dekhlorinasi
SOz
Terkadang
penyaringan.
ngin secara
Dihilangkan dari air pendi-
resirkulasi.
pendingin
sistem
Dapat menimbulkan lendir pada
menuntut mutu seperti air minum,
PanSan
biologis.
harus
Mikro
Dikurangi deVirus dan bakteri enterik ngan lakuan
mengambil CGz
sering tinggi.
khlor (CIz)
kandungan
Tak masalah
dihilanekan.
Organisme kecil terkadang tak berbahaya tetapi perlu
nasi.
terkontami-
apalagi pada air yang
pertumbuhan,
pertumbuhan Ean88an8 yang liar.
industri. Pemrosesan
Tak penting kecuali
Tak penting pada proses
gangganS
pembusukanbiologis atau limbah industri. Pertumbuhan
penting. Amonia merusakbau
untuk mencegah
dan rasa. COz dan Oz menambah kesegaran rasa.
Jarang ada. Sumberbawah tanah banyak CQ, ada yang HzS. Cas NHr dapat berasal dari
Harus dihilangkan.
menyebabkan bau dan rasa.
Oz dan COz selalu
Tanaman air terapung dan berakar,
ientik serangga, kutu air dll.
Ikan. cacing,
Bakteri belerang bila anaerobik.
besi dari sumur dan pipa besi.
ganggang. Bakteri
pertumbuhan
lilang.
rumahtangga.
iamur mikro
E.coli harus
limbah
PiPa
distribusi. Bentuk patogen dan
Harus dibatasi Prasyarat bila untukair lebih lunak minum. Dapat tetapi perlu muncullagi di khlorinasi
selalu ada di air alam. Pasti ada bila cukup zathara, misalnya
mikrofungsi
protozoa,
Canggang, virus, bakteri, muba,
o
f6
le
I
tD
oq
U
'D ts
*
a
d
lf
tr
tD
rt tr
to
t, 5
tt {
5
m
o o
E'
ts'
-, o
8
TeknologiMembran PemurnianAir
Air sumur dalam ialah air yang telah merembes melalui lapisanmrn bArsarul air sumber, masuk ke tanah. Selama perem-
lapisan
besan, bahan-bahan organiknya hilang. Air sumur?alhm ilapat diminum karena telah bebas bakte{. Sebaliknya, air sumur dangkal biasa (beberapa meter/belasan meter saja) tidak boleh diminum menrah.
Air sumur dalam selama
perembesannya iuga melarutkan dan membawa berbagai mineral, apalagi karena sifahrya asam (COz terlarut). Air demikian memiliki PTT (Padatan Total Terlarut) ti.g$, dan PTT itu sebagian besar adalah kalsium bikarbonat. Bila keasaman hilang, air akan bersifat sadah (sementara). Kesadahan cenderung membentuk kerak dalam pipa dan ketel, walau tak menimbulkan korosi. Air sumur dalam sering banyak mengandung besi dan rrumgan yangTita terkena udara maka lama-lama akan membentuk endapan kuning coklat. Air sumur dalam juga mengandung silika dari pelarutan pasir halus.-
Lapisan tanah itu tipis dan yang di bawahnya terdapat batuan kedap air, menghasilkan hir yang khas pula. Air itu biasanya berwarna kekuningan, berbuih/busa. Air demikian, yang berasal dari daerah yang jauh dari kota (jadi bukan karena pencemar/limbah), lazim disebut cir tanah Moor (bukan dari daerah berkapur).
Hujan yang jatuh ke tanah, airnya menesap, tertimbun di kolam atau "situn, lalu mengalir lagi. Karena dasar tanahnya batuan kedap aiq, hanya sedikit PTT-nya. Jadi kesadafrgnnya pun lebih rendah daripada air sumur dalam. Keasaman aimya (pn rendah) membuatnya korosif. I(andungan oqganiknya cukup besar, warnanya kekuningan. Bahan organik cenderung aktif permukaan, maka berbuih. Kotoran organik itu 6ermacarn-macrm jenisnya, dari yang berukuran molekul kecil sampai yang koloid. Juga banyak asam humat dan fulvatnya.
Air Moor tak harus di
pegunungan. Yang penting bahran di bawahnya (lapisan tanah hanya tipis) bersifat kedap air, bukan-lgrpur.
$ir pegunungary dari mata air, dari resapan ke batuan berkapur biasanya jernih, kebiruan oleh partikel terlarut di dalamngr. Alcibat bilasan saat perembesan, air pegunungan amat tinggi alkalinitas dan kesadahannya. Terkadang kandungan organiknya juga tinggi. Air pegunungaf,j"su berkandungan partikel batuan halus, berkad# silika tinggi, dapat difilter.
Air permukaan lain lagi. Ini misalnya air sungai, danau, kanal, bahkan teluk yang jauh sekali meniorok ke daratan. Air demikian
Mutu Air di Alam Digarap
biasanya arirat keruh, PTT-nya besar. Seringkali sudah tercemar oleh kotoran lain seperti limbah industri, koii dan rumahtangga, sabun dan deterjen, fosfat, residu pupuk dan pestisida, logam berat, amonia, nitrit, fenol bahkan bakteri berbahaya. Bilasan dari daerah pe6wahan mengandung residu nihag fosfat, pupuk dan sebagainya, sehingga menurut standar WHO (PBB) tak layak diminum. Kandungan sulfat dan kalsiumnya juga tinggi, maka sebagai air industri tak memenuhi syarat pula. Air permukaan juga banyak me. ngandung organik dari limbah manusia, peternakan, pabrik pengolah makanan dan lainlain. Dari perkotaan juga masuk deterjen, limbahlimbah lain, sehingga kadar oksigen merosot sementara kadar amonianya naik. Nilai kalium permanganat dan BOD-nya meningkat drastis.
Air permukaan juga terkontaminasi kotoran-kotoran lain yang sukar dibersihkan dengan pengendapan saja. Deterjen mengganggu kerja resin penukar ion, juga'asam humatnya. Mutu bakteriologisnya juga menguatirkan, perlu selalu disterilisasi. Limbah rumahtangga yang kaya garam serta fosfat memacu pertumbuhan ganggang dan sebagainya. Di masyarakat yang makin maju, limbah industri beracun berbahaya merupakan ancaman gawat bagi air permukaan. Peraturan dan pelaksanaan pelestarian lingkungan hidup harus semakin diperketat bagi industri.
Air
daerah kering biasanya berkandungan bahan anoqganik (A)
besar tetapi kandungan organiknya (O) kecil. Uji permanganat memang
dapat memberikan hasil tinggi, tetapi bukan karena oqganiknyi, melainkan karena adanya banyak reduktor anoqganik. Air daerah kering dapat jernih, dapat pula keruh.
Air sumur daerah kering sering banyak mengandung HzS. Terkadang air itu hangat, bahkan panas. PTT-nya berlain-lainan. pTT dapat meningkat apabila terjadi intrusi air laut, walau gejala tersebut tak hanya berlaku untuk daerah kering. Di beberapa negara Afrika, misalnya I,ibya, intrusi air laut dapat sampai berpuluh kilometer menjorok ke daratan akibat penyedotan sumurbor. Kota seperti Jakarta pun terancam intrusi demiKan.
PIT juga dapat mengakibatkan pembilasan mineral. Kadar kalsium (misalnya sebagai sulfat, di Iran) dapat sampai beribu-ribu ppm (bagian per juta).
Teknologi Membran Pemurnian
10
Air
Kandungan oksigen kecil sering menyebabkan larutnya besi (Fe) dan mangan (Mn) pada sumur dalam. Di daerah kering tertentu, misalnya di Arab Saudi, didapati pula belerang dan HzS tings pada air sumur dalamnya. Airnya dapat panas, sampai 50oC. Begitu pula PTT akibat silika/pasir, apalagi di daerah kering padang pasir yang sering tertimpa badai pasir. Di Iran, sungai-sungainya yang bersumber di gurun, juga bembah-ubah mutunya. Afu di daerah tropik basah, yang banyak turun hujan, misalnya di Afrika Barat dan Indonesia/Asia Tenggara, PTT-nya jarang amat tinggi. Akan tetapi air tanah atau air sumur dalamnya tidak terlalu terpengaruh oleh curah hujan.
Air permukaan tropik basah biasanya mengandung sangat banyak bahan-bahan erosi, PTT dapat tinggr, kandungan organiknya juga tinggi. Di daerah persawahan, atau bekas sawah yang dijadikan permukiman, kandungan organik-anorganiknya sangat besar, bahkan terkadang berbau dan keruh. Pada awal musim hujan, PTT meningkat drastis, dapat sampai berpuluh ribu ppm. Tak pelak pula, kandungan mikroba dan bibit penyakit iuga besar. Di kota-kota besar seperti Medan, Palembang,
Jakarta, Semarang, Surabaya, Ujungpandang dan sebagainya, kandungan zat berbahaya akibat limbah industri harus juga dicurigai. Pengaturan in-
dustri dan limbahnya harus terus diperketat, pelaksanaannya harus terkontrol dan terbuka bagi masyarakat. daerah bopik, misalnya di Sumatera dan Kalimantan yang banyak tanah gambutrrya, keasaman air bersifat ekstrim. Hanya tanaman tertentu dapat tumbuh. Penjernihan sering menghasilkan kerak keras yang amat banyak. Di daerah Nusa Tenggara Timur, juga di bagian Jawa tertentu, kandungan PTT kapurnya amat tinggi pula.
Di
daerah tertentu
di
Pada dasarnya air di daerah tropik (basah) sangat berwariasi mutunya. Itulah sebabnya macrm lakuan atas airnya juga berbeda-beda, khas masing-masing. Penentunya selain faktor alam (enis tanah, sumber air, curah hujan, dan lainJain), juga faktor manusia (sawah, kota, ih'dustri). Yang pasti kontaminan oqganisme dan bakterinya tinggi.
Air payau di daerah pantai. Kota-kota padat penduduk di pesisir, dengan dinamika indushinya, semakin menuntut tersedianya fasilitas air bersih (selain listrik, telepon/komunikasi dan transportasi). Bila sumber
air tawar tak memadai maka harus diupayakan dari sumber air payau. Hal ini terutama merupakan tanggung jawab pemerintah bagi warganya
Mutu Air di Alam Digarap
11
yang telah membayar pqiak, tanpa menutup kesempatan partisipasi pihak swasta apabila kemampuan pemerintah terbatas padahal kebututr-
an rakyat tak mungkin ditunda-tunda. PTT air Payau sangat ti.gg
sehingga diperlukan lakuan yang mernadai agar dapat diperoleh air yang
bermutu.
PILIHAN LAKUAN AIR Untuk menghasilkan air bersih (bahkan murni) dari sumber air alam, terdapat berbagai pilihan teknik lakuan. Masing-masing memiliki ciri khas, keunggulan dan keterbatasan sehingga terkadang perlu digabung. Metode lakuan itu ialah filbasi, distilasi, penukaran ion, elektrodialisis, osmosisbalik dan ultrafiltrasi, disinfeksi/sterilisasi.
Filtrasi atau penyaringan merupakan cara klasik untuk menghilangkan kotoran yang tidak larut. Filhasi dapat digunakan sebagai cara pokok pembersihan air, disertai pralakuan semisal pengendapan dan sebagainya. Dapat pula filtrasi dijadikan kelengkapan tambahan cara pembersihan lain, misalnya sebelum atau sesudahnya. Cara pembersihan lain itu dilakukan untuk menghilangk an zat-?at terlarutrya. Distilasi juga merupakan cara lama untuk memurnikan air. Dis-
tilasi dapat untuk menawarkan (desalinasi) air Payau dan air laut,
asalkan cukup tersedia eneqgi murah untuk itu, karena untuk perubahan fasa (distilasi) diperlukan kalor tak sedikit. Untuk kaitan farmasi/medik,
misalnya injeksi dan obat, diperlukan air a-pirogen (bebas mikroba berbahaya) yang dapat dipenuhi dengan distilasi. Akan tetapi perkembangan iptek mutakhir memungkinkan teknik lain yang lebih. murah, yakni
dengan membran osmosis balik dan sebagainya. Cara distilasi dipergunakan bila kondisinya memadai, karena biayanya relatif mahal.
Penukaran ion merupakan cara ideal asalkan PPT tak terlalu besar, tak lebih dari 700 ppm. Sistem resin dan modul serta regeneran (penyegar
resin) semua harus tepat. Kotoran oqganik dapat juga dihilangkan. Air terhasil dapat amat mumi, bebas ion. Elektrodialisis dapat dipergunakan bagi air payau sampai belasan ribu ppm dan produknya adalah air minum dengan PPT sekitar20O ppm. Elektrodialisis dapat digunakan selaku pralakuan bagi teknik penukaran ion.
/ Mutu Air di Alam Digarap
Osmosis balik (RO) baik untuk lakuan air baku PpT 700 ppm ke atas, mislnya air payau sampai air laut. Ro juga baik untuk ppr rendah, namun berkotoran organik banyak. PPT dapat dihilangkan sampai ggqlbeberapa persen saja dan zat organiknya dihitangkin. uttrafiliasi (UF) dipakai sebagai poles akhir agar terhasil air murni. -
Disinfeksi (sterilisasi) berperan untuk menghancurkan (membunuh) mikroba dan bibit penyakit dalam air. proses membran tidak membunuh organisme atau gulma air lainnya. Pemurnian (penjernihan) air lazim dilakukan tidak hanya dengan satu teknik saja, melainkan menggunakan cara gabungan. Lakuan tertentu.harus-didahului pralakuan memadai tertentu. Apirag untuk terapan |1itis, mi_salnya untuk air yang diproses elekronis dan farmasi sampai bioteknologis yang airnya harus betul-betul murni, menuntut sederelan metode permurnian. walaupun kotorarurya sedikit, air ruahnya banyak, agar produknya bermutu maka metode dan teknologinya harus benarbenar efektif dan efisien. Biaya pemumian air tergantung atas berbagai faktor. pertama, biaya pengaliran melintasi segenap sistem dan komponennya. Kedua, biaya pemurniannya sendiri, yang ditentukan oleh bahan baku dan mutu prodyk yang dituiu. Biaya bahan kimia dan energi perlu diperhirungkan. Demikian pula biaya bagi limbahnya. Bila maksud utama pemurnian ialah penghilangan pTT (padatan Total rerlarut), biayanya terutama pada proses pemurniannya sendiri. Ini misalnya termasuk untuk deionisasi, desalinisasi air laut dan semacamnya. Bila produknya lebih murni, biayanya membesar. Dari 200 ppm ke 1 ppm dapat setara biaya dari 1 ppm ke 0,1 ppm. (Ultramurni). Mlkin mutlak kemurnian produk harus dicapai, biayanya pun makin meningkat. Setiap jenis air mempunyai biaya khas masing-maiing.
13
Pertama kita tinjau parameter fisik air fiabel 1-2) Parameter
l. Bau&rasa 2. Warna
keterangan
Sifat dan pengaruh Menandakan teriadinya perubahan tertentu dalam air, tetapi tidak ada satuan pengukurnya Mempengaruhi sikap orang yang meminumnya (estetik tak
Simakan secara inderawi pembau dan pencecap saja.
Diuii dengan larulan baku tertentu di lab, misalnya Nessler.
menarik).
3.
Kekeruhan
Bahan tersuspensi tak larut pada
Diukur on-Iina, aneka teknik
airpermukaan.
4. Koloid
Bahan tersuspensi, mirip larutan seiati karena dapat melintasi kertas saring.
Partikel berukuran 0, I mikron sampai seperseiu ta milimeter, memperlihatkan geiala Tynda ll, luas permukaan amat besar, bergerak bila diberi ieniang potensial listrik
Parameter kimia merupakan kelornpok parameter yang penting untuk memerikan mutu air. Dikenal ada parametu nonspuifik dan parameter spaifik. Parameter nonspesifik dalam praktek layak dan cukup
memadai disimak secrra online pada alat/modul pembersih air, agar otomatis selalu dapat dilihat dan diikuti dengan mudah. Sekaitan parameter spesifik sekarang sudah ada be$agai piranti dan zat kimia penguji cepat dan praktis. Operator pembersih/pemumi air harus dilatih sebaik-baiknya sehubungan praktek kimia praktis di dalam memantau mutu air Gabel 1-3) Parameter
Sifat dan pengaruh
Keterangan
(non-sneifikl
BERBAGAI TARAF MUTU Untuk menggarap air alam, meningkatkan mutunya sesuai tujuary pertama-tama harus diketahui dulu kotoran dan kontaminan di dalamnya. Berbagai parameter mutu harus disimak dan dipantau. parameterparameter tersebut menentukan/mempengaruhi pemilihan pncses lakuary operasi dan biayanya. Parameter air yang penting ialah parameter fisik, kimia, biologis dan radiologis.
l.
Daya hantar
elektrclitefD
Konsentrasi ion hidrrrgen (fl{)
Ukuran zat terionisasi total dalam air, merupakan cara pemantauan dan pengendalian mutu. Mempengaruhi berbagai lakuan airdan mutu bagi aneka penggunaan airnya.
Diukur (onJine) secara
Ukuran sifat asam /basa laru tan, mempengaruhi pnrses dan
MonitorpH selalu ada pada pemumi airyangbaik
pensgunaan produk
konduktivitas.
l4
3.
Teknologi Membran Pemu rnian
Kesadahan
t adanya garam larut m dan magnesium pemanfaatan
Air
ukur di lab. dan onJine.
Mutu Air di Alam Digarap
t3. Silika
Membentuk kerak pada turbin dan mesin.
14. Logamberacun
Arsen, kad mium, timbel, khrom, barium, selenium sering terdapati. Kontrol pada sumber
di
lingkungan industri maupun rumahtangga. Menyebabkan serta keralc Alkalinitas Ukuran banyaknya pengaruh ion atasmutu air, tidakpeduli is ion alkalinya Keasaman mineral Kontaminasi air permukaan akibat limbah industri atau pertambangan. Mempengaruhi pipa, boiler dan lainJain, menimbulkan korosi.
Dapatdipantau onJine.
pH meter sebagai ind ikator dan
15
Dimonitor on-line, Iayak dihilangkan dari air yang sedangdiproses. Bila perlu dianalisis lab.
Pencemarharus ketat (limbah / lingkungan hidup).
t5. Khlorida (Cl)
konhol.
Mempengaruhi rasa air. Amat korosif, dapat menembus lapisan pelindung konstruksi besi baja.
16. Fluorida (F)
Penukar ion efisien lebih atas ion trervalensi banyak daripada atas ion valensi tunggal seperli khlorida. Ini lazim disebul gelincir resin.
befingsi
Untuk air minum, dikontrol agarsekitar I ppm saia. Bila lebih besar maka akan amat korosif, menimbulkan sakit gigi cades atau gi8is.
17. Nitrat Besi (Fc)
Mempengaruhi rasa air dan membentuk kerak Biasanya berbentuk besi karbonat. Air jernih tetapi lamaJama karena terkena udara kemudian muncul partikel merah akibat terjadinya ferri oksida / hidroksida. Bila ada zat organik dalam air, dapat tetap melayangJayang tak
langkan dengan koagulasi filtrasi, dapat dengan asi bila ada bersama karbon dioksida dalam . Dapat dikontrol dengan
ion pula.
18. Amonia (dan aminaatsir)
mengendap, beberapa di ranya merupakan suspensi
koloid. Mangan (M") Tembaga (C.)
Seperti besi
*:qGL Kalsium (G)
Mirip tembaga.
Magnesium (Mu)
mengubah rasa air.
Natrium (Na)
nSan dikhlorinasi, sebab dapat
lkan rasa, ganas pipa logam. kesadahan air, membentuk keralc Harus dihilangkan dari air yang ng diprdses, dapat ilakukan dengan cara penukaran ion. Seperti kalsium, tetapi lebih Dapat amat korosif bagi turbin. Mudah Iolos dari penukar ion.
Berbahaya bagi kesehatan, apa- Secara terbatas dapat diatasi dengan penukar ion. lagi bayi (bayi biru). Standar WHO menetapkan maksimurr 50 ppm. Penyebabnya adalah adanya nitrat dari residu pupuL Amonia terdapat pada air Ini merupakan pertanda khas tempat terjad inya penguraian berlangsu ngnya pencemarian. biologis zat organik bernitrogery Ada dua \entuk ioniksebagai terutama dari sumber limbah amonium (pn di bawal7,2) atau tak- ionik/NHe (pldi atas rumahtangga dan pertanian. Amina atsir, misalnya hidrazin, l0J). Di antara kedua pH itu sengaia dimasukkan ke air ada dalam dua bentuk Bentuk tak-ionik membunuh ikan. Bila beroksigen agar koncai turbin mesin pabrik tercegah dari air mengandunS amonia, ia-
t
dijaga tetap dalam la-
tan dengan pengkompleksan, kai EDTA atau NTA iknya dikurangi bila untuk r rumahtangga,
19. Fosfat
terbentuk khloramin yang.mat beracun. Amonia bersifat korosif serta memacu pertumbuhanbakteri. Dalam iumlah sedikit memang menopang k hidupan.Tetapi bila terlalu banyak akan menyebabkan pertu mbuhan San8ganS meniadi liar dan teriadilah eutrofikasi. Fosfat ada dalam berbagai bentulq yaitu orthofosfa t, fosfat kondensasi,
fcfatorganik
komsi.
Residu pupukdapat mencemari air Permukaan.
17
Mutu Air di AIam Digarap
Senyawaan fenolik Mempengaruhi air minum. Bau dan rasanya santat mengtantgu. Standarair minum WHO
Uji laboratorium.
maksimumnya Q001 mgll Ppm).
Deterjen (Surfaktan
anionik)
terlalu beracun tetapi ih /busanya menttanggu. Mengganggu flokulasi oleh
Contohnya ABS. Dapat disimak i lab. Deterjen anionik kerja resin
koagu lan. Mengganggu bahkan
Asam humat (humus)
23. Asam
ligninsulfonat
ton. ieen dari air. Jenis dan BM-nya beragam. Pengukuran dengan serapan Mempengaruhi pipa Jiuran air. atau ditrasi dengan Mempengaruhi teknologi lium permanganat. Dapal penukaran ion dan pralakuan. pula dengan spektrofometri UV. Sulit diatasi dengan penukar ion. Penentua n spektrofotometri.
Gas terlarut. Air di alam mengandung sejumlah tertentu gas-gas yang terdapat di atmosfer. Terkadang dijumpai juga amonia bebas, hidrogen sulfida atau metana, terutama bila keidaannya anaerobik dan u$.jeri telah_bekerja. Biasanya perlu dilakukan oksigenisasi. Adanya gas oksigen dan karbon dioksidalah yang paling diperhatikan (tabel Parameter
24.
Oksigen
Sifat dan Pengaruh
r<). -
Keterangan
oleh sejumlahair.
Parameter COD atau kebutuhan oksigen kimia, merupakan paramater penting untuk menentukan derafat Pencemaran, /akni memberikan ekuivalen oksigen bahan organik yang daPat dioksidasi oleh oksidator kimia kuat. Parameter bakteriologis. Bakteri adalah tanaman mikroskopik. Tiga jenis utamanya adalah Bacilli (bentuk silindris), Spiillum (spiral) dan Cocci (bulat/sferik). Organisme yang keraP dijadikan Petunjuk Pencemaran tinja atau limbah ialah Escherichiacoli dan kelompok koliform
lainnya. Koliform (Coli-aerogen) ialah mikroba berbentuk silinder atau glukosa dan laktosa.Ini ber@ghasil beda dari bakteri serupa 'namun inilah yang menyebabkan tipus, batang,
lakukan di laboratorium.
air. Selalu ada dalam iumlah sedikit sampai banyak dalam air tanah. Terkadang air tanah sampai mengeluarkan gelembung-gelembung.
Parameter BOD atau kebutuhan oksigen biokimia. Uji ini untuk menentukan beban biologis air, yakni dari jumlah oksigen yang diseraP
Organisme lain yang dijadikan petunjuk ialah StrEtococcus faecalis dan Clostridium Welchii. Banyak percontoh serta mutu standar yang disyaratkan tergantung pada maksud penggunaan airnya. Analisis di-
hidrogen sulfida dan lainJairy yang juga sangat mengganggu bau dan rasa. Oksigen penting bagi kehidupan tinggi dalam Karbondioksida
Parameter CCE atau ekstrak karbon khloroform. Karbon aktif digunakan g"t"L menyerap zat organik dari sejumlah air. Parameter CCE ini tidak menyatakan jumlah kandungan organik totalnya, namun menunjukkan beban PencefiEran yang ada'
paratipus, disentri, dan sebagainya.
Korosif terhadap logam, tetapi bila tidak ada akan menyebabkan terbentuknya gas berbahaya seperti metana,
25.
Pencemar organik dan biologis dapat dituniukkan oleh berbagai parameter. Faktor pengaruhnya daPat alamiah mauPun akibat ulah manusia. Kandungan kotoran organik dapat berubah-ubah jumlah dan berat dampaknya. Adanya zat organik dapat dipastikan dengan simakan kebutuhan oksigerutya.
Bisa dikurangi dengan pengasaman dan dqgassing. Dapat pula dengan penukar ion.
Kontrol pH on-line.
Adanya bakteri di air alam yang akan dijadikan air bersih, air minum dan sebagainya tidak hanya mempunyai masalah bagaimana membunuh dan menghilangkannya dalam Proses tertentu. Akan tetapi iuga hasil penguraian mikroba/bakteri itu, disebut pirogen, daPat tetaP ada di air bersihnya. Adanya pirogen berbahaya bila airnya dijadikan pengencer larutan inieksi karena dapat mengakibatkan peningkatan suhu badan menusia/hewan yang diinieksi.
Di
masyarakat yang makin maju, bahan radioaktif layak makin diwaspadai. Pencemaran zat radioaktif dalam Parameter Radiologis.
:i
Mutu Air di Alam Disarap
Informasi perihal mutu air dinyatakan dalam satuan besaran tertenhr.
Konduktivitas atau dayahantar merupakan ukuran kemampuan mengalirkan arus listrik, menandakan banyaknya ion. Ia dapat dijadikan ukuran padatan total terlarut (PTT), menyatakan jumlah garam di dalamnya. Tentu saja pencemar organik yang relatif kurang mengion, tak dapat dipantau dengan baik. Senyawa anorganik pun berlainan sumbangannya pada dayahantar, tergantung faktor derajat ionisasi, muatan lisbik ionnya, serta mobili-tasnya. Dayahantar juga bersesuaian dengan suhu, biasanya untuk 25oC.
Resistivitas atau tahanan jeniq dinyatakan dalam satuan Ohm dikalikan satuan panjang. Dalam hal air, makin murni air ihr, makin besar tahanannya
Resistivitas ialah kebalikan konduktivitas. Satuan resistivitas umumnya mega ohm
PTT atau TDS dipakai bagi padatan total terlarut, merupakan ukuran jumlah total zat anorganik dan organik terlarut dalam air. Sementara keasaman diukur dengan pH.
PENGELOMPOKANAIR Terkadang petunjuk atas mutu dan ciri air tidak dinyatakan dalam bentuk sahlan, namun dengan istilah tertentu. Misalnya: Air lau! PTTnya 5.000-50.000 ppm (rata-rata 35.000). Air payau PTT 1.500-6.000 ppm. Air agak payau atau asin PTT 80G1.500 ppm (sumur asin, intrusi ke daratan, muara sungai). Air tawar (frah) kurang daripada 800 ppm PTTnya, yakni dari sumur dalam Oor), danau dan sebagainya. Sementara itu, sehubungan kesadahan (totalnya): Air lunak sampai 50 ppm. Agak sadah 67-120 ppm. Air sadah 121-180 ppm. Sedangkan air sangat sadah di atas 180 ppm.
Air minum, PTT-nya'agak di atas 500 ppm. Tentu saja harus bebas dari organisme dan bahan kimia yang berbahaya bagi kesehatan. Juga rasa dan baunya enak/nyaman/ *gar, tidak keruh dan tidak berwarna.
Air mineral alam, kandungan padatan total terlarut (PTT) kurang daripada 2.500 ppm.
l.rlr.t,
rJ,tl
..r.",,t iir(it,l ilra i iUi:i.t iaat
79
Kesadahan air sangat penting sehubungan dengan berbagai PenSgunaan air, karena cenderung membentuk kerak. Walaupun sedikit dipengaruhi kandungan besi dan mangan, kesadahan terutama disebabkan oleh ion kalsium dan magnesiur4. Air yang kesadahannya amat rendatr, dengan sedikit sabun saja telah berbuih banyak. Dalam praktek industri, kesadahan air harus optimum, karena apabila terlalu tinggi akan menimbulkan keralg dan bila terlalu rendah menyebabkan korosi (pelarut baik) pada suhu tinggi.
Kalsium dan magnesium dalam air dapat berbentuk garam-garam yang berbeda, biasanya bikarbonat, karbonat, sulfat atau khlorida. Bila dididihkan, gararn bikarbonat berubah menjadi karbonat yang kecil nilai kelarutannya. Itulah sebabnya bila kesadahan air terutama oleh bikarbonat/karbonat, ia dapat dihilangkan (dijadikan endapan)llengan pemanasan. Kesadahan demikian disebut kesadaha4- sementap, atau iuga dinamai kesadahan karbonat. Garam-garam lain, inisalnyia sulfat dan khlorida, tak terpengaruh oleh pendidihan. Ini disebut kesadahan atau kesadahan non-karbonat.
_tetap
Derajat kesadahan ada dalam berbagai sistem satuan. Ada derajat Prancis, ada derajat ]erman. Definisi kesadahan memakai gram per gallon
(1 grain = 64,8 mg, 1 gallon = 3,785 liter; lihat buku AIH: "MENGENAL ELEKTROPLATING" / ANDI Offset, ISBN 9 79-53 3 -W77, Yogya, 1992, juga bagian Lampiran/Tip buku ini). Gallon Inggris (imperial) berbeda pula dengan gallon Amerika. Pengelompokan oleh Kantor Survey Geologis AS diterima di kalangan teknologi air: 4 taraf mutu (lunak, agak, sadah, dan sangat), dinyatakan dalam ppm serta kalsium karbonat. Julat satuan tersebut mudah dipahami dan diterima secara internasional.
Mutu air, secara tradisional (entah sejak kapan), diacukan pada air bersih atau air minum. Tetapi rujukan demikian agak kabur. Air minum bukan berarti air murni. Air berkandungan ion-ion mineral, tidak sekadar layak-minum, melaiikan iustru menyehatkan. Air minum memang bersih. Tetapi air rninum tidak selalu memadai untuk keperluan ilmiah, industri dan medis. Air minum kerap harus lebih dimurnikan untuk itu.
Tidak sedikit upaya berpuluh badan/lembaga berbagai negara maupun organisasi internasional untuk menetapkan petunjuk dan peraturan perihal mutu air untuk penggunaan tertentu. WHO menetapkan standar air minum. Spesifikasi Pharmacopoeia tidak sekadar menyajikan uji dan analisis produk air namun juga menilai cara proses dan lakuannya. Standar ACS, ASTM, BEWA dan banyak lagi ada pula.
20
Teknologi Membran pemurnian
Air
Mutu Air di Alam Digarap
27
Bermacam-m;icam dan tidak boleh diambil-alih begitu saja tanpa menyimak penggunaan khasnya. Profesional di Indonesia harus ieli dan konsisten, sekaligus sadar bahwa masih banyak peraturan di negara kita
Warna
yang sudah usang ditinjau dari segi perkembangan iptek mutakhir" Adalah juga tanggung iawab Menristek, dan lain-lain untuk turut serLa menanganinya dengan serius dan piawai. Standar antarinstansi perlu diserasikan satu sama lain. Aneka statuta, Petuniuk, sPcsifikasi, peraturan,
skala Hazen
Kekeruhan D-ayahantar
skala NTU
__
ps/cm(pada25oC)
niscaya makin kongruen serta menzaman.
- -
ppm(pada 18"C)
air dimurnikan? Sesuai" _bahan baku, pcnggunaan produk serta sistem yang dipakai, berbagai parameter air harus
PH
PPT Kesadahan total
Seberapa iauh
direkayasa. Prosesnya acapkali merupakan kombinasi. Sistem pcmurnian
Kalsium Magnesium
yang memadai dapat mencapai produk mendekati HzO teoritis. ]adi, pemurnian air itu seperti "pengilangan". Makin mumi, makin mahal pemilihan proses untuk maksud tertentu perlu mempertimbangkan segi teknis dan ekonomisnya. Air minum misalnya, tak perlu air mumi.
Natrium Kalium
Kohlrausch (1894) telah membuat air murni/ dengan 25 kali distilasi berurut dalam bejana kuarsa. Jasa karya klasik Kohlrausch tersebut ialah:
Keasaman mineral ekivalen
Alkalinitas total Alkalinitas PP
Bikartonat Karbonat ppm (bagian tiap juta)
Hidroksida Sulfat
Khlorida
Nitrat Karbon dioksida bebas
Silika
Si Oz
Besi total
F"
Besi larutan
FE
Tembaga
C,
Aluminium
AI
Khlorbebas Oksigen terserap
Clz
g
iam
2f C)
Oz
1. Pengukuran hantaran listrik diterima sebagai sarana uji mutu air. 2. Mutu air mutlak mumi disebut air konduktivitas. 3. Tersingkapnya kekeliruan kesimpulan banyak pakar bahwa dayahantar merupakan petunjuk tak ada segenap kotoran tersuspensi dan terlarut. Pengukuran dayahantar hanya menunjukkan ada tidaknya terlarut ionik, bukan kotoran organik atau biologis. Itulah sebabnya kini makin dianut empat spesifikasi prasyarat air murni berikuL Sistem Lorch. Dikenal iuga ada sistem-sistem lain, tetapi sistem ini yang jelas terkuantifikasi, tidak berbasis manasuka, serta dihasilkan dari air (bermutu) minum. Cirinya: (1) Dibuat dengan sistem pemurnian yang beredar luas, (2) Sesuai untuk aneka terapan khas ilmiah, kedokteran dan industri, (3) Satuannya internasional/Sl, (4) Dapat diukur dengan piranti danpraktek analisis lazimnya.
n
'
Teknologi Membran Pemurnian
Air
Mutu Air di Alam
Digarap
23
Tabel 1-6: Gradelfaraf Kemurnian Air Iorch). Grade I Satuan
Air murni kimia/biologis
Grade 2
Crade 3
Air murni
Air murni de-
kimia, ada sedikit organik
ngan sedikit padatan dan gas terlarut
Dayahantar ( p
0,055
Grade
(! lr cl
4
J1
(!
Air murni dengan sedikit .=(!
terlarut $, dan COz dalam umpan
0,055
2-l
q,_)
l8
05-I
o,2-05
\(s
.U .q
EF
6: @J UOO
tl
ca oa, o. o.
PP (:;
18
.E L-^
(MO/cm) Organik terlarut,
limit deteksi
< 0,1
t
N/A
N/A
oksigen terserap
G
,o
.:
(pp-) Padatan suspensi
limit deteksi
limit deteksi
< 0,05
< 0,05
5,8 - 8,5
4-8,5
N/A
N/A seperti air
6
(ppm) Julat pH Cacah bakteri (koloni
7
nol
-7 <6
6,5
tiap 100 ml) Silika $02 (ppm)
< 0,002
< 0,005
< 0,05
Logam reriik terlarut
< 0,003
< 0,005
< 0,05
CQ (ppm) Kaiian mutu
linrit deteksi linrit deteksi dayahantar, pH,'s. & ToD
seperti air
umpan
seperti air umPan
limit deteksi
1,0
seperti air
dayahantar, pH,-s, & ToD
dayahantar,
iH, c s'
umPan layahantar,
),lr
Untuk mencapai taraf air murni mutlah berbagai karya bersarna antara ahli kirnia, ahli fisika dan insinyur/teknisi telah berbuatr, pengerjaan dapat cepat, efisiery aman dan ekonomis. Sekaitan dengan hal itu peranan iptek membran paling rnutlak. Selain berpuluh bidang lain yang memetik manfaat, bidang pemurnian dan pembersihan air berkembang lantaran majunya ilmu dan teknologi membran, yang menderu dalam beberapa dasawarsa terakhir ini (prestasi generasi muda "babyboom').
PS
E Th E t-o =
::iJ (E
qr
=> E totl I Fi! II
E9 l.r.;^r
(ELJ :: az
trJ G -J*-
< 0,05
seperti air umPan
t9\ eF Xt^-
X O ts
umpan (ppm) Koloid
tn
qf
S/cm) Resistivitas 25oC
x (E
padatan
-a'EA I ES E *oc q,.E
!o
*a
S € oi
GK rdr -.J *-
*.-A
^q)EO .i tl-
t 'x;l -Yfi -ar
=
0)
h-q: !roE o^x -o;!a
tr E.:r o. o. lr)
x
5or
E4
cE
d.r 6
ts =; '= -Eq, ..*l a-n
v
I -# d*AJTV (!@ A LJ
-'^ u(! Es OJ(E
JEO
;
s(! (E
U
Membran Pemurnian
Air
Bab
II
AIRBERSIHMURNI CARATRADISIONAL Apa itu air bersih/mumi? Seberapa bersihlmurni? Tentu saja hal ini berwajah rangkap: a). Perihal mutu aimya per se, b). Menunjuk pada cara/teknik pemurniannya.
t-xl t'l r8r 15}
I} v7\ DEIOMSASI
osMosrsBALIK
Gambar-2: Perbandingarl
ULTRAFILTRASI
Pada bab terdahulu telah dipaparkan garis besar masalah mutu air perse. Perihal teknik pemurnian air antara lain terurai dalam buku An untuk lndustri Pangan (F.G. Winarno, Gramedia,1986). C-ara-cara pembersihan/pemurnian serta analisis mutu air yang termuat dalam buku itulah
yang dimaksudkan konvensional-tradisional. Jadi yang dimaksudkan tradisional bukan harus apa yang dilakukan di desa terpencil belaka. PELUNAKANAIR SADAH
MIKROFILTRASI
Kesadahan air disebabkan oleh garam-garam kalsium dan atau magnesium, bikarbonat, sulfat, khlorida. Penghilangan kesadahan secara
tradisional dilakukan dengan proses kapur/soda abu, proses zeolit, aneka teknorogi pemurnian air sekaitan
ciri pmg-
hilangan kotoran fkontaminaT perru penggabungan agar 4etctis liasanya ekonomis. (T eknologi membran mu t akhir)
din
proses resim organik/polimer. Semua ini proses kimia penukaran ion. Pada proses soda abu, garam dijadikan benhrk yang mengendap. Pada proses zeolit, ion kalsium/magnesium diganti dengan nahium dari zeolit Na-nya. Dengan resin, ion-ion garam juga ditukar.
Teknologi Membran Pemurnian
26
Air
Pada proses soda abu terkadang ditambahkan CO2 (dapat juga dari
atmosfcr). Rcaksinya: Ca(OH)z + Mg/C-a (HCOe)z Mg/Ca(SOa)
coz
+
ca (oH)z
CaCQ + Mg (OH)z + HzO
->
caCQ
+
+ CaCe Hzo
+ NazSOa
27
Air Bersih-Murni Cara Tradisional
Perbaikan teknis Penyaringan pasir ialah dalam ruPa Penyaring industripasir cepat, dengan tekanan. mtei Ueitetanan itu dipakai pada (tahan tekanan inausfi konveisional. Bentuk bejana penyaringnya dan tinggi) dapat berupa tanki tegak, ta-nki. terguting, penyaring achrane sebagainya, dengan berbagai modifi kasinya'
ffi W
-> ->Mg(OH)z
Terkadang ditambah pula zat penggumpal (koagulan) seperti tawas/filter alum, ferrosulfat, nakium aluminat dan sebagainya. Proses demikian tidak boleh digabungkan sembarangan dengan proses teknologi membran mutakhir, sebab dapat merusak modul permeator/membrannya. Prcses penukaran ion dapat dengan zeolit-Na (produknya lalu mengandung natrium), atau resin penukar ion (kation/anion). Prtrsesproses hadisional b"gr"i hanya baik untuk keperluan kecil-kecilan. Untuk industri, pelunakan air sadah dengan cara tradisional seperti itu tidak dapat diterima lagi, apalagi untuk industri kimia, pangart obat dan elektronika. Cara tradisional tidak dapat menghilangkan kontaminan secara semPurrE.
Teknik resin memang terus dikembangkan dan disempurnakarl d
ijadikan kontinyu, otomatis, ditopang kontrol berkom puter.
PENJERNITIANAIR
U/
Di dasawarsa 1950-1960-an dulu, menjernihkan air sumur misalnya, ditempuh dengan cara sederhana, yakni melewatkan air ke beberapa bak. Bak pertama, penambaha_n tawas/aluminium sulfat. Pada air sadah berkapur, p.osesr,ya efektif (pH tinggil. Pertama, pada kesadahan terjadi reaksi:
produk
Gambar Alz (SOr): + Ca(HCOa)z
--, Al(OFI)s + CaSOr
+ COz
3z
Penyaring cepat tipe tanki tetguling dan cochrane'konueasianaltradisional.
Padadasamya,PDAM(PerusahaanDaerahAirMinum)diIn-
Dengan cara itu maka kandungan besi akan berubah' menjadi ferro (valensi 2) yang.bersifat koloid, yang kemudian mengendap berwarna kuning-coklat. Kbloid lain pun turut menggumpal dan mengendap.
(permukaan)' prosesnya donesia, yang biasanya berbahan baku air sungai
Air kemudian dialirkan ke bak kedua. Bak ini berisi baftr, kerikil, pasir. Penyaring pasir itu disusun baik, sehingga produknya
'p"I*n akibat tor,tui.ir,itinya kerapkali penambahan .di !!4alanan, ketika samlakuan khlorinasi (sucihamanya) tertlu diperbesar sehingga
ijul
sungguh jernih, bersih, dan tak menimbulkan kerak pada alat dapur dan sebagainya.Itulah inovasi ala dulu. i
mengurus juga fadisio"nal demikian. Teknologi lama dan terlalu repot 'pe"nambaha distribusinya Karena iaringan n zat-zatkimia penuniaignya. maka agar tidak terlalu tua yang Oerdisawarsa), banyak s.raan iula kekeruh-
p"i ai rumahtangga konsumenbaunya rnuiitt menyengat' Mutu parah' an, kandungar, H*a/biologisnya, iuga acapkali sangat
Sama
29 Teknolosi Membran Pemurnian Air
28
sekali tidak boleh diminum langsung.(Bandingkan hal ini dengan air di negara lainnya, air ledeng yang ada di jalan dan taman boleh diminum langsung karena sehat). Di Indonesia, hal demikian, kurang jelas me-
ngapa dan sampai kapan disempurnakan/diperbaiki. Memelihara instalasi yang ada pun kita masih terengah-engah. Soal kuantitas dan kualitas air bersih bagi warga negara Republik Indonesia sampai detik ini masih kurang bila dibandingkan dengan rekan-rekan dan tetangga lain. Pengolahan air minum
di Indonesia yang mestinya tersedia baik
(kualitas/kuantitas) bagi hampir 200 juta warga negara dan bangsa Indonesia, dewasa ini masih sangat tradisional. Sementara iptek sudah sampai taraf PDAM ozon dan membran dan setarafnya, di Indonesia masih dengan dasar pengendapan, ditambah sedikit sentuhan kimia belaka. Kaum muda Iayak prihatin, sebab di negara tropik basah yang sebagian besar wilayahnya adalah air tetapi fasilitas air bersihnya masih terbatas; air botolan dijual lebih mahal daripada BBM dan itu pun tidak selalu terjamin mutunya. Catatan: Tentu saja tantangan pertama ditujukan kepada para aNi/insinyur teknik lingkungan (penyehatan) serta ahli/dokter kesehatan masyarakat.Karya nyata diminta oleh bangsa yang telah mendidikmereka.
E@[
Air Bersih'Murni Cara Ttadisional
akibat tidak memadainya lndonesia seclra menyeluruh' Komplikasi memberi biaya tambahmutu (dan iumlah) "#il"*in' *tu'lt!""tt'uung sekit' dan lain-lain yang industri' **uh an teramat besac rct;;; b;gi modern (silakan kaii)'
r
um,/ bersih
uf
yan .':o!1*.11 :it 1t::":i, :""; i:f,"1i.'**;j i 0""' f#ff;il'oiii ;::*#;;; [:"#il l.i::"I;]: fiil ;H:il;;;r*'u*p "g' Tfr3 *' u""-foigl]"],1*, Y:;
Khlorina si
ai
m in
!9{
3
i
ff ffi T#,ilid;:"aql;i;ii,,pt-'-;::r::f":?;5liilli'3:';l*";
lgXil?H#,'Gi3il-n'o.*'."'io';"i'111'.1"1i*nio"'#t:* bentuK DuDuKr i:lHff -,,=._X'il;; ,'r* air bereaksi dengan khloc baru atau gas (khlor)'
:::: r:il H fi il;
Zat
;;""
"ir
r -- ^--L^-Lor m ikroba' tu mbuh mikroba. gt'a mbat r.rmhrrh ,n
""
t residu
khlor
il#[-l---'{--,u.^ ,--c-----
Gambar
4z Bogan sederhana prosa tratlisionol pmjernihan
oir @DAM).
penambahankhlor
4
KHLORINASI Lagi-lagi secara tradisional, air jernih dan bersih tersebut masih harus disucihamakary di Indonesia lazimnya dengan khlorinasi. Mes. kipun memakai unit proses mahal atau murah manual atau elektronih tetap saja metode khlorinasi adalah metode tua, tradisional. Cara penyulihamaun (sterilisasi) iengan kilorinasi sering tidak dapat d"igabungkan (tidak cocok lagi) dengan iptek membran mutakhir yang semakin populer. Hati-hati, jangan langsung menggunakan air PDAM (edeng) sebagai umpan masuk ke piranti/sistem membran. Membrannya bisa rusak! Catatan: Menjelang Abad 21, era iptek, makin mendesak untuk berpikir ulang perihal sistem penyediaan air bersih/air minum di
Gambar
*
Ciri kebutuhan lhlor air'
ru kemudian dan mik':*l"ml;T:1'fflJiH'T i;:li:r:I:H;;; il"*t iri"*urkan surrida roba Pun hilang'
30
Teknologi Membran Pemurnian
Air
Bila memakai gas khlor (Clz):
(1). Penguraian khlor oleh reduktor, belum nampak ada residu khlor,
+Cl-
tiada daya sucihamanYa.
FIOCI itulah bentuk aktif sucihamanya, maka pH diatur. HOCI dalam air mengurai:
(2). Terbentuk kompleks organik, daya sucihama kecil' (3). Terjadi reaksi d"ngup imonia /senyawaan bernitrogen, membentuk
khloroamina. (4). Penguraian khloroamina /khloroorganik. (s). Terietuk khlor bebas dan komples khloroorganik scsudah break-
HOCI=H++OCls
31
Pada khlorina.si, te4adi urutan tahapan reaksi:
Clz+HzO:HOCI+H+
Disosiasi sukar terjadi bila pH
Air Bersih-Murni Cara lYadisional
point (titik terendah Penurunan residu karena reaksi tahap 4)'
6.
Khlor dengan amonia bereaksi membentuk
khloramina
(mono/diltri):
Berbagai alat khlorinator dapat dibuat unhrk meneteskan/mengalirkan kfrlor ke dalam air, katakan sejumlah ppm (bagian tiap iuta)
sia.
HOCI HOCI HOCI NFIg ---+ NHzCI NHCIz --+NCls Khlor (hipokhlorit) juga bereaksi dengan zat organik, protein
dan
sebagainya. Khlor dalam air yang tergabung dengan senyawaan nitrogen di sebu t khlor-terika t (combined).
Asal dicamkan: untuk umPan sistem membran, air yang dikhlorinasi dapat merusak, maka perlu dihilangkan Bq:i- khlomya' Perlu ada modifikasi bila teknik tradisional hendak diiodohkan dengan cara iptekmutakhir. Modifikasi desinfeksi non-khlor iuga dapat dilakukan, tetapi i.rga tetap harus cermat simakan dan analisis paramaternya'
Hal-ha] rinci perihal lakuan tmdisional teknologi peniemihan/ setempembensihan (bukan pemurnian) air dapat ditanyakan ke PDAM pat. Bab-bab'berikui ini menyaiikan uraian sekaitan membran saia" Teknik baru lain, namun bukan-membr:an, misalnya oksidasi, ultraviolet, pada ozonisasi, dan lain-lain, tidak terlalu penting dan penad disinggung buku ini.
kNor sisa O5 (ppm) 0A
0,3
02 Residu Gabungan O1
0,5 0,6 0,7 0,8
0,9
khlor yang ditambahkan (ppm)
Gambar
6z
Khor Raidu dan l*lorinasi brenkpoint
i,o
III ,'MTSTERI'' Ab
PROSESMEMBRAN
Manusia berilmu karena meniru alam. Juga dalam hal membran. Membran alamiah di tubuh kita saja banyak dan vital, seperti membran sekeliling inti sel, organel dalam sel, iuga syaraf, dan lain-lain. Yang paling jelas ialah kulit yang sedemikian luas itu. Kulit manusia sekitar 2 meter persegi, beratnya 2 kilogram. Fungsinya mengatur suhu badiir dengan pendinginan penguapan, tempat sintesis katalitik vitamin D, pelindung terhadap infeksi, dan lain{ain. sifat permeabilitas kulit juga amat piawai. Kulit berstruktur kompleks; ada kelenjar peluh, folikel rambut, saluran lemak, dan lain-lain; berlapis-lapis lokanya.
Kulit mudah terkena gangguan dari luar.
Kecelakaary terbakar
bukanlah hal yang mustahil. Dapatkah manusia membuat gantinya? Upaya membuat selimut pelindung yang biokompatibel dan bersifat serupa sudah lama digencarkan. Ada yang memprosesnya dari kolagen, di antaranya disusun ulang Prof. Terumo (epang). Iuga grup Masschusetts (kolagen/turunan kondroitin), Dow Corning (poliglikolat)
Uniaka (epang/khitin) dan lain-lain. Belum satu pun yang sungguh memuaskan. Itulah kulit yang hebat, membran asli alam kita. Belum lagi membran di usug ginjal, paru-paru, mata dan sebagainya. Memb,riin sungguh merupakan misteri yang menantang!
v -tirrp.,
Teknologi Membratr Pemurnian
Air
st'r.ua b.lngsa^terpi]rat iptek rnembran sintetis, yang dimurai di 1tn11 scjak 1950-an dijayakan lagi di Amerika. neL#ekan pakar
Australia juga gencar menghidupt
MEMBRANDANAIR BERMUTU Prof. Ernie del Rosario (Firipina) membudidayakan membran undan ikan. Dr. Suwandi (Malaysia), juga Sejawat-se. ,IUT:ig-"JahJcelapa jawat ASEAN lain, semua turut berkiprah menerapian ipletrmembran ke bidang yang diminati: pangan, kedoi<,teran, dan lain_lain. Untuk pemro_ sesan, pembersihan, pemumian air pun, membran tak kurang manfaatnya' Ejalva_1jah1la dalam b-erbagai ieknik dan hampiran: filtiasi mikro, osmosis balik, ultrafiltrasi, dialisli-tistrik, dialisli-tistrit, deionisasildemineralisasi kontinyu, desalinasi dan banyak lagi.I^akuan atas Iimbah pabrik dan rumah-
elqsu-, penyediaan air minum, air murni, air ultramurni, semua dilakukan dengan membran bila hendak mutakhir piawai. Teknologi membran-makin canggih, efisien, efektii serektif. Biaya kapital, operasi dan pemeliharaan siitEm terus makin ditekan, murah, kompetitif dibanding cara-cara tradisionar-konvensional yang setaraf.
PWV/ - _ Prestasi dan gebyar iptek membran masa kini tidak lepas dari peluh, darah, dan airmata plnelitinya, yang terlibat, baik di Perguruan tinggi, lembaga riset sampai-industri. osmosis balik diawali tahun r74g saat fisikawan prancis (Noilet) menemukan gejala osmosis pada membra-n kantung kemih babi, yang dilanjutkan oleh kimiawan Jlrman (Tzambe) puauilei iengan seren_ tetan percobaan atas membran sintetis. Baru Lhun 1950-an
!rupReidBreton (U. Florida) dan Loeb-Sourirajan (UCLA) menemukan cara pembuatan membran cA asimetrik yang efisien-efektif. sejak 1,970-an, perkembangan membran pesat sekari. BIhan-bahan a"nju,i sifat baru, modul-modul yang piawai tinerja dan keawer""yuT peningkatan _ mulu d-engan 6antuan komputer, modur dan sisiem makin
besar, bertekanan kecil dan seterusnya. sampai sekarang litbang terus gencar di
lcoltr.ot
negara dan harus aiimti cermat dan tekun bila tak hendak ferfagai ketinggalan (lihat lampiran). perkembangan Ro bersaing retat dengan ED dan UF.
'Misteri" Proses Membran
35
Nanofiltrasi adalah modifikasi membran RO untuk lakuan air PTT rendah, pertama kali oleh Basic Technology (7976). Ia tak sekedar gre hah, 1gg4gilesadahan, tetapi juga @en:tirus,
kal zat qganik lemlarm-sampai hid roker}'on tS*,hlorinasi (pencemar ganas). Tahun 1,9V7, VOP-FS (California) membuat membran CDA khusus (disebut ROGA 8150) dengan recorong bagus. Membran RO dihidrolisis in-situ dengan lakuan kaustik terkontrol
Elektrodialisis (ED) dengan mcmbran selektif ion dan berkompartemen barryak dirintis oleh Meyer dan Strauss (1940). Dilanjutkan oleh Ionics (1938), penemuan membran transfer ion, yang mendasari ED klasik dan mulai komersial pada tahun 1954. Teknik EDR (reversal/balikan) berrryup sejak awal dasawarsa 1970-an.
Ultrafiltrasi (UF) dengan bcrtragai ukuran pori mulai dikembangkan pada tahun 1930-an. Alan Michaels (MIT) mencetak membran UF dari campuran polianion dan polikation serta polisulfon. Pori membran baru itu lebih besar daripada RO, dap-alrnemisahkan4rotcin,
mttroUg*lcsil dan ]rdg$.-33u-l$r:+tan dan satu sama "lain lewat Tahun 19(12 mendirikan pcmsahaan ppmisahan mahomolgkul.
Michaels
khususmembuatUF Proses-prrcses membran mem
an
g beraneka jenis.
Osmosis 6"111q{RO) merupakan pEoses yang didorong-tekanan
gsnanaa-senul-prt tqlgglLen/frfSlelaskan air. Pemompaan bertekanan melebihi tekanan osmosis larutan garam terhadap membran semipermeabel. Proses yang lebih tepat disebut piezrcmreisini juga Brak -tis irnluk menghilangkan ZalqEBtLk. KpltaUq-na:-yang lain pun, SglglEd b_akteri^gilogp3 dan koloi4 tertahan oleh struktur pori yang berfungsi sdbagai penyaring (sr'ane) molekul BM nominal200. Kineria Cartridge RO aktual ditentukan oleh variabel semisal konstruksi membraru konsenhasi kontaminan dalam umpa& tekanary suhu dan pH ,r-pu.. Yang tidak terdifasi melintasi membran disebut aliran rejeksi dan dipergunakan untuk mencuci padatan yang menempel pada permukaan membran. Yield (hasil) sistem ialah jumlah air yang melewati membran dibandingkan dengan jumlah yang dipompa. Sistem poles akhir dapat mempunyai laju necovery sampai 90% sedangkan sistern ubahan air laut hanya dapat 310%.
Elektrodialis (ED) ialah PJoseqdengan ion-ion berpindah melewati dari larutan vane lebih enccr ke vang lebih pekat akibat:lillrn
Teknolo gi Membraq
36
Pernelsias4ll
arus searah (DC). Aliran air menyusuri membran (tangensial) sedangkan aliran ionnya tegaklurus membran (menembus). Elektoaialisis b alikan (EDR/reversal) ialah ED dengan kutub-kutub elektrodanya dibalik secara mendaur, berulang dalam )angka waktu tertentu, sehingga membalikkan arah gerak ionnya pada stack membran.
tlltrafiltrasi (UF) iuga merupakan proses bertekanan untuk
memisahkan (atau memekatkan) Iarutan yang mengandung koloid dan bahan berberat molekul tingg.UF menahan zat tak-ionik tetapi melolos-
kan zat ionik tergantung BM batas (cut ot'fl membrannya. Cut off
"IVIi
37
steri" Proses Membran
daripada RO Membran NF bekeria pada iulat cut off' BM lebih tinggi ^ (kalsium/magnesium)' ia""it dan merejeksi kuat' ion-ion dwivalen sedangkan rejeksi ion ekavalen iauh lebih lambat'
Mikrofittrasi merupakan pemisahan partikel berukuran mikron berikut' atau submikron, dijelaskar', teUitt tanl't pada sub-bab Dialisis memanfaatkan beda konsentrasi ion pada tiap lisi membranuntukmencampakkaniontertenhr.Dialisismenahanke(BM kecil) dan ilu"yur.u" bahan terlarut tetpi melolor*l terlarut-mikro
membran ftu spesifik membran yang menggambarkan rejeksi terlarut ter-
air. Dialisis terutama digunakan dalam bidang kedokteran'
tentu atau menentukan spesi yang tertahan bila BM-nya lebih besar daripadanya. Batas BM itu tidak tajam sekali tetapi tergantung pula pada ukuran, benruk dan muatan parti\el. Penyaring (siarc) molekul. terlarut demikian sanggup menghilangkan zat 10 sampaiJQ00.Fali lebih kecil daripada filter membran mikropori biasa.
belum mudah Membran transport-tergabung (CTM)' yang saat ini molekul terdiperoleh secara komirsial, ti"^i*fttu" satu lenis ion-atau tertaut y.ang iuiit au.i yang lain lewat adanya suatu Pembu*:,kiPi industn Pen8amdalam membrir. Membran begini sangat cerah untuk sebagainya' dan berlogam ganas [;bah bilan logam, mauPun lakuan membran Walaupun deionisasi (resin) tidak termasuk teknologi Hal itu Bab.7' di (padahal berbasis polimer), namun iuga dibahas
Ultrafilter merupakan membran permeabel liat, tipis, selektif. Koloid, mikroba dan pirogen terutama dihilangkan, sedangkan kont11g;tan-tqnJglgs. Berbagai jenis batas eksklusi (tolakan) ukuran dapat diperoleh. Uf acapkali dipakai sebagai bagian sistem air terpusat dan pemolesan akhir setempat. UF meningkatkan kinerja sistem RO dan bed resim DI (Deionisasi, lihat Bab 7) dengan drastis mengurangi zat penyebab fouling dalam air. AIR GARAM PEKAT AIR
SALINITAS
I-AIIT
30O.OOO
AIR PAYAI]
30.000 3.000
AIRDAPATMINTIM
300
AIR PROSES INDUSTRI AIR DEIONISASI AIR I ,TRAMI IRNI INDI ISTRI PR.)qFq +\ AIR III'I -TR AMI IRNI INDI ISTRI FI FKTRNNIII(
30 3
0,3 A
0,03
Ket. *) = urrpar boiler tekanan tinggi.
Gambar 7: Spektrum salinitas
air (dalam mglL atau ppm).
Nanofiltrasi (NF) atau pelunakan membran merupakan teknologi muda. Nano berarti sepermilyaq, menunjuk ukuran porinya. Nanofilter ialah membran bertekanan-sangat rendah, hanya melewatkan partikel di bawah 1 nanonieter (10-3 mikron), berciri membran UF dan RO.
f;;;
iuga
ini'temuan kreatif-inovatif manusia telah meng tak sama "i.i?.-akhir teknologi deionisasi-kontinyu, yang seruPa namun
hadirkan
dengan ED.
MIKROFILTRASI menghilangkan Bentuknya lazim berupa cartridg-e'- Sunanya untuk 0'M samberukuran yang (tetan pritatcuan; aiUeri partikel dari aii bersih (padatan total terlarut) tidak pai 100 mikron, u*itu" t-at"tgull PTT dialirkan melaluinya agar melebihi 100 ppm. Air minumFer.a dapat
i"it
u"ott
iae" il;;;. i;Ld""s L"t diletakkan t*ffiffi'u;l; di silinder itu dapat iibersihkan. Cartridge terJebut
vang berbentuk dalam beraneka:
cartridge wadah tertentu taiseUut rumahan, Uutsing)' Blll nilon' asbes' esterakrilik' katun, wool, rayon, setulosu, fiberglas+ PP' terfluorinasi' ester selulosa, juga polimer Ndrokarbon ]enis-pnis cartridge terkelompokkan:
(1). Cartridgelilian, (2). Cartridge raiut-lekatan-teriurai' media nirpintal, (3). cartridge remb;Lrpori',(kertas saring khusus, membrln, berkarbon dan sebagainya)'
38
Teknologi Membran Pemurnian Air
Cartridge lilitan memakai benang yang disikat sehingga seratseratnya berjurai, lalu dililitkan pada inti logam berlubang-lubang. Pola pelilitan, tegangary panjang serat, ciri serat dan jumlahnya menehtukan kemampuan penghilangan kotoran. Tipe lilitan dapat memfilter sampai 10 mikroru tetapi seratnya sendiri terkadang lepas (migrasi media). Padatan yang tersaring juga dapat lepas lagi apabila operasi dihentikan dan diawali lagi.
cartrid ge raju t-lekat-jurai, berbentuk ma triks kontinyu seki tar inti, terkadang rapat seratnya berjenjang dari bagian luar (pinggir) ke dalam (tengah). Ini memperpanjang umur filter dan partikel teriebak sesuai uaurannya di tempat-tempat tertentu. ]enis cartridge demikian ada yang absolut, yakni filterprofil. Filtrasi dalam dicapai dengan mengatur rapatnya. Filter begini terkadang terlalu rendah rapatan bagian luarnya atau terlalu mampat bagian dalamnya (sehingga Iekas buntu). Filtei profil mengubah-ubah diameter serat dan ukuran porinya. pori tetap yang lTu di bagian dalam membuat filtrasi sempuma, sampai 0,5 - gO mikron.
Tr{ist€rf Proses Membran
39
G). Seal kompresi (kempa), disertai pegas, biasanya untuk cartridge tipe
lilit dan jurai. (c).
Cartridge dua lubang dipasang pada batang penyangga, diberi gasket, disekrup kencang, tetap terkunci di tempat. Ini biasanya untuk cartridge tipe pori mampat.
Ada pula jenis cartidge khusug misalnya berbentuk lempeng-lempeng cakram filter membran, disusun dalam bejana bertekanan, sampai sekitar 20 plat, dengan berbagai kapasitas aliran. Millipore membuat 12 kelompok membran berdasar ukuran porinya.
Memilih filter niscaya mempertimbangkan maksud pemakaian, bahan, kemampuan penyaringan/pemisahan, ukuran luas filter dan sebagainya. Usia filter yang lebih awet dapat diperoleh dengan hampiran desain: 1). Filter-dalam, misalnya tipe lilit dan jurai untuk pralakuan. 2). Luas lebih besar, pada filter wiru (lipatan) untuk poles akhir.
Cartridge berlembaran berpori ada beberapa tipe. pertama, kertas saring berlipat (wiru), sampai !30 mikron. Biasa untuk filtrasi minuman
(gin, whiskey, air minum, industri minuman), air pendingin industri, kolam r€nanq. Kedua, media tak dipintar (poiiester,'polipripilena, dan seba-gainya) daya saring 1 sampi eO mikroru $eng3n ""t"t koiam renang modern dan lainJain. Kelig4 cartridge 1e1!ran, biasanya di bawah 2 miknrn. Bahannya ester selulos4 nilory polisulfon, akrilih poriviniliden fluorida, dan lainlain.(rlapat sampai e2 mikron: lihat gambar). Digunakan di pabrik farmasi dan makanan. Cartridge filter membran niiln baru daiat sampai O(X mikron kelasnya.
Keempat, cartridge yang berisi karbon aktif. Biasanya untuk menghilangkan rasa, bau serta khlor (sisa sucihama).
wadah filter lazim dari baja karbon, baja stainless, dilapisi plastik tertentu. Pola aliran biasanya dari luar/pinggir ke tengah, agar permukaan penyaringnya maksimum. Sealing dapat dilakukan dengan beberapa cara:
(a). seal cincin-o (dari silikon, dan sebagainya) ditempatkan di bagian diameter luar leher carhidge atau pada fitting laki ii ujungnya. Eeal ini biasanya untuk tipe membran sehingga tetap kencang rialau baru disterilisasi uap.
8 z Fitter cartridge terdiri atas inti PP , tutup plastik, filter uiru esto poliat er, sal cincin-o silikon (millipord. Kemampuan pmgemban selulosu,
Gambar
sampai 0,2 mikron.
llvlisteri' hoses Membran
Dalam hal ini bila harus memilih maka lebih baik memilih yang tipe wiru, karena lebih luwes terhadap kontaminan dan bebas migrasi
47
Tabel 3-2:
PANCAGATRA SISTEM PEMURNIAN AIR
media serta bocor/lepasnya kotoran.
LAYANAN IASA CIPTEK MEMBRAN) BASIS POLIMER Tabel 3-7: Laju alir
sebagai
fungsi
luas
filter, ilan aneknbidnng pemalaian.
.
ANALISISSASARAN Analisis mutakhir atas kontaminan dan ciri air baku. Teropong kotoran penting sekaitan terapan dan standar
Laiu (fluks)
Penerapan
khas. Air pendingin industri Air pencuci farmasi Air pencuci semikonduktor
0,1,5 - 0,22
Airumpan boier
0,15 - 0A5
03 -0,8 t/(menit.m3) 0,t5 - o,22
: . '
Dalam memilih dan memasang filter, lebih baik kapasitas filternya yang terlalu besar, agar awet. Juga perlu dipertimbangkan soal bebas korosi, tahan khlor, usia serta jaminan layanan pe*slhaurrnya (yang membuat/menjual).
.
- Filter cartridge dioperasikan mula-mula dengan tekanan 0,1 bar dan maksimal 3 bar. Bila selisih (drop) tekanan meicapai 2bar, berarti sekitar 90% kemampuan filter telah digunakan. Filter 50 sampai 100 mikron mampu menahan berat kotoran sampai 50 gram. Bila'lebih maka berarti membuka peluang ada yang lolos.
.
Filter cartridge digunakan pada air yang terah diberi prarakuan.
Beberapa contohnya: 1). penghilangan
kron.
khlor dari air, dilewatkan karbon aktif, filter 5-25 mi-
2). Besi dan mangan dapat mengendap, juga p{gCuk korosi pipa, maka
perlu difilter.
3). Kolam renan& filternya 25-50 mikron. 4). Air untuk minuman b-er\arbonat, agar bening dan kandungan karbon
dioksida awet seterah- dibuka tutupnya. Biia ada paaatl terrarut begitu dibuka ay,an ngQoss. otefi sebab itu pehu difilter baik-
-maka
baik.
5). Sebagai pendukung sistem pemurnian
berikut).
air canggih (lihat
bab-bab
.
Uji-uji lapangan piawai sesuai spek indushi konsisten. laporan dan evaluasi rinci menyeluruh.
DESAINDANREKAYASA Pncposal dan proyeksi biaya kapital/operasi. Rekomendasi desain sistem handal, efisiery efektif. Keunggulan kompetitif sistem dan biaya terhadap
i.g.
KONSTRUKSIDANEREKSI/INSTALASI Pembuatan dan penyiapan piranti prarakitan. Ereksi plant di lapangan. Start uap dan trial production. OPERASIDANANALISISMUTU Pelatihan operator dan penunjangnya. Optimasi proses-produk, pralakuan, pascalakuan. Trouble shooting expertise dan analisis mutu. Support chemicals. PEMELIHARAANDANPERBAIKAN Pemeliharaan, pembersihan permeator.
-
Perbaika& penggantian modul dan konhol. Upgrading dan upscaling kapasitas sistem. Antisipasl kebutuhan baru pada saahrya.
pesa_
I
OSMOSISBALIK DANDESALINASI ini makin terkenal bagi lakuan air, dilaksanakan dengan memberikan tekanan (lebih tinggi daripada tekanan osmosis) atas larutan, sehingga air murni menealir melintasi membran semipermeahel ke sisi yang ence1. 1r.i merupakan proses fisis yang memisahkan zat terlarut dari pelarub:rya. Membran hanya dilalui pelarut sedangkan terlarutnya, baik elektrolit maupun organik, akan ditolak (rejeksi). Osmosis balik atau ra)erse osmosis (RO), yang akhir-akhir
Teknologinya, air baku dimasukkan ke piranti bejana yang berisi membran semi permeabel. Hanya air, disebut permeat, melintasi membran, sedangkan kotoran direjeksi ke konsentrat (pekatan). RO dioperasikan secara kontinyu. Osmosis balik (RO) dapat mengurangi PW air baku sampai 99Vo, / Iazimnya reieksi 95% dapat dicapai. Rejeksi bakteri, virus dan pirogen oleh membran dapat 1007o, kecuali ada bocoran pada seal mekanisnya atau membran rusak. Air laut PTf 50.000 ppm pun, setelah pralakuan memadai, dapat diubah menghasilkan air yang dapat diminum. Air berkotoran organik maupun mineral dapat diolah dengan RO.
Osmosis balik memurnikan air PTT di atas 200 ppm. Bagi penggunaan air dengan prasyarat murni biologis (bebas organisme),
44
Teknologi Membran Pemurnian
Osmosis
Air
pangkal-tolak segala sukses empirik berikutnya. Osmosis balik mulai bergerak ke terapan praktis diawali E.]. Breton/C.E. Reid (1958) yang memperlihatkan rejeksi garam dan fluks membran CA (Selulosa Asetat) dengan tekanan umpan cukup tinggi. Hal itu didorong lag oleh penemuan pembuatan unit proscs membran piawai. S. Loeb/S. Sourirajan (1950) membuat membran CA asimetrik dengan fluks tinggi. Pada membran berstruktur pori terbuka selaku pengemban dilapiskan kulit tipis membran rapat di sahr sisinya. Hebat hasilnya, yaitu reieksi garam besar, fluks baik, stabil. Amat praktis. Awal 195&an dibuat membran film datar dengan konsep modul plat dan kerangka (UCLA). Tahun 1954 ditemukan teknik dan piranti bentuk tabung.
POLIME& RIWAYATMU DUIU
RO masa kini dipakai untuk bergudang pemanfaatan, dari Penawaran air laut, pembuatan air ultramurni untuk industri obat, biotek
dan elektronika, untuk mengambil kandungan berharga limbah pabrik, rhembuat pekatan juice buah, air proses industri sampai air boiler dan ratusan lainnya. Osmosis balik adalah kaisar pemurnian era iptek. RO membanjiri dunia. t Tiada kemajuan yang gratis. Sukses osmosis balik berbuah dari perjalanan panjang, dari semangat ingin tahu di laboratorium ke produk dan terapan komersial.
Pabrik percobaan pertama dibuat UCLA tahun 1965. Minat atas iptek membran meluas. Dari kalangan ilmuwan (kimia/fisika) ke para insinyur / teknisi dan wiraswastawan. Teknik dan piranti baru, lilit spiral, dikembangkan oleh Culf GA dan Du Pont (1955-1967). Kemudian Du Pont juga merintis H'FF (hollow fine fibu). Dipakai membran Aramid. Pabrik RO komersial pertama tahun 1968 di San Diego oleh Havens Industries, sistemnya tabung/pipa, pompa tekanan tinggi dan segenap instrumentasi.penunjangnya.
Kisahnya berawal pada pertengahan Abad 18, dua abad lalu: Abbe Nollet, cedekia yang mempelajari difusi lewat membran binatang. Seratus tahun liemudian ahli biologi ]erman, Moritz Traube, melakukan kajian serupa, menggunakan membran sintetis. Kemudian tahun 1870 Pfeffer membuat pengukuran kuantitatif pertama atas gejala osmosis. Membrannya dibuat dengan mengendapkan ferrosianida pada batu. Data yang diperoleh amat menakjubkan untuk ukuran alat sederhananya. Berbagai
Sejak itu berkembang perusahaan-perusahaan membran seperti DDS, Dow, Filrntec, Millipore, Nitto, Osmonics, Toray, Toyobo, UOP dan sebagainya. Pustaka dan jurnal ilmiah meningkat pesat. Kegiatan ilmiah dan industri berlipat ganda.
larutan organik (karbohidrat dan protein) dan elekholit. Teori
menyeluruh tentang laru&an encer dan sifat-sifabrya dikembangkan oleh iltnuwan Belanda, Van't Hoff, pemenang Nobel kimia pertama. Setelah ifu perkembangannya datar. Kalangan termodinamika terus menyimak hakikat tekanan/gejala osmosis. Para pakar lalu hanyut ke pesona peneli tian bidang-bidang lain.
KONSEPDASAR Besarnya tekanan osmosis larutan:
Sementara itu selama dan sesudah Perang Dunia II, kimia polimer maju pesat. Pengukuran tekanan osmosis merupakan srana penyidikan polimer-polimer baru. Orang pun kembali ingat untuk r46:mbuat mem-
b@yang
menjanjikanledakan sukses
di dasawarsa
1950-an,
l
45
uraian air, peningkatan reaksi oleh enzima diemban membran, pemisahan gas sarnpai pervaporasi. Semua kajian mendasar itulah
rnisalnya di bidang farmasi, kedokteran dan elektronika, RO dapat rhengganti kedudukan distilasi, dengan biaya jauh lebih murah dan lebih cepat operasinya. RO merupakan cara paling murah untuk menawarkan air laug termasuk di kapal, rig-rig pengeboran minyak lepas pantai, hotel dan villa di pesisir indah permai. Energi bagi RO praktis hanya.,energi untuk pemompaan, tak ada perubahan fasa. Biaya operasi hanya untuk bahan kimia dan proses pralakuan.
Sejak itulah,
Balik dan Desalinasi
n=(7,72(t+273)Imi
k6;ffiI
dengan J[ tekanan osmosis (psi), t suhu
di
berbagai laboratorium kelas wahid, dilakukan riset-riset serius atas berbagai proses membran: osmosis balik, ultrafiltrasi, elektrodialisit peng-
i
fC; dan X mi jumlah molalitas segenap kandungan ionik/nonionik di larutan. Tekanan osmosis meningkat sesuai konsentrasi. Dalam hal air alam (dalam'natrium khlorida), setiap kenaikan mg/liter (ppm) akan meningkatkan tekanan osmosis sekitar Q01 psi (O07 kPa).
46
Teknoloci Membran Pemurnian
Air
Hubungan tekanan osmosis terpampang pada gambar berikut ini: aliran
kesetimbangan
osmotik
osmotik
tekan
rlr
Osmosis
Balik dan Desalinasi
47
tekanan akan rirempercepat aliran air tetapi aliran garamnya tetap dan mutu produknya meningkat. Kesebandingan dengan luas membran, dan terbalik terhadap tebal, menunjukkan pentingnya bagi desain dan konstruksi membran yang efektif. Sebaliknya, fluks air merosot bila salinitas umpan bertambah, karena tekanan osmosisnya lebih besar. Berbagai mekanisme aliran proses osmosis balik telah diajukan orang. Dari Sourirajan, Gregor/Gregor, Lonsdale, Krazen/Eisenmann, Kanizarwa, dan lain-lain. Sampai sekarang masih terus dinamis diskusi perihal mekanisme khas aneka proses itu. Model-model terus diperinci, dan belum ada yang final memuaskan. Para sejawat Amerika, Eropa, dan Jepang,-semua memeras otak dan tenaga. Teoretisi Indonesia, kapan? Persentasi rejeksi garam menentukan muhr produk.
Ganrbar 9:Teori Osrnsis Balik
Rejeksi
Sebenamya istilah osmosis balik atau ret)erse osmosis merupakan salah kaprah, karena pemberian tekanan untuk mengimbangi tekanan osmosis tersebut hanya mengakibatkan aliran pelarut (air terscbut), bukan zat ter-
larutnya.Istilahyangtepat
ialahpiemosmosis.
)i
Analisis teoritis osmosis balik biasanya diungkapkan secara termodinamika proses tak-reversibel tetapi gaya dorong persamaan fluksnya (beda potensial, dan lain-lain) dinyatakan dalam termodinamika keadaan setimbang. Lihat lampiran di bagian belakang buku ini. )uga
harus diterapkan termodinamika setimbang sekaitan kesetirribangan Iokalnya. Atas rejeksi garam pada sistem membran akibat jenjangan tekanan, ada setidaknya tiga pola uraian: (a). U. Mertens dkk (MIT), cf. lampiran juga (1,966) (b). RJ. Raridon, L. Dresser, K.A. Krausi igSO (c). K.S. Spieglerdan O. Kedem 0,960.
gararn
= _
100 - lewatan garam
C umpen - C produkrr,O C umpan
Laju rejeksi ialah nisbah konsentrasi terlarut dalam umPan terhadap konsentrasi terlarut dalam produk. Rejc'ksi terlarut besarnya tergantung membran, reconvery, konsentrasi umPan, valensi ion-ion dalam terlarut (yang kecil lebih tak direjeksi) dan banyak lagi. 'Biotonyu
makin besar laju recovery, makin banyak air produk dari umpan tertentu. Faktornya antara lain mutu air dan persentase kejenuhan foulan membran kritisnya (misalnya kalsium sulfat, strontium sulfat, barium sulfat) pada konsentrabxya. Banyaknya air umpan untuk laju air produk tertentu (disebut kapasitas pabrik nominal) serta recoverynya diperoleh dari: |umlah air diperlukur, = W
Persentase recovery
Bila disederhanakan, persamaannya menjadi:
.A
Fw=Pw;(ap-Ar) dengan Fw fluksi air, Pw koefisien permeabilitas membran bagi air, membran, t tebal membran.
Catatan: Contoh persoalan (latihan).
d luas
Begitupun untuk garam, namun alirannya difusif, dan itu sebanding dengan beda konsentrasi melintasi membran. ]adi menambah
1).
2500 ppm PTT. Air produk 85 mg/liter. Berapa persen rejeksi garam? Berapa
Air umpan ke sistem RO mengandung
berkonsentrasi Pfi lewatan garam?
Teknologi Membran Pemurnian
48
Air
2). M-utu air sumber sistem Ro memprasyaratkan pengaliran umPan 800
m3/hari untuk memperoleh 500 mo/hari produk. Berapa laiu
recovery? 3). Sistem^RO 2000
air payau bekerja pada laju recovery 70vo. Agar terhasil mrlhari, berapa keperluan air sumbernya?
Bila membrannya berporositas lebih kecil, makin banyak
zatlkotoran organik dalam air yang dapat dihilangkan. Batas lewatan itu disebut MWC atau Molecular Weight Cut+ff (batas berat molekul). Zat yang BM-nya di atas MWC akan tercampak, tak dapat melewati (permeasi) membran. Begitu pula sehubungan bahan kimia sintetis organik atau SOC (Synthetic Organic Chemicals) yang meruPakan pencemar berbahaya akibat industri yang ada di air alam, terlebih-lebih air permukaan. Kantor Lingkungan Hidup AS memprasyaratkan tidak ada soC dalam air minum.lrulah sebabnya teknologi membran lazim menetapkan MWC 100. Artinya soc yang BM-nya di atas 100 tidak ikut masuk ke air minum. Makin lama ba tas MWC ini cenderung diperkecil.
Osmosis
Balik dao Desalinasi
49
4. Ranah operasi luas: kandungan ion air, tekanan, suhu. 5. Awetberoperasi. 5. Tahan serangan kimia danbiologis. 7. Luwes untukaneka kebutuhan dan kondisi. 8. Semurahmungkin. Jenis-jenis polimer permeator yang dikenal terkelompokkan menberbagai macam, seperti polimer sintetis, oqganik, tertaut-nibogen, iadi aromatik, linier, polimer kondensasi termasuk polihidrazida aromatilg poliamida aromatik. Jumlah dan jenis gugusnya (meta/para), kedudukan gugus ionik dan lain-lain "dimainkan' untuk meraut sifat akhir.
'
[@atau
OH CN
HO
-il-l
-l-llNC
MEMBRAI{ OSMOSIS BALIK Membran RO dibuat dari berbagai bahan seperti CA, CDA, CTA, PA (poliamida), poliamida aromatis, polieteramida, polieteramina, polieterurea, polifenilene oksida, polifenilen bibenzimidazol, dan sebagainya. Membran komposit film tipis terbuat dari berbagai bahan polimer untuk substratnya ditambah polimer lapisan fungsional di atasnya. Pemilihan polimernya, baik komopolimer, kopolimer, polimer-blok, polimer-gralt, modifikasi, blend dan sebagainya, sangat banyak (ribuan) jenisnya, dan itu pun masih harus dilihat pula cara pembuatan, distribusi Lerat molekul, pialakuan bahan dan lainlain yang mempengaruhi sifat akhir produk membrannya. Dalam kajian penulis di Australia, Para sejawat litbang membran di sana tampak ieli mengubah sifat membran, bahkan dengan lakuan surfaktan, walau bahan dasarnya sederhana. Hasilnya tampak efektif. Kita di Indonesia perlu lebih inovatif.
Dulu C.E. Reid (Florida), lalu Lneb/Souriraian (1952) membuat membran CA asimetrik, terus diikuti kalangan Du Pont dengan kriteria membran RGnya: 1. Rejeksi garam
baik, fluks (aliran) air baik.
2. Tipis namun kuat (struktur asimetrik). 3. Fabrikasi bernisbah luas/volumbesar (HFF,
film tipis).
R ionik
Gambar 70: Struktur molehil pliamida nromttik.
Kimia membran CA makin banyak asetilnya, makin besar rejeksi garam dan lebih rendah fluks airnya. Membran selulosis lebih mur:ah dan tahan khlor (kurang 1 ppm) tetapi mudph terserang biologr+ terhidrolisis, atau CA menjadi selulosa dan asam asetat karena air, apalagi bila p" ekstrim (tinggi/rendah), dan airnya agak panas' Maka perlu pralakuan asam atas airnya. '121
rrI
'
'fl
l--
s{-
ilrl-
ir Gambar 11: Julat
ory6i
f
@nklmin) ouka mentbrm.
Teknologi Membran Pemurnian Air
50
Osmosis
Balik dan Desalinasi
Forbatas air Pa ya
HaI serupa juga untuk menerangkan daerah kerja membran PA/ TFC, dan sebagainya. Persoalan ketahanan biologis/kimia merupakan hal utama.
\
u ,/
51
lrcrsih
Membran mengalami perubahan karena memamPat dan fouling (sumbat). Pemampatan atau fluks-meroxf itu serupa dengan "PerayaPan"
plastik/logam bila terkenai beban tegangan kompresi. Makin besar tekanan dan suhu, biasanya tak reversibel pada satu tahun per&ama, makin mampatlah membrannya. Normalnya, membran bekerja pada julat 21 sampai 35oC (di ahs itu fluks meningkat drastis).
Fouling membran itu diakibatkan oleh zat-zat dalam air baku, misalnya kerak, pengendapan koloid, silt, oksida logam, organik, silika dan sebagainya. Agar tak lekas fouling, perlu pralakuan air. Operasi piranti membran mengandaikan operator yang piawai. Membran yang mengalami fouling d itandai oleh merosotnya produktivitas, peningkatan Ap modulnya, atau lolosnya garam. Semua itu perlu analisis dan pembersihan secara berkala dan jitu. Pemasangan membran harus diikuti perawatan/pemeliharaan yang setimpal, agar membran produktif serta awet. Kandungan oksidator dan khlor dalam air baku juga terus dikonhol. Ada empat konfigurasi membran, yaitu lilit spiral (SW), serat berlekuk (HFF), tabung/pipa serta plat-kerangka. Yang kini lazim untuk lakuan air minum ialah SW dan HFF. Mengenai pembuatan dan mor: fologi membrannya secara rinci dapat disimak di berbagai jurnal ilmiah. Berbagai kiat diperlukan untuk menghasilkan membran film asimetrik, serat berlekuk asimehik, membran graft, sampai yang komposit dan yang dinamis. Dari segi kemampatan (luas/volume), urutarutya:
G
ambar
72 : Car t ri d ge O smo si s B al ik
Litit - Spiral.
Pcrintis teknologi ini ialah ROGA/UOP, OWRT, dan sebagainya. Modul begini penerapannya terutama pada dcsalinasi (penawaran) air payau dan air laut, dijadikan air industri dan air minum. Modu1 serat berlekuk (HFF) merupakan bundel mampat ribuan serat tipis menyejajar mengitari inti distribusi air umpan. Tiap serabut serat diletakkan dalam bentuk U dan ujung-ujungnya dibungkus wadah pipa resin epoksi. Lalu bundel dibungkus kain dan kasa, diletakkan dalam bejana tahan tekanan tinggi tcrbuat dari baja stainless terlapis epoksi. ,plat
rrirtttl3
ulnPiur
,,
e'rat lekuk
Ca 155 -]Z*] ----335 m:/m: modul plpu -1000 modul lilit spiral - - -15500 *]Z*] m2lm3 modul HFF . Membran lilit spiral (SW) terdiri atas dua lembaran membran
\
modulplat
cincin-O
lllok Prrropang
X':;",*-A/i
,'
Ilerpori
)
platuiung produk
I
yang terpisah oleh penyangga berpori yang direkatkan pada ketiga sisinya (membentuk sampul), sedangkan sisi keempat ditautkan dengan perekat ke pipa plastik berlekuk yang mengumpulkan air produknya. Beberapa amplop direkatkan, dikumpar/lilitkan pada pipa, membentuk spiral. Banyak modul spiral dihubungkan secara seri dalam tabung ber-
PrPa
umpar
blok mnsuah
!p"tt
tapis alirar
1 -s-
fiberglass.
lunbtr
Gambar 13: Konstruksi permeator
pipa cpoksi
hollora
fbu.
Teknologi Membran Pemurnian Air
52
Serat bcrlekuk tersebut setiPis rambut, dapat dari poliamida aromatik (Du Pont), selulosa asetat (Dow) dan sebagainya. Untuk penawaran air laut, yang bertekanan besar, dindingnya lebih tebal. Satu permeator tunggal hanya merupakan komponen kecil dari keseluruhan
Osmosis
Balik dan Desalinasi
53
DESAINTEKNOLOGI Pengelompokan sistem RO terlihat pada tabel berikut dan bagan alir umum sistemnya tampak pada gambar berikutnya.
modul lengkap. Membran bentuk pipa (tubular) ialah membran yang dipasang di bagian dalam pipa. Air umPan masuk di bagian dalam. Membran begini tidak ekonomis bagi pengolahan air minum, tetapi banyak digunakan dalam industri, terutama untuk lakuan limbah, pengambilan bahan kimia berharga dari aliran proses, pemekatan whey keju dan sebagainya. Walau relatif mahal, tetapi sifat kurang fouling dan mudah dicuci amat menarik. Perusahaan yang membuatnya adalah, misalnya, PCI (Portals Group). Lihat lampiran State of the Art (belakang) Inggris. Gambar
pipa fiberglass berPori
Tabel 4-1:
, M"-b'undiP"rkuat
Sistem Pekatan
ffi Permeat
keluar
Airlaut
I
V
Gambar 74: Konfigurasi membran tahilar.
162
Modul RO tipe paket standar kecil.
P engelunpokan
sbt em cr.mcr,is balik umum.
Tekanan
Tekanan
Salinitas PTT
[.ajurecovery
transmembran
transmembran
(mg/L)
(%)
(ps,)
ftPa)
800 - 1500
5m0- 100m 3m0- 4s00
1m00- 50m0 3500- 10000 sm - 3500
50-85 s0- 85
sampai 500
75-X)
Tekananstandar Tekananrendah
4m- 550 2m-300
Nenofilhasi
45 - 150
lmo-20m 310-r(m
Membran plat berkerangka berstruktur Sandwich antarplat bentuk persegi atau bulat. Modulnya serupa filter press. Walau iarang untuk pemurnian air, tetapi membran begini memiliki beberapa keunggulan: luwes pilihan dan cara operasinya, tak terlalu peka terhadap kondisi Iarutan umpan, tak terlalu tergantung pada ekonomi proses terhadap usia (awet). seal cincin - O
O - Ring Seals
Membran
Air garam 5]STEM CUCI MEI,IBRAN
air tawar
Air bersih
bersih PASCA LAKUAN'
Ganbar 17: Bagan Alir OsmosisBalikUmum. Gambar
752 Osmosis Balik Plate and Frame
15- 15
Osmosis
Perihal pasokan air umpannya, yang paling disukai ialah air tanah karena punya sifat kimia yang stabil. Adanya korosi dan produk yang dapat mengakibatkan fouling, maka bahan baja stainless, PVC dan fiberglass dipakai pada sistem pasokannya' Pompa harus kedap udara. Kecermatan cuplikan dan analisis mutu air amat vital, minimal ketiganya telpisah satu sama lain. Parameter-Parameter kritis desain sistem membran harus diuji cermat.
Tabel
4-22
Data Minimum Mutu
Air l-lntuk Duain
Balik dan Desalinasi
55
1. Kerak pada membran.
Pengendapan oksida logam.
2. 3. 4. 5.
Piranti buntu/macet.
Foulingkoloid. Pertumbuhan biologis dalam alat. 0,
6 ql q)
Sistem RO
d
Kalsium
karbondioksida
Magnesium
Kalium
Bikarbonat sulfat
Mangan
Khlorida
Natrium
Fluorida
Besi
Nitrat
Barium
Amonia
Shontium Hidroksida H
Fosfat
a 6
waktu
aliran normal, tanpa fouling, pralakuan baik aliran nyata, pralakuan tcrbatas, pencucian berkala aliran nyata, kurang pralakuan dan pembersihan
Silika 0arut) Silika (taklarut)
P
Suhu
Hidogen Sulfida SDI (angka rapatan silt)
'Residukhlor
Padatan tersuspensi
Warna PTT (Padatan Total Terlarut)
Turbiditas /kekeruhan (NTU) Kesadahan total (sebagai CaCO3)
Bakteriologis/cacah plat heterotrof
Alkalinitas total (sebagai C-aCO3)
Konduktans jenis
Air permukaan menunfut simakan lebih cermat karena
G
Se
ir ing W aktu.
Dari gambar tamPak betapa fluks yang normalnya berbentuk logaritmik dalam kenyataan sangat dipengaruhi oleh mutu pralakuan dan keteraturan pencuci an (flushing).
variasi
akibat musim, masukan dari limbah kota, industri dan sebagainya. Pemantauan mutu harus terus-menerus. Kontaminasi banyak. Perpipaan, pompa, wadah tampungan, semua tak boleh terkena korosi. dengan. membran RO yang dipakai. PA harus dikhlorinasi. CA harus diatur p' agar tak terhidrolisis. Membran iuga jangan terkena fouling. Penyumbatan ini meruPakan keterkaitan aneka geiala, maka cukup rumit mekanismenya, baik biologis; kimia maupun fisik.
Pralakuan
ambar 18. P ro dukt iu i t as P erm eat or
air harus disesuaikan
Fouling menyangkut terperangkaP/teriebaknya bahan-bahan tertentu dalam piranti RO atau di permukaan membrannya. Setidaknya ada lima persoalan potensial sekaitan fouling:
Membran berkerak karena pengendapan garam terlarut dalam air umpan. Karena konsentrasi umpan cukup pekat, batas kelarutan dapat terlimpaui. Bila laju alir reieksi tidak di atas minimum, ielas dapat terjadi kelebihan kepekatan di bagian tertentu alatnya. Kerak berupa kalsium karbonat atau sulfat, fuga dipat silika, stronsium/barium sulfat atau kalsium flourida.
Untuk mengonhol agar tak terjadi kerak, dilakukan pralakuan (lampiran desain): kontrol ubahan agar kelarutan tak terlampaui, Penghilanlgan ion pembentuk kerak, atau mencegah pertumbuhan kristal zat keraknya. Bila ubahannya besar, cara pelunakan kesadahan (ion) air umpan merupakan hampirin yang baik. Kalsium dihilangkan dengan penukar ion daurnatrium.
Membran Pemurnian Air
Osmosis
Pelunakan dapat mahal dan limbahnya tak dikehendaki sehingga pengerakan kalsium diegah dengan penambahan asam tertenfu, karbonat diubah menjadi bikarbonat atau karbon dioksida. Karbon dioksida melintasi membran dengan mudah, dan pasca lakuan dapat dihilalgkan (ilegassing) baik dengan penukaran ion poles maupun pembesaran pH.
cegahan oksidasi tersebut.
Air tanah biasanya banyak mengandung unsur besi. Penghilangannya dilakukan dengan filtrasi. Dapat juga dengan penukar iory asalkan dijaga agar tak teroksidasi sehingga malah membuat fouling pada resinnya sendiri. Analisis besi total, oksigen terlarut dan p" diperlukan untuk rnemilih dan mendesain sistemnya dari kacamata kimia dan teknis. Besi sampai 4 pp- tak menjadi masalah sejauh oksigen yang terlarut masih di bawah 0,1 ppm. Bila ada oksigen, katakan 5 ppm, besinya harus di bawah Q05 ppm. Penurunan p' menjaga agar oksidasi tak berlangsung, tetapi
kimia tadi dilakukan sebelu m prafilter cartrid ge dilengkapi mixer khusus. Berhentinya peralatan tak boleh lama, harus segera diikutilush (bilasan) otomatis, disertai sedikit biosida. Seperti mesin mobil mesti dipanasi tiap hari, membran juga perlu dioperasikan (walau dalam masa istirahat) setidaknya setengah jam tiap harinya.
tak sanggup mengembalikan yang sudah terlanjur teroksidasi kembali ke ferrc. Permeator pun dapat secara teratur dibercihkan dari fouling besi dengan menggunakan campuran khusus zat-zat kimia, yang juga efektif bagi oksidaoksida logam lainnya. Pralakuan memang sangat penting demi efektif dan amannya fungsi sistem membran. Teknologi membran tidaklah sesederhana teknik filtrasi yang kini banyak ditawarkan dalam bentuk modul cartridge itu.
Pengendapan sulfat lebih sukar dikontrol daripada karbonat. Batas
Dulu zat kimia SHMP merupakan sekuestran pencegah pengendapan sulfat, sampai dua kali lipat batas jenuh pada pekatan. Barium dan stronsium lebih tak larut lagi. Bahan pengontrol jangan sampai terhidrolisis dalam air. Jadi harus rlalu baru. Kini dikenal berbagai zat antikerak dan polimer tertentu pengganti SHMP. Antikerak dimasukkan ke umpary angka jenuhan langlier dapat mencapai + 1,9. Ini mengurangi asam, berlaku bagi membran PA dengan rejeksi baik pada p" netral. Membran CA tetap memerlukan penambahan asam. Zat sekuestran hanya khas cocok untuk air umpan tertentu, maka perlu percrcbaan sebelum diterapkan bagi sistem tertentu. kelarutannya harus dihitung.
Penyumbatan (buntu/macet). Pada prafiltrasi, lolosnya partikelpartikel besar sangat fatal akibatnya bagi sistcm RO di belakangnya, apalagi yang HFF jenisnya. Ukuran partikcl tak boleh melebihi seperlima saluran minimum. Bila prafilternya bcrukuran 5 mikron, sudah cukup aman. Bila pengoperasiannya baik maka bcncana penyumbatan partikel jarang dijumpai. Walau demikian, tctap pcrlu waspada. Filter cartridge perlu diganti bila drop tekanan sudah 15 psi (103 kPa) atau lebih. Perawatan pralakuan filter perlu dilakukan dengan baik. Yang lebih lazim, fouling akibat zat lebih kecil, yaihr koloid.
Pengendapan karbonat dan sulfat dapat berlangsung serentak (koprresipitasi). Jadi keduanya perlu diperhitungkan. Berdasarkan analisis
p"
Fouling koloid disebabkan olch koagulasi koloid, sehingga terjebak pada membran RO. Koloid dalam air itu dapat kelompok
dan suhu air umpan, dapat dipilih dan laksanakan pralakuan
mencegah pengendapan. Bila kerak disebabkan oleh kegagalan alat, hal itu harus teqpantau sedini mungkiry sehingga dengan cara kimia tertentu
kerusakan membran dan modul dapat dihindari. Pencucian membran tidak boleh sembarangan, nainun layak dilandasi pemahaman yang matang kimian ya, dan tidak boleh terlambat dilakukan.
_ Pengendapan oksida logam. Spesi-spesi terlarut dalam umpan dapat teroksidasi, membentuk endapan, menyumbat permeator. Besi dan mangan, terutama besi, menunjukkan gejala paling parah. Fouling akibat ion ferro menjadi ferri dan hidroksidanya mengendap. penanggulangan-
s7
nya adalah dengan penghilangan besi dari pasokan umpan atau pen-
Penambahan asam tadi (sekaitan dengan kesadahan karbonat) bagi air payau sampai angka jenuhan Langlier negatif pada pekatannya atau angka Stiff-Davis negatif pada pekatan air laut. Pengontrol px secara tepat sangat diperlukan. nita te4iai penyimpangan, ke-naikan pH, ,.g"ra peralatan terhenti agar membran tidak rusak/berkerak. Penambahan
ion,
Balik dan Desalinasi
i,
aluminium silikat (Clay/lempung), juga koloid besi dari korosi pada pipa dan pompa, filter dan sebagainya. Aluminium hidroksida juga dapat ada bila semula diberi lakuan tawas (alum), padahal mestinya aluminium sulfat (juga polimer anionik) tak bolch digunakan. Ion aluminium lebih daripada 0,1 ppm sudah amat berbahaya bagi sistem RO. Semua koloid tersebut berukuran 0,3 sampai 10 mikron. Koloid-koloid itu tersuspensi karena muatan dan tebal lapisan rangkap lishiknya. Selama proses RO, saat konsentrasi meningkat (konsentrat), lapis rangkap merosot, terjadi koagulasi dan fouling. Parameter pencatunya ialah konsentrasi serta stabilitas koloid.
58
Teknologi Membran Pemurnian Air
Untuk menentukan konsentrasi koloid dalam air, dipakai angka rapatan silt atau angka fouling, berdasar laju penyumbatan lewat kertas saring O45 mikron pada tekanan 2 bar. Piranti komersial misalnya Contitest (lerman), Autosilt CM (Amerika) dan lain-lain. Angka rapatan silt biasa disingkatSDI.
qnl= Ps_ 1 - (tmlta) (100)
TT
dengan SDI angka fouling P3s pembuntuan pada tekanan umpan 2 bar atau 30 lb/inr (dalam %), T waktu ujl tm waktu awal peroleh cuplikan, ta waktu untuk peroleh cuplikan setelah 15 menit atau kurang (dalam detik). Pemakaian alat rcara rinci biasanya tertera pada manualnya. Stabilitas koloid perlu besar agar fouling terhindarkan. Bila potensial zeta dapat diturunkan dari -15 mV menjadi -30 mV misalnya, fouling koloid dapat ditekan hingga minimum.
Osmosis
Balik dan Deealinasi
harus dirakukan dekhrorinasi duru. Bira membran lama s^ dipakai, url harus '- tak diberi lakuan zat kimia sMB atau atdehida teriil.
. .Kandungan biorogis air produk tidak dikehendaki sanra sekali pada indushi farmasi dan erektrbnika. warau membran sendiri tak tem_ bus bakteri, tetapi bocoran pada sear mekarris memungkinkan sejumlah bakteri lolos sehingga perlu'paralakuan UV untuk ir,t,rsiletekhonika dan penukar ion aau mikrofirtrasi pada industri farmasi/kedokteran. .agalita yang.
air laut, beberapa hat harus disimak .karbonat; dihindari ;l_""g; ;;,.,il;';,fi:
ligalp Penyebab kerak (kalsium
Foulingoksida rogam (produk korosi; diimbangi aen"gan si alaL setidaknva baja itainless 316. Potensi al
ilr,i
konstruk_
zctakoloid di air laut mendekati nol' maria ta( perru stabirisasi toroid. y-ang.penting mengunangi konsentrasi koroid,.sfi-nya di bawah 3 untuk HFF dan di bawah 5 untuk yang sw. lain-lain lakuan serupa untuk air tawarltanah. Bagi air laut, sistemsterilisasinya dapat dilakukan dcngan radiasi (500 ppm scrcngah jam/hari), atau .u]trafole.t. - lejutan fis_uf1l khlorinasi/dekhrorinasi. Fouring dapui Lring *.nft*u# sahr sama lain, -uI1 segenap jenis fouring- perru aipe".ti."ui"g#i o"o" desain pralakuan.
Pengurangan konsentrasi koloid dapat dilakukan dengan filtrasi khusus, juga koagulasi dengan flokulan polielektrolit non-ionik maupun anionik. UntuL menstabilkan koloid, caranya adalah dengan pelunakan. Ion dwi/tri valen ditukar dengan yang ekavalen, sehingga tebal lapisan rangkap meningkat, iuga muatan efektifnya. Kesadahan harus di bawah 5 ppm. Tetapi koagulasi berarti menidakstabilkan koloid. Jadi saling bertentangan, tak efektif. Kiat mengoptimisasikan hal itu niscaya dimiliki
PA RAMETER KERJA
oleh operator. Atau, membrannya selalu dicuci berkala dari fouling, menggunakan zat kimia komposit yang diformulasi oleh pakar kimia yang membidangi membran polimer dan berpengalaman memadai.
Tatanan membran biasanya terdiri atas modur-modur dengan ukuran yang sesuai. Modur-moaut-itu dapat dircpas untuk pembersihan atau perbaikan.
Catatan: Perusahaan cabang dari multinasional, distributor membran barangkali dapat membantu memecahkan masalah. Tetapi biasanya hanya apabila telah ada pembelian unit/modul menyeluruh. Dan karena menyangkut lisensi, biasanya mahal. Di situ letak pentingnya pengembangan broto-huo lokal, dari inovasi mandiri.
Pentahapan (safu, dua, tiga, dan setcrusnya) itu ditentukan oleh faktor laju recovery dan mutu iir ,rmpar,. Rocovery 557o sistem tahap t-unggal dapat untuk air payau. Untuk iecovery 75s0vo perru setidaknyi dwitahap.sedangkan BS-NTo h]tahap dan seterusnya. pentahupun iijug.a tekanannya. Apabira data mutu air, ukurar, brok modur, 3esuaifal laju ubahan /recovery, mutu air produk, suhu minimum/maksimum, tekanan umpary tekanan produk, semua diketahui, maka desain sistem dapat diselesaikan. sistem Ro didesain untuk masa keria rrrcmbran tertentu, dan itu disebut usia desain, bi4g4Jryq-__.f_-.ltahunan. Tegas dj|9muta$n bagaimana aliran dan muru air-F6a;GFrwat dan
Fouling biologis karbna pertumbuhan mikroba pada piranti RO menyangkut serangan ke membran, fouling membran serta kandungan bakteri dalam air produknya. Membran poliamida aromatik (pada konfigurasi HFF/SW) tahan serangan bakteri, maka disinfektan tak terlalu diperlukan. Air minum sering diberi lakuan khlorinasi. Tetapi khlor bereaksi dengan PA, maka
MEMBRAN
akhir usia desain, juga tekanan yang digunakan.
Permeator RO dibuat dengan laju alir awal (kapasitas) serta kondisi standar tertentu, sesuai konfigurasi dan penggunaannya.Jadi perlu diper-
Teknologi Membran Pemurnian Air
@
hatikan kesesuaian parameternya. Air umpan yang dipompa lewat mcmbran tcrpisah menjadi air murni (permeat) dan yang direjeksi/pckatan (konsentrat). Nisbah antara Permeat dan konsentrat (dalam %) disc'but konversi (ubahan), yang ada tabel khususnya dari tiap pembuat membran. Konversi dapat antara 10 sampai 90%. Mutu permeat (produk akhir) dinyatakan dalam PTT (padatan total terlarut), ion ppm atau mg/L. Dayahantar dapat untuk menyidik mutu produknya. l^aju alir permeat dinyatakan dalam m'/jam, liter/menit, galon/hari dan sebagainya. produk
Ogmosis
Balik dan Deealitrasi
Fwa=Pwa(Ap-r) dengan Fwa aliran air awal lewat membrol, Pryl koefisien permeabilitas
air aWal Ap tekanan umpan dikurangi produk (rata-rata), Arc beda tekanan osmosis. Besamya Ap:
Ap=Pga-Pp dengan Pga tekanan umpan garam awal dan Pp tekanan produk. Tekanan umpan garam rata-rata:
-----pekatan
air
or"=Y=r"-T
-
umPan
all
dengan Pga
= tekanan garam umpan rah-rata
(bar),
P,
tekanan umpan
(bar) dan Pg.-= tekanan (rejeksi) garam (bar), sedangb" drop tekananbundel HFF (bar).
A}
separoh
Bila Fwa sama dengan 1 (satu) pada kondisi standar salinitas umpan, tekanan umpan, konversi dan suhu, maka dapat dihitung koefisien permeabilitas membranny4 yang kemudian dapat untuk mencari faktorkoreksi operasi pada kondisi lain (bukan standar). Jadi jelaslah:
l._____. tl rl
_t___
D twa-
__
Nilai
Gambar
792
Contolr sist em tritahap
5
-i -2
Kinerja, dalam hal ini fluks membran diungkapkan dalam aliran air bagi luas membran tertentu dengan kondisi standar. Fluks untuk membandingkan kapasitas membran polimer yang berbeda, tetapi tidak dapat untuk membandingkan kapasitas modul alat keseluruhan satu sama lain. Rejeksi garam dinyatakan dalam Vo garam yang tertahan membran, sedangkan lewatan/lolosan garam ialah Vo garam dalam permeat atau air produknya. Dalam mendesain sistem RO, kapasitas harus disesuaikan dengan kondisi kerjanya. Bagi permeator FIFF (serat berlekuk):
F*u
Ap-Ar
diambil satu. Sedangkan dengan anggapan permeator air payau bertekanan umpan standar 28 bar dan tekanan atmosfer pada produlg maka Ap = 27 bar. Sementara A r diambil 2,9 Mr yakni tekanan osmosis konsentrasi umpan garam rata-rata, dengan umpan 1500 ppm NaCl dan 75% rcqveqy. Dianggap tekanan osmosis sisi prcduknya nol, yang beralasan karena rejeksi garam membran pada kondisi itu lebih daripada Fwa
907o.
Konsentrasi garam umpan rata-rata dapat
cga =
dihitung
qj-k'
Cgr = *t
(anggap konsentrasi produk = 0)
@
Teknologi Membran Pemurnian Air
dengan Cgu konsentrasi ga,am umpan rata-rata (mg/L), Cu konsentrasi umpan-(mg /L), C$ konsenhasi garam atau konsentrat/pekatan (mg/L), sedan gka n Y konversi / recovery / ubahan (sebagai desimal;.
Ogmogis
Energi proses osmosis balik sebenarnya praktis untuk PemomPaan umpan melalui permeatornya. Pemumian air laut memerlukan energi lebih besar daripada airpayau atau air tanah.
Kemudian dapat ditentukan nilai P*,u-nya bagi kondisi standar.
Tabel 4-3: Konsumsi Energi ilan Puhitungan Birya asmosis Balik
Begitu tetapan-tetapan diketahui, dapat dihitung faktor koreksi pncduktivitasnya (FKP) untuk bertagai konversi dan konsentrasi umpary 'm
enggunakan persamaan:
BHP (brake horse
FKP=P-u(Ap dengan
?tga
Selama masa,/usia kerjanya, pada permeator, koefisien retensi fluks
membran akan berubah dan merupakan fungsi log (gambar di depan). Dalam pemakaian Ro, fouling membran acapkali-sukar dibedikan daripada pemampatan membran. Kupasitas permeator _ -koreksi suhu (FKS):
juga dipengaruhi oleh suhu umpan. Faktor
FKS==I==1,930-25) fw-25
dengan F*-zs aliran air pada 25oC, F*s aliran pada suhu T, sedangkan T itu suhu kerjanya (celcius). Besarnya koreksi sekitar z% tiap deralit Cel-
cius.
Kebanyakan permeator komersial sesuai untuk lakuan air 200 sampai 9000 ppm PTT dan biasanya mempunyai ciri lewatan garam kurang daripada 1.0/o, artinya lebih 90% pada keadaan stindar. Rejeksl -rejeksi permeator air laut malah lebih besar daripada 9g,s%. Modul air laut dapat menggarap PTTantara 9000 sampai OO.0OO ppm. peritial lewatan g]ram,, produsen membran/permeator biasanya faktor koreksi dan bagan interpolasi /e-kstrapolasinya. Ber-menyertakan ba8ai rumuln/persamaan faktor lioreksi rewatan garam (FKLq dapat 9itsr pada berbagai jurnal membran/porimer -,rirkhi.. iiu*nyu ,,ilui FKLG menurunbila tekanan umpan meningkat.
Usia ekonomis membian penawar air raut iarah sekitar 5 tahun. Bila lewatan terlarutnya sudah dua kali semula dan aliran produknya di bawah minimum (katakanlah 407o), membran tersebut diicatakan mati. ,",U""i operasi, perawatan, defouling sampai pralakuan semuanya P11l DatK, membran permeator dapat mencapai usia g tahun, bahkan rebih Iama.
power)
- %")
ialah tekanan osmosis pada alur garam umpan.
63
Balik dan Degalinasi
=
= kW_
x 24 iamlhari
=
m3 produVhari Rupiah / kwh x kWh
kWh
/
kW /0,746 m3 produk
/ ^3 = RuPiah /
meter kubik'
Tentu saja harus ditambah penggantian mcmbran, kimia pralakuan, dan perawatan, selain biaya energi, meniadi biaya total. Dcsalinasi air laut dengan cara osmosis balik bersaing ketat, bahkan lcbih murah daripada
distilasi, karena tidak perlu energi pcngubahan fasa (cair-uap). Biaya kapital dan biaya operasi permeator membran amat menarik secara ekonomis, apalagi teknologinya makin efisien. Osmosis balik selain untuk mengubah air alah ke air layak minum, juga dapat untuk menggarap spesifikasi ketat air ultramumi bagi bidang penelitian, industri dan kedokteran. Kebutuhan air bagi umpan boiler, pabrik obat, elektronika sampai rumah sakit makin meningkat muhr dan fumlahnya. Produksi airuntuk Pangan, minuman dan semacamnya iuga terus melejit. Dulu kebtituhan ihr dipenuhi dengan distilasi (berulangulang), resim penukar ion, tetapi kini makin bergeser ke ranah iptek *embran yang lebih piawai. Deionisasi resin terasa makin mahal dan tak memadai (repot). Setidaknya, osmosis balik dapat dijadikan pratahap untuk deionisasi total yang cermat. Jadi dari kacamata ekonomi osmosis balik berciri sebagai berikut:
(a). Untuk umPan PPT di bawah 400 ppm, osmosis balik merupakan pralakuan murah sekali sebelum deionisasi'
G). iJntuk umpan PTf di atas 400 ppm, dengan Penurunan PTT 10% semula, RO sangat menguntungkan dibandingkan deionisasi'
(c). Untuk umpan berapapun konsentrasi PTT-nya, disertai kandungan organik tebitr daripada 15 g/liter, Ro sangat baik untuk pralakuan deionisasi.
Teknologi Membran Pemurnian
64
Air
(d). RO lebih sedikit berurusan dengan penanganan dan penyimpanan bahan kimia yang merepotkan operator itu. (e). Air injeksi dan sebagainya, sesuai perundang-undangan yang berlaku, tidak harus dibuat dengan distilasi, melainkan dapat secara osmosis balik mutakhir. Pendek kata, iptek membran yang pesat berkembang pada dasawarsa terakhir ini sungguh-sungguh merupakan kiat dan strategi masa depan. Dalam hal pemurnian air pun RO akan merupakan andalan Abad 21. OSMOSIS BALIK SKA,LA BESAR
Di seluruh dunia makin banyak plant osmosis balik, yang dapat dikelompokkan menjadi
:
(a). Pemurnian air tawar,/minum Boiler nuklir dan BBM, sebagai pendingin dan air proses, Industri, sebagai air proses dan pembilas/pencuci, Produksi obat dan elektronika/komputer, sebagai air pencuci dan Pengencer.
(b). Desalinasi (pennu/s1s1) Air sumur/tanah yang asin (1000 - 2500 ppm). Air payau (2000 - 9000 ppm). Air laut sampai lebih 50000 ppm.
Osmosis
Instrumentasi fail-safe, otomatis berhenti-lila ada masalah (trouble), alir misalnya tekanan t"ttut., tinggi atau rendatL PH t'rnPT:k"l:^'laiu aliran umpan-terlalu ;p;; tak normal, air kerfr, dayahantar ling', prohrk terlalu besar/kecil, dayatiantar produk tak normal' kadar anti i";k meningkat/merosot draslis dan sebagainya' Bila.tidik llt kontrol lagi. ketat, memb[n dapat rusak tanpa dapat dibersihkan/dipertaiki
SistemRoyangbaikdibuatbertipetumbulr.Artinya,manakala
perkeadaan telah menunirt peningkatan kapasitas, penambahan modul meator dapat dilaksanakan dengan mudah' Pentahapan reieksi perlu mempertimbangkan drop tekanannya' pgrlu dengan menyertakan p"tpipoo., penyeimbang ' Mck-pressurl iuga selain diatir agar tidak *"r.r*i membrinnya. Pentahapan -rejeksi, *"*,r.gi,irrkan operasi dengan konversi tinggi, iuga baik karena tidak semua irembran terancam bleh kerak (hanya mengancam Permeator p"ri.g belakang bila limit kelarutan dilampaui). Pentaha.pan produk lr.t,-,tl pur,.upuii. mutu mutlak tings scmisal untuk hal air elektronik' dapat sistem begini sebenarnya dua ahu lc'bih subsistem terpisah dan diberi pomPa pemberi tekanan ulang' dan Pascalakuan degossinguntuk menghilangtcan karlo1 dioksida H, maka p tka n gka menin ;;.' i6iuo., a*torri da be rku ra n gi h id
Pada pemurnian air tawar hasil akhirnya air ultramurni (<'p S/cm), RO selaku pralakuan sebelum penukaran ion/deionisasi mutlak. Pada desalinasi, produk akhimya air minum. Harap diingat, PTT air laut tidak sama. Normal 35000 ppm, di Laut Merah 42000 ppm, di sekitar Semenanjung Arab lebih 50000 ppm. Itu pun tergantung musim dan adaltidaknya pencemar dari kota, rumah tangga dan industri di sekitarnya. Tiap sistem itu khas!
65
Balik dan Desalinasi
r"ge;:;;i
.
stabil"air produknya. Hidrrcgen sulfida menyebabta" !3"' lgll 'id-'\ tingkungaO perli mem aka i scrubber. Kem udian d id isinfeksi ^"r,."*uri (sedikit karena air produk tak lagi berorganik)' Pralakuary misalnya dengan asam' memerlukan unit pompa umpan dan segenap khusus yang disesuaikan dengan-sisteln PomPa air kontrol lainnYa. MODUL AIR LAUT
Pada skala besar, sistem bertahap dapat diwujudkan dengan pen-
tahapan reieksi dan/atau pentahapan produk. Desainnya
sesuai
jenis/kapasitas membran serta kondisi lapangan penanganan air umpan menjadi produk. Berbagai pompa, perpipaan dan kontrol. Beda tekanan pada permeator selain untuk kontrol produktivitas juga memantau bilamana permeator harus dicuci, dirawat atau diganti. Kontrol-kontrol ini otomatit bahkan dibantu komputer. Penempatan kontrol dan bacaan perlu optimasi.
t4ODUL PAYAU
G
amb ar
2V Desalirusi dmgan PTT tebih 35000 ppm ftagan prototipd
'
66
Teknolori Membran Pemurnian Air
C:{q! plg! RO gksal yang berhasil misalnya di Ghar-r..apsi ^ - . 300CI mr/hari), Ras Abu (Malta, sebagainya.
Jarjur @ahrain, oleh Sasakural dan
Pengiritan energi sistem Ro untuk penawaran air laut terus diupayakan' untuk pembangkitan tekanan tinggi dipakai turbin khusus (Pelton,- dan sebagainya), juga pada sistemGkunun rendah dengan pompa baja stainless celup dengan motor arah berlawanan, sistem pompa turbo sistem flushing otomatis, kontror hidraulik disederhanatan (saiu katup tiap train) dan sebagainya. Sistem pembersihan, peremajaan membran, kondisi sistem, harus sungguh dikuasai oleh operator. Isyarat-isyaratnya antara lain adalah lewatan garam melebihi 757o, drop tekanan modul meningkat lebih z0To, keperluan tekanan umpan bertambah 207o, aliran produk merosot,/meningkat 57o, aliran pekatan garam berubah 5%, semua tanda fouling dan te4adi kerak. Fouling kimia/biologis diatasi dengan bantuan zat kimia tertentu.
Osmosis
Bslik dan Desalinasi
67
Menjalankan dan merawat sistem RO harus dengan memeriksa rutin perameter-parameter airnya (kimia /biologis) direkam-printer. Apalagi sumber air umpannya air permukaan: harus scmpurna pralakuannya, pengendapan, filtrasi. Sistem injeksi asam, PomPa dan semua meter selalu diperiksa pula. SISTEMPAKET Bagi berbagai keperluan, misalnya air umpan boilcr, pabrik farmasi/bio'lek, rumah sakit, pabrik elektronika, terscdia bcrbagai urrit paket. Yang untuk keperluan laboratorium riset, ada fuga yang lebih Lecil. Desainnya, termasuk unit pembersih, diatur sehingga mcmPermudah penangafran, Perawatan dan penggantian. Perangkat piranti membran osmosis balik telah banyak dimanfaatkan di dunii. sistem Ro iuga dapat untuk menghilangkan air yanS mcrrgandung kotoran organikTsintetis' Membran dengan molecular wcigltt
ollteitentu diperlukan. Makin kecil MWC, makin tinggi reieksi organi(nya (lazim MWC' 100). Demikian pula kontaminan lain seperti bakieri, viius,logam berat dan garam-garam lain. Di tcngah situasi buruknya air di lingkungan (kota/desa) masa kini, agaknya lebih baik daripada air botolan yu"S tak bebas kuman pcnyakit (lil'rat prawacana), sistcm tcknologi membran RO dapat melayani kcbutuhan kita secara memuas-
,it
kan.
osmosis balik adalah teknologi harapan dan piawai bagi kita, sampai menierjaki Abad 21 mendatang.
G
ambar
21: Desain membran pomeat or
tndul ptcct.
i *
ULTRAI',USASI DA}{
NAI\OFILTRASI Apa pula ultrafiltrasi uF) itur Tcknik ini tidak lain ialah proses
pemisanan (menggunakan) membran u4tuk mcnghilangkal berbagai zat ierlarut BM (berat molekul) tinggi, ancka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air/cairan. Membran semipermeabel- dipakai untuk
memisahkan makromolekul dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting retcnsinya' struktur pori membran uF jauh lebih longgar daripada membran RO yang tak memiliki "pori-seiati" namun sckedar rongga-rongga antar serai poii.tter yang dapat dilewati molckul air yang kecil'
Derajat ejeksi terlarut ditcntukan olch cut-off bcrat molekul membrannya (MWC) serta BM tcrlarutnya scndiri (iuga ukuran/bentuk). CIRI MEMBRAN
Membran uF dibuat dari berbagai bahan polimer dan anorganik/mineral berukuran 10-2000 Angstrom.
Teknologi Membran Pemurnian Air
70
1
Ultrafrltrasi dan Nanofiltrasi
77
Lapisan gel makromolekul tersebuJ sercntak membentuk gelmembran dinamis, sehingga cut-off agak merosot dalam praktik.
o,z 0,5 l,o
2,0 5,0 ro,o
Dalam teknologi lakuan air, membran UF dengan MWC 100020000 lazim untuk poles akhir dan penghilangan pirogen, sedangkan MWC 8000G.100000 untuk pemakaian pralakuan scrta penghilangan koloid. Terkadang pirogen (BM 10000-20000) dapat dihilangkan oleh membran 80000 karena adanya membran dinamis tadi. Tekanan sistem UF biasanya rendah, 10-100 psi (70-700 kPa), maka
dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Kcbutuhan cncrginya sesuai desain sistem.
Tabel 5-7:'Perbandingan antaraRq uF dan MF (lilat juga urnian tangMF)
ORCANIK TERLARUT
RO
.
nya.
Terlihat jelas daerah operasi ketiga proses membran penting itu: osmosis balik (RO), ultrafiltrasi (UF), dan mikrofilhasi (MF, diuraikan di Bab 3), beserta ukuran-ukuran partikel kontaminan dalam air.
Cut-off BM biasanya antara 1000 sampai 50000 atau
MI]
r!,k Frrt+
berkoloid yang sulit.
Ccpat fouling oleh koloid (biaya pcnggantian mahal)
Tekanan rendah (2-6 bar) Konsumsi energi rt'ndah
Entrgi rendah
Recovery rend ah (50%-80%)
Recoverysampai 95%
Ilecovery 100%
Toleransi pH2-'11 Suhu operasi max.40oC
Toleransi ptl l-lj Suhu sampai 80"C Sangat tahan ok-sidator
Toleransi
Perlu pralakuan koloid
Gambar 22:Teknologi membran, ukuran pori sertaberbagai ranah Pmera7an-
UF
Bab 3 tan-
Tekanan tinggi (10-30 bar) Energi tinggi
Tahanan oksidator tertatas Tak dapat sterilisasi uap
Beroperasi pada air
Dapat sterilisasi uap Desain modul higienis sukar Desain higienis dapat
I'ckanan rcndah (2-5 bar)
pI{
1-13
Suhu tinggi bisa
Amat tahan oksidator Dapat sterilisasi uap Desain higienis mudah
60000.
Pemeriksaan memakai dekstran atau PE glikol dengan fraksi BM tertentu.
Ada pula membran dengan MWC 500 dan berciri rejeksi garam 35-40Vo pada saluran dan umpan air (minum) permukaan/tanah. Sebenarnya membran ber-MWC 500 atau kurang bukanlah membran IJF, namun membran NANOFILTRASI ND. Membran UF biasa tidak merejeksi garam terlarut. Polarisasi konsentrasi menyebabkan gejala terlarut berkumpul pada permukaan membran, membentuk lapisan gel. lapisan itu makin menebal sehingga tahanan hidrauliknya mengurangi fluks. Polarisasi konsentrasi ditekan dengan menambah turbulensi (golakan) serta shear (geseran) aliran dekat permukaan, mengurangi tekanan, mengurangi kadar makro terlarut (BM tinggi), mempertinggi suhu, dan memperbesar kelarutan makromolekul tadi.
Membran UF sekaitan pennumian air dipeqgunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling) dan penghilangan mikrrcba, pirogen dan partikel dengan modul higienis. Membran uF dibuat dengan mencetak polimcr sclulosa asctat (CA) sebagai lembaran tipis. Fluks maksimum bila membrannya anisotroPik, ada fulit tipis rapat dan penge*ban berpr.rri (lihat gambar). Membran CA dirusak -.*prr"ryii sifai pemisahan yang bagus namun sayangnya dapat rentan kimia, PH. oleh bakteri dan zat
Ada pula membran dari polimer polisulfon, akrilik, iuga polikarbonat, PVC, poliamida, piliviniliden fluorida, kopolimer AN-VC, poliasetal, poliakrilit, kompleks polielektrolit, PVA ikatsilang. juga dapat dibuat
72
Teknologi Membran Pemurnian Air
membran dari kcramik, aluminium oksida, zirkonium oksida dan sebagainya.
Ultrafrltrasi dan Nanofiltrasi
7,1
Konfigurasi/konstruksi membran UF serupa sekali dengan melnbran RO (Bab a): tubulator, plat & frame, lilit spiral, serta HFF (serat halus berlekuk). Membran pipa (tubular) lazim untuk terapan dengan fouling bcrat di indushi, tidak untuk air minum Publik karena biaya kapitalnya besar, rapat tatanannya rendah, dan keperluan energinya tinggi. Ia dicetak ke pengemban berpori seperti kain tanpa rajutan atau plastik diperkuat gelas.
(a)
Membran datar (plate and frame) unhrk aliran lambat di industri. Mahal, tidak cocok untuk penyediaan air bersih biasa.
o)
flange ujung
plat pembatas
G
ambar
23 : SEM membran
W anintrop
I asimetrik ( a)
pumukoan, (b) penam-
r .-
allmn grnp2n
'!
aliran permeat
panglintang.
cincin leher O
Membran UF berciri aliran lintang (cross flow) di permukaan membran, jadi tak tegaklurus seperti filtrasi biasa, agar laju alirnya ter-
kertas saring cakram penyangga kertas
iugu.
membran
Gambar 25t Membran plat aatar berkerangka. Membran I,JMPAN
besar dan tekanan rendah. Energi kecil, tidak makan tempat pula. Ukuran
PEKATAN
padatan suspensi
-
koloid
lilit spiral (3W) cocok untuk pemurnian air karena'fluks
standarnya
padatansuspensi
15 cm, 20 cm
diameter bejana.
koloid
padatan terlarut
makromolekul larut
cairan
cairan
tr (d
Ir
.o
E AJ
E
PERMEAT padat larut BM rendah cairan
Gambar 24: Bagan
Proses
llltrat'iltrasi
Recrruery = (permwtlumpan) x 100Vo
Gambar
262
Cartridge mernbran UE -SW 1onpure-Millipore)
.
74
Teknologi Membran Pemurnian
Air
tlltrafi ltrasi dan Nanoliltrasi
Cartridgenya dapat disucihamakan dengan khlof, asam perasetat, hidrog,en peroksida. Laju fluks bagus, pH mudah dicuci (uga dengan shock khlor), awet. Yang lazim dipakai"LbiL adalah polisulfon.
Tabel 5-2: Membran Pemurniah Air (UF)
Membran HFF (serat berlekuk) untuk UF berbeda daripada yang RO. Pada UF, aliran umpan masuk lewat inti (tengah) dan keluar lewat dinding. Elemen dan modulnya dewasa ini rata-rata berukuran kecil, tidak seperti RO yang sampai besar-besar (maka jarang untuk pemrosesan air bersih besar-besaran). Ada pula desain membran yang kulitnya di kedua sisi. Desain modul HFF amat higienis yang penting untuk produksi air ulhamurni (pabrik farmasi).
Plate
& frame (PF)
Keunggulan
Kelemahan
Toleran kandungan padatan
Mahal ftiaya kapital)
tinggi mudah dicuci
Mahal (biaya en&gi)
Dapat dilepas-lepas
Instalasi besar Tak dapat gt'krntor balik (back-
Desain higienis
)
Lilit spiral (SW)
Dalam memilih sistem membran harus memperhitungkan untung ruginya sekaitan mutu umpan dan produk, biaya, kemudahan operasi dan perawatan, skala kapasitas dan lain-lain.
Biaya kapital rendah
'ak dapat
Biaya energi rendah
'ak mudah dicuci 'ak sehigicnis tipc lain
Peralatan kompak
gelontor balik
Konstruksi kuat
:n
,
Pipa polimer (TP)
Toleran kadar padatan anrat
Iliava kalrital nrrhrl
tinggi lliaya cntrgi sangat mahal
Mudah dicuci Pembersihan dap.rt ball (gelembungan)
sc'ca
ra loatrr-
Dapat back flush
Toleransi kinria amat kuat
lrrstalasi bc'sar
'lak dapat bakflush Iliaya kapital mahal
ganti membran mahal
i suhu amat tinggi
Konstruksi kokoh
Gambar 2l z Fotomikrograf membran WF (serat bulekuk) jenis lapban luar-
Usia membran awet
dalam (2 sisil.
mudah dicuci oleransi kandungan padatan
tinggi
STRUKTUR HALUS PERMUKAAN Penulis beberapa waktu silam, dalam kunjungan ke Memtech, di antara berbagai topik kajian para sahabat, yang disimak Kyu-lin Kim (Korea - Aussie) tekun bertahun-tahun perihal fouling membran cukup
menarik. Akhir-akhir ini, dengan FESEM Hitachi (5-900) dikajinya mikorstruktur membran UF pada permukaannya. Ciri pori permukaan menentukan sifat inhinsik permeasinya. Teknik SEM adalah salah satu di antara teknik penentuan morfologi dan ciri pori lain: titik gelembung, intrusi raksa, permeabilitas pelarut dan lainlain. Hanya SEM dapat memberikan info rinci bentuk, ukuran dan pola topografis pori.
mudah dicuci i
berlekuk (HFF)
Dapat gelontor balik Biaya kapital murah Biaya energi murah Toleran kandungan koloid linggi
Disain higienis Dapat operasi suhu tinggi Peralatan kompak Biaya ganti membran murah
Peka keiutan tekanan
Teknoloci Mernbran Pemurnian
76
Air
Ultrafi ltrasi dan Nanoliltrasi
77
meter, indikator dan perekam aliran, tekanan, suhu, kekeruhan, dan cacah partikel. Panel pengontrolnya terpusat atau setempat (blok alat). Pola operasi fail-safe serupa RO. Sistem UFdapat digunakan sebagai:
a). Pralakuan penghilangan koloid. Bila bebannya berat maka perlu pelindung filter media dan penj,ebak organik.Ini untuk terapan air minum.
b). Poles akhir, untuk menghilangkan mikroba, partikel dan pirogen. Tidak perlu flush sebab air sudah bersih. Untuk penggunaanlndushi (farmasi, elektronik). koagulan
Gambar 282 Pori metnbran UF (SEM) - Hitachi. Penampilan dapat relatif s€riagam, aglomemt nodul, jalinan trimatra, dan lainJain dengan IvwVD khas, sesuai pammeter preparatifnya.
,rJr PRALAKUAN
Hans Coster dan kawan-kawannya mengembangkan teknik bam spektometri impedansi dayapisah atomik (lazim bidang biofisika) untuk penldikan membmn UF (juga MF, NF dan RO) sehingga dapat disingkap mekanisme adsoqpsi, fouling, rejeksi dan sebagainya.Impedansi listrik membran NF dimodelkan dengan sirkit khas. Lapisan porositas kecil, matriks pengemban dan larutan luar antam permukaan membran dengan bidang berelekhoda pengukur potensialnya, dengan elemen-elemen kapasitor dan konduktans.
GG Gambar
29 :
Model (BULF lS) membran NF.
KOMPONEN DAN DESAIN SISTEM
UF V
Komponen sistem dan pola aliran UF sebenarnya mirip dengan RO yang telah dijelaskan pada bab terdahulu. Pralakuan filtrasi carhidge, filtrasi konvensional, asam, antikerak, biosida, mix-statik, dan lainlain di mana perlu sesuai keadaan. Peralatan pompa UF lebih murah dan mudah daripada RO. Sistem UF pemurnian air skala besar ditata paralel, modul SW fluks tinggi. Pascalakuan seperti diperlukan. Kontrol sistem meliputi
i
PASCA LAKUAN
Gambar 30: Bagan sbtem l-lF
* 78,
Teklologi l{embran Pemurnian Air
,
Sehubungarr dt'fouling sistem LIF, dua proses dikenal:
(1). Flusing (pcnggelontoran) dilakukan otomatis, dapat berarah balik atau nraju cepat, tanpa zat kimia (tak perlu dicabut lama dari aliran
U]trafi ltrasi dan Naaofiltrasi
79
Kapasitas fluks serta frekuensi pembersihan kimia ditentukan pula oleh mutu air umpannya. Pada sistem FIFF petunjuk tekanan diferensial membrannya penting sekaitan pencucian terscbut.
opcrasinya).
(2). Pcmbersihan kimia ditempat (clenn in place/ClP) berjangka 2-4 jam. Ini untuk mencegah kerusakan tak reversibel pada fluks membrannya selain flushing berkala.
1,5
drop tekanan
Jadi ada empat ragam operasi yang mungkin, yakni:
membran
Penyegaran fluks
Ragam kerja
Gar)
back,ush(bo
:::T:::: ffi ------>---'--
resrrKulasr G
fastrorwardflush(30
Gambar 37: Rngam Operasi UF
Tabel Ragam
1.
Single pass
waktu
5-3: Perbandingan antar ragam oparasi
Keunggulan Desain sederhana
llF
lalu repot pra/pascalakuan, perawatan tidak rumit, tekanan rendah,
Recovery tinggi
Parameter operasi rutin sistem UF, meski mirip RO, tetapi tak ter-
Feed dan bleed
Desain sederhana
Recovery rendah
dengan back flush
Penyegaran fluskbaik Biaya energi rendah
Perlu piranti back flush
Peralalan bf tak perlu
Recovery rendah
Feed dan bleed
fff
Desain sederhana
Perlu aliran 3-f Penyegaran fluks tidak baik bila muhr air umpan ielek.
4.
Resirkulasi
Recovery tinggi Fluks terjaga baik Toleran kadar padatan amat
Krnta kitrcrlu.sistr'rr IIFF lujrr atir tctap
Perlu pera-latan back-fl ush
Encrgi rendah
dengan
32.2
Membran SW tidak dapat digclontor balik sePerti membran HFF. Penjagaan fluks dilakukan dengan mc'mbatasi pcrubahan tiap elemennya dan mengoperasikan dalam ragam faed and blecd. Bila umpannya parah, harus ditempuh resirkulasi dan pencucian kimia. Semua harus terkontrol baik, operator bekerja sesuai manual pcmbuat sistem.
Kelemahan
Penyegaran fluks baik
2.
Gambar
Biaya energi mahal Desain
rumit
mutu air umpan kurang agresif dibandingkan RO (payau dan air laut). Perairan plant sistem UF akhir-akhir ini makin Penting sekaitan dengan penghaiang akhir (bagi kontaminan) pada sistem air ultiamumi. Poles akhir ini pentingbagi industri elektronika (kontrol partikel/koloid) dan farmasi (kontrol mikroba/pirogen). Walau tak perlu flushing, pembersihan kimia terkadang perlu sclaku uPaya preventif. Walau sistem poles akhir serupa pralakuan, tetapi rinciannya berlainan.
kondensat
33 z Bagan alir sistem
Wl6 terwsatnya pada industri farmasi.
Gambar 34:Bagan alir sistem pola terpusat pada infutsti erektronikn.
CAMPUR
BED
DEINOISASI
Gambar
pendingin
@
o
tD
I
D'
z
ts
p.
p u
q
I E
:
H
tr
19
{c
6
>d
tD
{d
E
o
E.
= 2
F
o
t,
I
p,
Teknologi Membran Pemurnian
Air
Bila kcpcrluan akan air yang ultramurni sekali, namun volumenya
tak tcrlalu banyak, sistem yang tepat dan jitu ialah poles UF di tempat. Air produknya bermutu mutlak prima. Peralatan diletakkan di fasilitas mangarl suprabersih laboratorium canggih mutakhir. Walau peralatan kecil, upaya perawatan niscaya cermat dan disiplin agar mutu air konsistcn.
Di laboratorium, model,UF lazim selaku poles akhir untuk menghilangkan koloid, mikroba dan pirogen setelah proses deionisasi. Ini penting bagi kerja cermat HPLC (khromatografi cair kinerja tinggi), mikrobiologi, imunologi, serologi, biakan jaringan dan penelitian bioteknologis/biomedik lain. l-ablab di Indonesia semakin banyak menggunakan alat-alat mutakhir piawai mahal, dan menuntut air ultramurni. Tetapi bila orang/pelaksananya tidak becus, mutu air hasil UF tak dapat dipertanggungjawabkan, tak ada gunanya alias sia-sialah
I
Ultrafiltrasi
dan Nanohltrasi
ll.
Tabel 5-4: Rnngkurnn Cara Pemantauan Parametar Alat UF JenisSistem
Parameter terukur
Peringkat
Tindakan
Pralakuan ( tekanan
Dropmembran
2G35 psi H/serat
Pencucian kimia
dan laiu alir)
50 psi
Angka fouling
S/lilit
Umpan oepat
Alat tersumbat, MF Poles - farmasi
Drop tekanan dan la.iu
alir
2G35 psi H/serat 50 psi S/lilit
Membran SW lebih kokoh daripada HFF, maka kurang peka/rentan terhadap tekanan dan pukul air. Akan tetapi jenis SW dapat fouling tak reversibel, maka tekanan jangan berlebihan.
Sistem UF sedang biasanya berkontrol semiotomatis. Pada saat beroperasi, ia otomatis, tetapi langkah pencucian kimia (CIP) tidak demikian. Operator harus mengatur bahan kimia serta alirannya. Sistem skala besar ada yang otomatis penuh. Perawatan sistem UF akan konsisten, demikian pula operasi alatnya berjalan prima, bila disusun program pemantauan dan pemeriksaan berkala yang teratur. Tentu saja parameter-parameternya khas tiap alat.
Canti membran Cuci kimia dan periksa proses
sebelumnya
Poles elektronika
suhu.
Ganh membran Periksa sepintas
Mikroba
> 10 CFU/100 ml
Periksa sepintas Sucihamakan
Endotoksin
> 25
EUlml
Sucihama Ganti me'mbran
Drop tekanan dan laju alir
2G35 psi H/serat
Cuci kimia dan pcriksa proses terdahulu Cuci/sucihama
adalah strateginya.
Agar membran (bahan permeator,/modulnya) awet, tidak rusak, harus dihindari tekanan terlalu tinggi (maksimum 5 bar), drop tekanan besar (maksimum sekitar 2bar), kejutan tekanan (pukul air), serta muaian diferensial (pemanasan/pendinginan cepat). lIltrafiltrasi HFF ada pengatur tekanan otomatisnya. Pompa berlimit tekanan di bawah maksimum tekanan opcrasi sistem. Katup aimya yang tipe lamban, ada selang waktu sampai operasi penuh (sekitar setengah menit). Jangan ada jenjangan
Periksa sepintas
terpermeasi
instrumen-instrumen canggih tersebut. Pemeliharaan yang baik dan ketat
KONTROL DAN PERAWATAN
r
Partikel > I mikron > 0,5 mikron
50
s/lilit 0 1000
Periksa sepintas Ganti membran
Bila beberapa kali sucihama tak memperbaiki kinerja membran, berarti membran sudah rusak. Perlu diperiksa atau diganti. Pembersihan/pencucian kimia di tempat (CIP) penting untuk menjaga kapasitas sistem pralakuan dan mencegah kontaminasi sistem poles akhir. Prosedur ketat dan cermat serta teratur/berkala perlu dibuat dan dilaksanakan sesuai kondisi dan pencrapan sistemnya.
Apabila sedang tidak dipergunakan, peralatan sistem UF harus dicegah dari berbiaknya mikroba. Prosedur bakunya perlu diikuti. Bila terjadi penyimpangan, jangan ditunda, lekas hubungi konsultan/ahli. Komponen-komponen piranti sistem UF iuga perlu rutin teratur diperiksa/dirawat. Ini meliputi Pengatur tekanan (Suntu, perlu cuci, setting tepat, operasi baik), katupkatuP pengontrol (operasi baik, periksa kedudukan batas), pompa (operasi baik, bocor/ttdak,letak shaft rotor, pemanasan motor), knop/saklar tekanan (kedudukan tepat), membran (integritas, uji tifik gelembung uji coba bakteri/endotoxin/angka fouling), umum (kebocoran, fungsi kontrol, urutan CIP otomatis)-
Teknologi Membran
M
!9rng1g!g![
iln
I"Iltrafi ltrasi dan Nanofiltrasi
TERAPAN DAN PILIHAN Tabel 5-5: Itmbar
log sistem
W
Ulhafilrasi (juga nanofiltrasi) terbukti efektif menghilangkan
a). Sistcm Pralakuan Tanggal
Waktu
Tekanan (bar)
masuk
zat
organik (TOC, bentukan trihalometana, wama). Membran MWC rendah
keluar
Ap
Laju alir (m'/jam)
Suhu
t
BF
volum
Aneka Fouline keluar
masuk
sanggup memiliki rejeksi garam 40Vo. W unhrk Pralakuan RO air laut, efektif pula rnencamPakkan TOC ftarbon organik total, kekeruhan padatan suspensi) pada lakuan limbah sebelum dibuang ke lingkungan.
Pemilihan metode UF atau RO, NF, ED/EDR (elektrodialisir balik), semua tergantung tantangan air baku serta ciri masing-masing teknik sekaitan pemurnian air.
(m3)
Proses membran selalu mengeluarkan limbah. Ini harus dibuang dengan mengikuti Peraturan yang ada. Pekatan (rejek/brine) niscaya semakin cerrnat digarap agar tidak mencemari/merusak kelestarian lingkungan hidup.
Membran NF merejeksi kesadahan, menolak bakteri dan virus, menghilangkan warna karena zat organik tanpa menghasilkan zat kimia berbahaya seperti hidrokarbon terkhlorinasi. NF cocok bagi air PTT rendah, dilunakkan dan dihilangkan organiknya.
b). Sistem Poles Akhir
NANOFILTRASI: PENDATANG Tanggal
Waktu
Tekanan /bar'l masuk
keluar
Laju Ap
alir
(m"/iam)
Suhu OC
CFU/ML
uii
masuk keluar
Endotoksin
LAL EU/ML
B
ARU
Dengan membran RO tekanan rendah dapat dilakukan pelunakan air sadah dan payau serta penghilangan organik dari air PTT rendah. BM
cut-off bervariasi dari 200 sampai 500. Membran RO ketat-mampat
memiliki cut-off BM 100 saja. Itulah sebabnya membran tersebut dikelompokkan dalam piranti teknologi baru nanofiltrasi (NF). sifat reieksinya khas terhadap tipe ion: Ion dwivalen lebih tercam;kavalen, sesuai saat membran itu diproses, formulasi daripada'yang pak tak pembua!-suhu, waktu annealing dan lain-lain. Formulasi dasarnya mirlp no tetapi mekanisme operasinya mirip uF. Jadi NF itu gabungan RO dan UF.
Diametermembrancenderungdiperbesaruntukmenekanbiaya proses. Standarisasi global terus diupayakan agar konsumen tidak airrgiLar, /airepotkan saat akan menggantinya'
*
ELEKTRODIALISIS
Elekhodialisis (selanjutnya disingkat ED) ialah Proses pemisahan elektrokimia dengan ion-ion berpindah melintasi membran selektif anion dan kation dari larutan encer ke yang lebih pekat akibat aliran arus searah (DC). Jadi jelas, ED adalah gabungan antara elektrokimia dan penukaran ion. Sementara itu ED-Balikan atau ED-Reversal (selaniutnya disingkat EDR) ialah juga proses ED namun kuhrb/polaritas elektrodaelektr"odanya dibalik dengin daur waktu tertentu, sehingga membalik pula arah gerak ion dalam jejeran membrannya. sistem -ini digunakan untuk *en[-,rUut air payau meniadi air minum atau untuk memekatkan buangan 0i-mbah) agar dapat dipakai ulang atau iuga sebagai pralakuan atas umpan air PTT tinggi sebelum masuk ke sistem penukaran ion. Prosesnya melibatkan membran selektif ion. Air tetap tinggal namun ion dipat lewat. Ion nahium (+) bergerak ke elektroda negatif, sedangkan khlorida G) ke elektroda positif. ]elas bahwa air pada kompartemen"yang satu berkurang garamnya (diluat/enceran), dan pada kompartemln liin bertambah ionnya (konsentrat /Pqkaia]l) sehingga terhasil dituat (produk) dan konsentrat oimbah). Diluat dialirkan ke penampungan, terpisah dari konsentrat.
EDsecaraekonomismenurunkanPTTairpayaumeniadi200ppm,
tanpa menghilangkan kontaminan non-ionik, ion besar yang diam serta
88
Teknologi Membran PemurnianAir
koloid PTT sampai 12000 ppm dapat digarap, tetapi dari segi ekonomi, PTT umpan optimum tidak lebih 2500 ppm. Energi diperlukan untuk menggcrakkan ion di larutan. ED tak lagi ekonomis dibandingkan RO atau distilasi flash bila dipergunakan untuk menawarkan air laut yang sangat tinggi PTT-nya sehingga menyedot listrik banyak sekali. Riwayabrya dulu, ED dirintis untuk mengolah air setelah PD II usai, di tahun 1945. Saat itu para ahli gagal menancapkan akar. Baru setelah \970-an, proses ED diangkat lagi dan memikat banyak perhatian. Penawaran air payau (agak asin) menjadi basisnya. Bila konsentrasi terlalu tinggi (air laut), keperluan energi arus listriknya meningkat drastis. Walau relatif kurang parah dibandingkan RO, ED pun mengalami fouling.
89
Elektrodialisis
sedangkan yang bermuatan sama ditolak. Memang membrannya tidak sempurna, ada juga sejumlah kecil ion bergerak pada arah \"lj*, namun lazimnya selekivitas itu di atas 987, (kecuali bila larutan di luar terlalu kuat). Gejala perpindahan ion pada ED berdasar pengaruh potensial arus searah (DC) atas larutan ionik.
9@9
KONETGURASI TUKAR.ION SEL KATODA
Membran ED sebenarnya tak lain resin yang dibentuk sebagai lembaran, yang dapat selektif anion atau kation. Membran kation (menukar kation) ialah jalinan pori molekuler sehingga air pun tak terlalu banyak yang dapat melintas, dan porinya diberi muatan negatif ke matriksnya, dengan gugus sulfonat (bandingkan resin kuat).
G
ambar
36
z P en
gatult potensinl DC at ts larutnn
+
ANODA
N aCU HzO
Kation (Nu*) tertarik ke katoda dan anion (Cl-) tertarik ke elektroda
o o
cB
positif. Reaksi penguraian air pada katoda:
ZHzO +2€ --->
2 OH- + Hz
Pada anoda teriadi reaksi oksidasi hidrcksida dari air:
zFla} ---> 4 H* + Oz + 4eDapat pula terbentuk gas khlor pada anoda:
o
2 Cl'
OO Jad
Gambar
352 Bagan membran
kation
b)
dan anion
ft) ilengan netralitas listrik.
Pada membran ber{angsung netralitas listrik karena adanya ion pasangan sesuai muatannya. Gerak ion mudah dari sahr gugus tetap ke L"g"*Op (melekat) lainnya. 8u8us tetap menarik ion bermuatan lawan
---> Clz + ?*
i sungguh-sungguh berci ri resi n penukar i on lembaran'
Pada jejeran (stack) ED, ion-ion terlarut, membran selektif kation/anion serta medan listrik DC bergabung menghasilkan demineralisasi atau deionisasi air serta pemekatan ion-ion yang terpisah dalam Air yang mengandung ion terlarut dipompa ansaluran garam pekatnya. -kation dan anion, mengalir lewat pembatas polietilena' tara meirbran
Air
Ele}trodialisis
fejak air teriadi antar membran, bukan melintasi membran semipermeabel
cuci katoda
Teknologi Membran Pemurnian
90
(pada RO). Ion negatif melintasi membran aniorL ion positif ditolak (rejeksi). Sebaliknya ion positif melewati membran katioru ion negatifnya direjeksi. Ion-ion yang melewati membran anion/kation dikumpulkan di bagian pekatan, menyatu dalam larutan garam.
91
pekatan
keluar
Membran-membran ED ini penghantar listrik dan tidak tembus air pada tekanan. Bila diberi medan DC, semua kation bergerak ke kutub negatif. Bila membran yang dijumpai pertama oleh kation itu membran kation, ia melintas, masuk ke kompartemen air berikat dan sel di belakangnya mengalami pengenceran (deionisasi). Bila yang ditemui kation tadi membran anion, ia tidak dapat lewat, tetap terjebak di kompartemen semula (sel pemekat). Begitu pula ion negatif (anion) mengalami gejala serupa saat bergerak ke kutub positif.
o +
€
Hasil akhirnya, gerak ion yang terimbas DC terkontrol membran
OJ
ini ialah ada kompartemen berair yang terencerkan, ada pula yang
o
JZ
o
memekat. Aliran pada ED itu satu arah sesuai kation/anionnya. airpayaumasuk
-+
^
lll
K
^lll *+
I
catu-
e{rceran masuk
ke catu-
duyu
daya'
lisb'ik positif
listrik negatif
\
Na
Na
\
e
/1 cl'
/
ANODA A
Y"u
f*u l'' I
cr7
+ air garam pekat
cuci anoda
pasangan sel sebanyak N
*
t'
cr-
L
-7
rlI II --+
Gambar
37
z
ED sistem stack
sel paila
ED
Stack terdiri atas pasangan-pasangan sel, berjumlah 100 sampai 500 pasang (N). Sel pekatan (konsenhat) lazim merupakan bagian daur ulang, untuk mengurangi (volum) limbah dan meningkatkan dayahantarnya. Ini menurunkan tahanan lishik sel pekatan sehingga cukup rendah (tidak boros energi). Pada sel enceran (diluat), tahanan makin meningkat. Pada ED pemurnian terhenti sampai PTT air (encer) setara sekitar 500 ppm NaCl atau 1000 U S/cm. Ini sesuai untuk air minum standar WHO. Teknik ED dapat untuk pralakuan sebelum poles penukar ion agar hemat bahan kimia. Sebelum penukar ion, PTT dapat sampai 50 ppm saja.
POLARISASI DAN FOULING
G
-*
pasangan Gambar s8:
+
produk air segar
Agar dapat memahami aPa yang dialami ion saat bergerak masuk dan keluar (melintasi) membran, diandaikan penyederhanaan tcrtentu. Pada permukaan terdapat zalir diam, sedangkan zalir (fluida) ruah tercampur sempurna. Perubahan kadar dan suhu pada ruah segera disetim-
Teknologi Membran Pemurnian
92
bangkan. Tebal
Air
film tergantung hidrodinamikanya (angka Reynold)
Peralatan. lahanen pasangan sel (
tlzqn
)
Elektrodialisis
Pada gambar (a) itu, tanpa arus, konsentrasi
93
Cf di kedua sisi
membran dan film diamnya sama. Diberi gaya gerak listrik ion serentak bergerak (tahanan membran kecil) melintas bebas. Daerah C menelan Cldari cairan di dekatnya. Beda konsentrasi mendorong ion Cl- ke arah membran (difusi). Pada gambar (b) terlihat sistem telah tunak (steady) lagi. Penurunan konsentrasi Cl- di sisi kiri membran memberikan jenjangan pada film antara B dan C, ion Cl- mengalir. Ion Cl- melintasi membran, diimbangi aliran Na positif sebaliknya, begitu seterusnya makin banyak. Film diam bertindak sebagai "jalur tancap gas" (ibarat balap Formula I) dan ion Cl' melipat-duakan kecepatannya.
500 400 300
2N 100 tahanan ienis
perpotontan
100
500
s000
( CVsell)
900
:
1000
Gambar
392
500
Grafik tahanan pasangan sel
Konsentrasi ion Cl- di kedua sisi membran anion dalam larutan NuCl berbagai kondisi tampak pada gamban
Di sisi membran yang lain, kejadiannya adalah kebalikannya. Ionion Cl- mendesak terus. Film tebal tertentu, perlu jenjangan konsentrasi lebih besar untuk memasok aliran ion yang melintasinya.
Ion OFf dalam larutan garam netral jumlahnya sedikit tetapi manakala konsentrasi Cl- telah amat kecil, adanya OFf tak dapat lagi diabaikan. Perbedaan antara ion Cl- dan OH minus ialah bahwa Cl'ke membran oleh difusi melintasi film, sedangkan OFI terjadi dari penguraian air setempat. Bila pasokan Cl- kurang memadai, membran mengalirkan OFf, sehingga tetapan disosiasi air membentuk (OFI) lebih banyak. Film pada C bersifat asam, sedangkan X bersifat basa/alkali. Pada polarisasi, zalir (fluida) di permukaan membran kehilangan elektrolit, tahanan meningkat drastis terhadap rapat arus. Arus melintasi membran, dibawa oleh hidroksida ke sisi pekatan, p" meningkat dan dapat menyebabkan pengendapan kalsium karbonat dari air payau sadahnya. Polarisasi menyebabkan efisiensi arus merosot, konsumsi energi meningkat, perpindahan ion yang dikehendaki menurun (di daerah polarisasi itu). Rapat arus batas atau titik kritis itu khas sesuai sistemnya.
Bila rapat arus ditingkatkan melampaui titik kritis tersebut (saat membran kehabisan Cl-), dapat terjadi kurva volt/ampere selnya meningkat drastis dan enceran asam/pekatan basa tersebut di atas. Perubahan pH dapat fatal, menghasilkan kerak. (a)
o)
ionps erus
opensi normal
polarisasi
Gambar40: GQalakinetikpailarunbtananiontitiki menY at alun Pansm tr asi O
H
,B' ,i ,i ,i ,i
Gambar (c) memperlihatkan membran anion saat kritis. Peringkat
rapat batas (arus saat kritis) ditentukan oleh faktor-faktor: tebal film (anggap laiu difusi ion sebanding jeniangan konsenhasi/lereng konsenbasi film B ke C) dan konsentrasi B cairan ruahnya. (Catatan: tcntu
* Elelrtrodialisis
95
iuga suhu. Rapat arus kerja maksimum desain ED komersial sebaiknya 70Vo rapat arus batas agar aman). Yang jelas, rapat arus batas lebih rendah untuk larutan encer dan tebal film harus diupayakan setipis mungkin.
Fouling juga dapat berbiang koloid yang bermuatan permukaan (jadi turut bergerak ke membran), membentuk "lendir". Besi koloid paling
Andaikan suatu stack ED ideal, diberi V volt, terhasil arus I, menghilangkan G kilogram garam tiap jam. Andaikan pula tahanan pasangan
membran; sukar terdifusi, merusak jenjangan konsentrasi.
sel tetap, yakni R ohm tiap pasangnya. Karena tiap pasangan
sel
melakukan sejumlah kerja yang sama besar, maka:
r-N G=INatauI=9
sering mengganggu membran kation, membentuk
film inert
pada
Bila bahan foulingnya polielektrolit (beberapa gugus bermuatan tiap partikelnya), sebagian muatan tertaut ke membran, lainnya tetap bebas. Alibatnya lebih parah karena gugus-gugus elektronegatif itu justru membentuk lapisan selektif kation di depan membran selektif anion, dengan akibat lebih sulit untuk terjadi difusi.
Daya terkonsumsi oleh stack:
Polarisasi mengganggu transport ion. Bila konsenhasi garam besar, selisih konsenhasi dalam sel dekat membran juga besar, mempermudah
Daya = VI
transport. Tahanan oleh fouling mudah teratasi. Pada air laut, fouling bukanlah masalah yang serius karena tahanan jenis encerannya rendah sekali. Akibat yang parah akan terjadi bila konsentrasi garamnya rendah.
Iadi: Daya dengan
=
S
V/N ialah tegangan tiap pasangan
Bagaimana memperkecil polarisasi sistem ED? Pertama, tebal film sel.
Jelaslah: V=IRN
|adi daya terkonsumsi stack menyeluruh = GI.R, atau daya terkonsumsi tiap kilogram garam = IR, sementara terlihat pula itu tadi = V/N (lihat di atas).
Pendek kata, dalam men)rusun instalasi ED, harus diingat bahwa daya terkonsumsi untuk penghilangan garam tertentu sebanding dengan luis membran totalnya. Dan kondisi arus batas terjadi pada tegangan listrik tiap sel (serupa walau konsentrasi amatberbeda). Pada resin anion acapkali Eriadi fouling (penyumbatan). Biasanya hal itu karena anion organik besar (asam humat/humus, deterjen, dan lainlain yang bergugus asam beberapa di tiap partikel), yang terjebak
pada resin
din sukardiregenerasi. Fouling membran
anion serupa pula,
Laf*ur, lebih cepat dan tak reversibel. Akibatnya parah. Fouling di sini merupakan gejala permukaan dan erat kaitannya dengan polarisasi. Bila ED dioperasikan dengan air yang mengandung ion penyebab fouling (asam humat, atau air tercemar deterjen dan lainlain) maka ionion itu bergerak ke membran, tinggal di loka elekhopositifnya- Karena melekat, ia merusak dayahantar seEmPat.
diam dikurangi dengan memperbesar angka Reynold, memasukkan peningkat turbulensi (golakan) atau membesarkan kecepatan cairan. Sayang bahwa hal itu mempertinggi hilangan tekanan. Sel diusahakan setipis mungkiry agar tahanannya mengecil, tetapi hal itu akan mengurangi angka Reynold dan mempertinggi hilangan tekanan pula. Jadi mendesain ED harus mengoptimisasi hal-hal tersebut. Bila fouling merupakan penyebab polarisasi, mengutak-atik kondisi hidrolik sistem tidak akan menyelesaikan masalah. Cara lainnya adalah meningkatkan suhu. Ini memerosotkan viskositas air, meningkatkan golakan, membesarkan laju difusi. Hal-hal itu efektif bagi fouling. Hambatannya ialah soal praktis dan ekonomisnya. Yang terbaik, zat penyebab fouling organik dihilangkan dulu sebelum memasuki sistem ED. ]elaslah bahwa polarisasi pada ED diakibatkan oleh habisnya ion di permukaan membran, yang membatasi tegangan tiap pasangan sel, ditanggulangi secara hidrodinamik. (Catatan: Pada sistem RO justru polarisasi menyebabkan konsentrasi pada permukaan membran meningkat). Fouling memperparah polarisasi, diatasi dengan penunasan atau pralakuan atas kontaminan airnya.
Elelrtrodialisis
Catudaya yang diperlukan bagi plant ED berbanding terbalik dc-
Mcmbran ED komersial berupa lembaran plastik buram diperkuat kain berscrat, permukaannya seragam dan halus, ukurannya bermacammacam. Tcbalnya sekitar 05 mm. untuk terapan dengan pentahapan hidrolik pada stack tertentu, tebalnya 1 mm.
Membran anion keputih-putihan, dengan muatan positif Sugusgugus ion amonium kuarterner, memungkinkan anion lewat. Membran tution bermacam-macam warna dari coklat sampai putih, diterai stempel kata KATION. Gugus sulfonat memberikan muatannegatif. Membran kation dan anion komersial tak permeabel air, tahan fouling awet, tahan pH I sampai 10, lentur, tahanan lisrik kecil, dapat beroperasi sampai suhu 46oC, tahan pembengkakan osmotik. sistem ED-nya memiliki ciri khas. Nisbah konsentrasi ion harus diiaga di bawah 150:1, bahkan 200:1. Bila sistemnya ED dengan pembalikan arus (EDR), tanpa penambahan kimia, aliran pekatan jangan mencapai 2007o jenuhan kalsium sulfat. Bila dengan pen-amba_han kimia, dapat iampai 3507o. Angka jenuhan l-anglier harus di !u_*uh +2,2. Tegangan jangan melebihi 807, kapasitas agar tak afa- kebocoran arus. iugingo.r bitas ialah tegangan saat arus listrik berlebihan bergerak dari etettroda lateral melintasi membran dekat manifold pekatan/ menghasilkan panas, dapat merusak alat.
DESAIN
S$|EM'/
Resin penukar ion berciri mekanis khas; mekar dan mengerut sesuai perubihan konsentrasi, suhu dan bentuk ion. Membran itu kuat, ukurannya sampai 2 meter atau lebih, dan biasanya diperkuat struktur rajutan benang. Kita harus hati-hati membaca brosur dari produsen membran karena sering menyesatkan atau tak relevan' Misalnya, tahanan lishik yang tercantim diut
97
ngan luas membran yang tersedia untuk transport ion. Pilihan desain dari
luas membran kecil dan biaya operasi tinggi sampai luas bcsar biaya operasi rendah. Sampai di situ tentu tak sukar membuat perhitungan op timisasi matematik ekonominya. Dalam praktek, akibat batasan polarisasi, tak semudah itu. Dalam hal pemurnian air payau, pertimbangan luas membran yang diperlukan dapat lebih penting.
I
luas minimum (Rolarisasi)
x
,i(
! a
o.
G
x
G
,4.. BIAYA TO+AL
rl
BIAYA
I ,! J
*o.
o.
G
.l,6 6
6 ..o
.g
.!
ir-ev-eraptrat-
,l
luas instalasi
il
luas instalasi
membran
membran
47: Pola pembiayaan ED, teoritis. Pada h) PTT tinggi luas membran minimum dibawah optimum ekononi, pda (D harus diinstalasi lebih luas
Gambar
m
e
mb r a nny a d o r ip a d a
pt
uh
i
t
rn ryan ekono mi b el ala'
Bila desain volt tinggi untuk tiap sel, agar biaya kapital minimum, bisa terjadi sedikit fouling sudah rncmbuat plant sebentar saia rusak produktivitasnya. Jadi operasi pabrik sukses bukan sekedar lantaran opiimisasl matematisnya beres. Ahli membran/ED harus tegas dalam hal
ini. Arus batas berubah sesuai konsentrasi garam pada enceran. Arus batas itu turun bila air telah berkurang Saramnya. Dalam praktik, ini berarti air harus melewati paniang lintasan sel minimum a8ar terjadi reduksi garam tertentu. Perhitungan kasar, agar salinitas berkurang separoh, perlu panjang sel 100G2000 rnm. Misalnya mau mengurangi pff a*i imO pp* ioerpai 500 ppm, berarti delapan satu. Bila desain sel berpanjang lef[ fSOO m*, hal itu berarti dapat bat& ralhllasi tiga kali atau aisust n tiga paniang sel seri. Dapat pula dua seri dan mendaur ulang sebagian encerannya (feed and Ueeil.
Elektrodialisis
Pilihan itu tidaklah sederhana. Bila alirannya sekali ialan (oncethrough) lewat tiga lintasan, tampaknya sederhana, tetapi tak ekonomis bila alirannya kecil dan timbul masalah hilangan tekanan pada sistem. Pendaur-ulangan batch terlihat mudah dikontrol dan luwes, tetapi berarti perlu pompa besar dan bila arusnya tetap maka akan terjadi kurua daya gergaji (lihat Bab RO dan UF) dengan puncak di tiap awal batch. Artinya diperlukan generator dan penyearah arus yang dapat memberikan puncak arus tingg. Cara feed and bleed kurang efisien karena alat harus menghilangkan seluruh garam pada tahanan ienis tinggi, bahkan merusak dayahantar tings umpannya sebelum memasuki sistem ED-nya sendiri.
k*or merebihioJ mg/L,besi di atas 0,3 mg/L,hidrogen sulfida melebihi 0,3 mg/L, turbidita;/kekeruhan di atas z]b-xrru, mangan melampaui 0,1 mg / L, harus diberi pralakuan. "tu,, Bila-kandungan
Pompa pekatan bertekanan rendah dipakai untuk meningkatkan lTovely sebagian keluaran membran. piranti lisriknya adalah citodaya
DC d1n- mgdul pengontrol/instrumentasi. Katup-katupnya
otomatis bagi umpan,
aliran (pembalikan Tkl* pengaturan EDR), pemisahan produk,
motor
er,clrur.,/p"k'atan paaa tekanan dan ktntror ariran elektroda. Aliran elektroda iniiistem hidrolik teqpisah. EDIEDR didesain
khusus sesuai keperruan. Faktor desain iarah kuantitas air produk
(menentukan ukuran ED, pompa, perpipaan dan stack) serta kualitas produk (jumlah garam yang dipisahkan, menentukan tatanan stacknya).
4000
(a) sekali falan
ppm
pekatan masuk
t,
(b) batch
limbah elektroda
N
I
(c) feed and bleed
Gambar
Dalam hal
42 z Pilihan bagan
ini dapat
alir
proses
limbah elektroda
saja prasyarat produk akhir ED agak
dilonggarkan, diikuti pascalakuan yang sesuai. jadi dapat didesain sistem sekali jalan berproduk enceran 1000 ppm, lalu pascalakuan. Boleh jadi kiat begitu memperkecil ukuran plant, operasinya lebih murah dan mudah. Pada gambar sistem ED terpampang, air umpan lewat pompa 2
produk
sampai 40 psi (10-300 kPa) diperkuat menjadi 70 sampai 90 psi, melinhsi
tak penuhi
filter cartridge (10 mikron). Tidak seperti RO/UF, air produk ED tak menembus membran, maka dijaga peluang kontaminan koloid/organik.
syarat buang pekatan G
ambar
43 : Bagan alir yoses balikan ED
100
Teknologi Membran Pemurnian Air
Elektrodialisis
Cara pt'n.rlaan stack menentukan Pentahapannya. PentahaPan dipcrlukan rrntuk memperoleh luas membran dan waktu retensi
asam
mt.nrnclui b.rgi jumlah garam yang digarap. Pentahapan dapat hidrolik atau listrik.
I'cntahapan hidrolik dengan lintasan berulang antara elekhoda sistcm IlD agar demineralisasi lebih tinggi (lazim penghilangan garam 4G50 Tn tiap tahap). Pentahapan listrik dengan penambahan pasangan clektroda ke stack membran untuk optimisasi sistem DC- nya. Biasanya
101
KATODA L air produk airbaku
dengan penggabungan keduanya akan membuat luwes sistemnya dan laju penghilangan garam maksimum akan membatasi masalah polarisasi dan tekanan hidroliknya. Berbagai desain sel dan'stack/jeieran dapat diperoleh di pasaran. Sel tipis tertaut membran lentur luwes terjaga bentuknya berkat pembatas
ANODA
mcian ar anoda dibuang
yang juga berperan untuk memberi golakan aliran yang memadai dan memperpanjang jejak aliran untuk ukuran tertcntu. Ada dua pola aliran: berliku atau berlapis. Yang pertama lazim didcsain bujur sangkar, yang kedua berbentuk empat persegi panjang. Kemajuan model dan desain akhir-akhir ini amat pesat. Stack (atau jejeran membran ED), modulnya mirip filter press. Karena Iingkungan korosif, bahannya terbuat dari komponen plastik atau
PomPa
karet. Ini stabil terhadap gangguan mekanis, Panas, kimia, dan listrik. Lubang keluar masuknya harus kuat, bentuknya pun didesain untuk tak mudah tersumbat. Elektrodalah yang paling banyak dikenai keadaan ganas. Katoda menghasilkan gas hidrogen dan soda kaustik. ]adi harus pada sistem aliran terpisah (diberi asam). Air pencuci harus lunak. Anoda menghasilkan gas khlor. Antara kedua elektroda harus tersekat baik agar tak
i/ _t
pekatan
Gambar 44:
P manci
Elektruila
BALIKAN ICUTI.IB DAN LISTRIK
Katoda harus dari logam mulia. Bila sistem EDR, semua elektrodanya dari logam mulia. Biasanya terbuat dari tantalum, niobium atau titanium, dilapis platina. Ada juga yang dilapis rutenium atau iridium diok.sida. Elekuoda amat maltal. Bila operasi baik dapat tahan 7 tahun atau lebih. Penting sekali kerja pomPa pembilas dan sebagainya tertontrol ketat. Aliran gas dan cairan tak boleh terganggu. Asam cucian dapat sekaligus. Untuk mengasamkan pekatan agar tak terjadi kerak (metde
Penting ditekankan di sini mengenai sistem ED dengan Pembalikan polaritas: EDR (reversal). Desain stack komersial lazim serupa untuk sel enceran ruuPun pekatannya. Selain menuniang EDR, juga mudah dibuat dan dipasang. Pembalikan kutub, seperti telah dikemukakan, bertujuan menghilangkan endapan. Endapan yang terbentuk pada sel pekatan akan larut temUati bila fungsinya di6ahk. |uga fouling dienyahkan. Yang jelas manfaatnya iuga ter[etit Uugi ruang elekt odanya. Pada katoda, ion hidroksida iapat membentuk endapar, putih dengan ion magn?r* dalam air. Bila fungsi dibalik, katoda minpai anoda, di situ terbentuk gas khlor' Cas itu larul membentuk asam hipoktrlorit, membantu melarutkan hidrok-
blau,-dmm)-
sida.
ada bahaya ledakan.
Elektrodialisis
103
Membran Pemurnian Air
Pcmbalikan polaritas dilakukan berkala. Lebih baik bila rutin, misalnya tiap hari. Pada saat pembalikan, dilakukan penggelontoran itu perlu daya- besar. Itulah Uluslrirlq) caiian dalam sel, maka pada saat sc,babnya bahan elektrodanya harus bermutu priml pula. Bila pembalikan kutub dilakukan lebih sering, dapat saja tak diperlukan dosisan asam pembilas. stack elektrodialisis memerlukan DC tegangan tinggi. Bila tiap pasangan sel2 volt, pacl^ahal ada 200 pasanS saja, sudah 4o0 volL dan bila iuas riembrannya f *2, b"-.ti aruinya 100 Ampere. (Bandingkan dengan elektroplaiing!). Masalah keamanin penting sekali. ftula! sebabnya jadi +200 dan dEsain rrrn,r*nyu I"ngun pembumian W*ainpl di tengah, sungguh harus sel dan -200 volt. Wasiada dfuf", seluruh bagian listrik dan (lantai, tersekat bailq operator harus hati-hati, lingkungan sebagainya) bersih dan kering.
Untuk kontrol, catudaya DC harus variabel. Mengingat adanya polarisasi, arus awal gaat mulai lebih besar daripada saat. operasi tunak isteady)-nya. Desain DC harus demikian pula. Pada prosbs- ke sirkulasi
batch, arus berubah sesuai Pfi batch. )adi catudayanya juga harus sesuai, tingg pada awal. Ini penting terutama bila memakai generator diesel sendiri. Atau diberi sistem kontrol tegangan agar beban puncak dikurangi (akan tetapi lalu stack tak efisien karena operasi di bawah batas praktisnya). Segi kelistrikan demikian harus diperhatikan.
Demikian pula, ele.ktroda berlapis platina terancam bahaya terkelupas apabila catudaya DC-nya terlampau fluktuatif (rippld. Penyearah arus tiga fasa gelombang penuh cukup memadai, tetapi yang satu fasa harus dihaluskan.
IALINAN HIDRAULIK . LISTRIK Di sini patut ditiniau lebih jauh perihal padanan hidrolik dan lishik modul stack-nya (uide sub desain sistem). Enceran dan pekatan mengalir dalam stack melalui sejumlah besar sel. Agar distribusi baik, lubanglubang ujungnya harus didesain cermat, dengan drop tekanan sesuai. Kiatnya dapat menyusun modul stack lintasan airnya seri. Tetapi ini tidak ekonomis karena sel terbatas padahal elektroda dan plat ujungnya mahal. Cara lain ialah menyusun sel-sel dalam stack tunggal adalah secara
paralel seri.
f.
Gambar 45: Aliran paralel - seri Pada tatanan paralel - seri demikian, tiap jalur lintasan menangani konsentrasi berbeda-beda. Bila elektrodanya sepasang dan sama untuk seluruh stack, seluruh lintasan akan seri, dan bila masing-masing bcrjumlah pasangan sel sama banyak, penghilangan garamnya juga serupa. Jelas
bahwa arus pada lintasan terakhir merupakan faktor pengontrol atas keseluruhannya. Dapat juga digunakan elektroda antara sehingga arus kerja di tiap bagian dapat berlainan. Tatanan seperti pada gambar tadi memang memiliki beberapa kelemahan. Untasan seri tujuh kali ifu sukar dikontrol sekaligus. |uga drop tekanannya besar, mengharuskan tahapan. Dan yang terutama, kebanyakan stack tidak bekerja penuh sesuai kapasitas. Stack juga dapat dipandang selaku jalinan
listrik.
Gasket-gasket pembatas (penyekat) terbuat dari plastik, tidak menghantar arut sedangkan cairan Pada Port (lubang saluran) dan koneksi-koneksinya berlarutan garam merupakan penghantar. Hal itu terutama berlaku pada sistem pekatannya (dayahantar tinggi). Karena sel amat tipisT port juga kecil-kecil. Bila pekatan lama di situ, tahanannya akan besar dibandingkan tahanan stacknya sendiri. Akan tetapi manifold pekatan yang memasok port-port tersebut bcrtahanan kecil, kecuali dipecah-pecahke sejumlah manifold paralel. Pada gambar, beberapa Pasangan sel dinyatakan dalam ialinan listriknya. Port enceran, airnya berdayahantar kecil dan dapat diabaikan. Bocoran atau buntuan arus pada sistem pekatan dapat dihitung dcngan hukum Kirchhoff biasa secara cermat.
Membran Pemurnian
E)e}trodialisis
Air
_
_
10S
PRAXIS TEKI\:IS DAII{ EKONOMI
tr ,
Dalam kenyataan praktek lakuan air, banyak kegagalan terjumpai karena tidak memadainya penanganan pralakuan. Hal itu dapat karena ikut masuknya benda asing kacaunya dosis asam, kerusakan pencucian elektroda dan sebagainya. Hal sepe+i itu bila sekali teriadi maka akan berentetan akibatnya. Perubahan p" karena polarisasi dapat menghasilkan kerak atau pemanasan di bagian tertentu atau malah rusak. Begitu seterusnya. Kerusakan menular. Pemompaan yang kacau juga dapat menjadi penyebab.
Korosi juga merupakan masalah kritis. Begitu pula adanya penyumbatan yang akan memicu demineralisasi, dayahantar merosot, tahanan sel meningkat. Arus melewati sel yang lain, pemanasan berlebihan, merusak alat. Masih banyak lagi biang penyebab tidak berfungsi alat secara oprimumnya, bahkan juga terjadinya kerusakan.
litunya pemilihan sistem, kecermatan pengoperasian dan perawatan, sampai efisien dan efektifnya penggunaan, semua itulah waiah dari pokok permasalahan setiap upaya, yakni faktor dan pertimbangan ekonomi. Elekhodialisis hanya sesuai untuk mengubah air payau menjadi air minum. Unhrk air laut ia tak ekonomis. Pesaingnya ialah RO. ED paling baik untuk mengubah PTf 2000 ppm menjadi 1000 ppm, yang lalu dicampur air distilasi menghasilkan air minum. ED dan RO terkena fouling. Fouling ED terutama oleh makromolekul organik dan ion. Membran anion melewatkan Cl: lebih mudah daripada sulfat dan
air yang
mengandung banyak sulfat menggangu ED. Sebaliknya membran RO retensi Cl' buruk tetapi baik atas sulfat. ED memilih ekavalen daripada dwivalen sedangkan RO tidak. Jadi kandungan NuCr tinggi cocok dengan ED, CaSO4 banyak s€suai RO. ED cenderung memboros lebih sedikit air daripada RO. Bila air baku sedikit, atau limbah sulit dibuang, ED unggul. ED hanya menghilangkan ion logam, sedangkan koloid, organik dan
buntu
alternatif ialan arus
Gambar 462lalinan Kirchhoff stack elektrodialbb' Hanyldituniukkan-prt-dan sederhana ) tat manit'old. iatu untuk *riro, dan satu untuk pekata.n kgar oPerasi normal,
ft) satu
sel
mceran buntu'
lainlain tak teratasi olehnya.
Proses ED lebih mmit dan memerlukan pengawasan scrta pemeliharaan terlatih/piawai. Bila lingkungan keria buruk, lebih baik distilasi saja.
EDb€rsibdancukupdenganlistrikmakatakusahmemakaiboiler ataubahanbakar.IadisetarafRo.PendeknyaEDmerupakanprcsesunggul, asalkan supervisiny-a .!agus' P.1kef ED, sebagaimana distilasi' dalam bentuk deionisasi atau osmosis"balik"tersedia. Etekhodialisis, paket, ada beraneka ragam.
Bila masalahnya adalah untuk meningkatkan mutu air payau agar dapat memenuhi syarat, ED-lah iawabannya' lelum t"I!I" banyak keinaiuan ED untuk menggaraP air laut dibandingkan RO misalnya' (padatan total terAkan tetapi terapan baru gD iutit pralakuan air PTT laruO tin[gi sebelum masuk pengolah penukaran ion' Apalagi harga bahan-bahin kimia penuniang Proses pralakuan- lain - iuga terus meningkat. Padahal Eo hanya u".r"oaa fistrik sain. ED juga berkembang
BabVII
DEIONISASI KONTINYU
luar bidang desalinasi, misalnya pada lakuan Proses *rta delimcstirrg (penghilangai mineral pada pangan tertentu) iuga recovery serta lingkungan berwawasan uah. EDmeiunjang pembangunan industri
pesat
ii
ekonomis.
Secara konvensional deionisasi dilakukan dengan resin, bukan membran.
Deionisasi berbasis resin merupakan cara efektif dan ekonomis untuk menghilangkan mineral (ion) terlarut dari air. Bedruin deionisasi (DI), bed mengandung dua macam bud, yaitu jenis kation yang dijenuhkan oleh ion hidrogen bermuatan positif serta ienis anion yang jenuh ion hidroksida (OH) bermuatan negatif. Begitu air melintasi bed, anion-anion dalam air (misalnya khlorida bertukar tempat dengan hidroksida pada bead gel. Kation-kasilika) dan tion dalam air (misalnya nahium dan kalsium) bertukar tempat pula dengan kation hidrogen. Kation yang tertinggal di air (hidrogen) dan anionnya (hidroksida) bergabung membentuk air murni. Pada sistem bed terpisah, resin-resin kation dan anionnya terpisah dalam unit masing-masing, menghasilkan air murni-sedang, yaitu sampai 2,0 mego hm
Bed tercampur, mengandung resin kation dan anion pada tanki sama, mampu menghasilkan air murni lelgan batas teoritis 18,25 megohm- crn. Ltur., t-etapi sistem ini memerlukan pralakuan khusus agar dapat beroperasi secara ekonomis.
Deionisasi Kontinyu
dengan membran penukar ion dan listrik yang sebenarnya merupakan komponen teknologi ED (Bab 5) sehingga ion-ion secara terus-menerus tergelontor dari sistem begitu terhilangkan dari air umpannya.
Na Cl
?
lon hldrogcn pada rtr;in me'ngganti
Air umpan mengalir lewat resin penukar ion tercampur yang dilapis oleh membran penukar kation dan anion. Arus DC menyebabkan air terurai. Ion hidrogen dan hidroksida bebas mengganti kation dan anion yang tertahan. Begitu ion-ion itu Iepas dari permukaan resin, arus listrik mendorongnya lewat membran ke saluran limbah.
kation dalam air
HCt
CDI menghilangkan ion terlarut sampai 9997o sesuai parameter operasinya. CDI juga mampu menghilangkan 907o organik polar terlamt
?
dengan UV. Karena tidak memanfaatkan barier membran, partikel, pirogen atau bakteri tidak hilang, tetapi prosesnya menghambat pertumbuhan bakteri dalam modul. CDI sanggup menghasilkan air sangat murni secara konsisten tanpa bantuan bahan kimia. Limbahnya nehal,
Ion hidroksida pada resin menSSanti
sesuai ion-ion yang ada dalam umpan.
anion dalam air
Hzo
? Gambar
47 z Proses
KEUNGGULAN DAN TERAPAN Dibandingkan deionisasi tradisional, CDI ielas memiliki berbagai keunggulan kompetitif. Debnbasi
Resin yang tercampak dapat dikembalikan ke kemamPuan semula
dengan mengglnakan ieknik- regenerasi kimia. Pralakuan meliPuti praf;ltrasi, kaibon aktif dan lain-lain, sedangkan Pol:t-uYI dengan filter b,2 ,r,ikron, sehingga air pun bebas partikel koloid, bubuk halus resin, mikroba, serta padatan tersusPensi lainnya. skala DI dari yang berdesain besar sampai yang otomatis kecil praktis, tanpa repot regenerasi kritis berkepaniangan'
Tanpa bahan kimia berbahaya, limbahnya tak perlu dinetralisasi. operator tidak perlu repot-repot karena alatnya meregenerasi sendiri secara otomatis.
Air produk konsisten mtuni. CDI tidak habis, maka mutu air produknya tetap terjaga berbulan-bulan, tanpa perubahan atau perbaikan atau macet. Padahal sistem resin kuno, bila sudah diregenerasi, resinnya tidak 100% kembali ke kapasitas semula. Biaya operasi minimum. Tidak menggunakan bahan kimia sama sekali, juga tanpa perawatan mahal. Untuk menghasilkan 5000liter air
megohm-cm) tidak melebihi
DEIONISASI KONTINIYI.' Teknologi deionisasi kontinyu atat continuous deioniztfion (cDI) dikembangkanTpatent oleh IP-EE, merrrnng mirip dengan DI tetaPi caranyaberbeda. Teknologi CDI ini gabungan dari: (a) Resin penukar ion, (b) Membran penukar ion,
(c) Listrik,
l09
1
(l
Kw-jam saja.
Kontrol bakteri dan pirogen. Sistem deionisasi kontinyu dapat memenuhi prasyarat farmakopia )O(I (Amerika) air injeksi, bebas bakteri/pirogen, dengan sanitasi teratur. Disain alatdibuat kompak, praktis, hemat tempat.
Penerapan Teknologi CDI secara serentak dapat menggantikan deionisasi otomatis, osmosis, juga lebih irit dan berhasilguna daripada ED. Dapat juga pemakaiannya digabung, saling melengkapi dan meng-
Membran Pemurnian Air
Deionisasi Kontinyu
RO' Sistem untungkan. Misalrrya, untuk memoles akhir air Produk konsisten secara garam J.l.rni*,.i kuntinyu ideal dalam menghilangkan
B. Resin menangkap ion-ion terlarut. C. Arus listrik mendorong kation yang tertangkap lewat membran ka-
dan ckttt'ttlmis.
Tt.kntllogiCDltidakmenghasilkanlimbahberbahaya,tidakperlu
kimia dan semalakuarr limbahl alat penuniang,-ventilasi, penanganan rendah' sangat camnya. Biaya operasi dan pemeliharaan Berbagaiindustrimenggunakancaradeionisasikontinyu,seperti lakuan
farmasi, elek'tronika, pabrik tliriu, elektrocoating/elektroplating, energl/ air boiler, industri pangan-minuman, laboratorium' pembangkit dan Sistem tragi' banyak dan dan iamu, ;;i";;plit pabrik'kosiretika cerrnat. dengan .Kemaiuan fi"*ifin'u"Zdesainnya harus dilaksanakau ip,"t, p"r,gulaman dan simakan layanan, meniamin mutu keria sekaitan membran.
CARAKERTANYA
A. Air umPan memasuki sistem dan mengalir di dalam kompartemen resin/membran. Sebagian aliran umpan bergerak sepaniang bagian luar membran untuk-mencuci/membilas ion-ion yang tak dikehendaki.
fll
tr
tion, sedangkan anion lewat membran anion. D. Membran permeabel kation memindahkan kation keluar dari kompartemen resin tetapi menghalangi anion agar tetap di aliran limbah. E. Membran permeabel anion memindahkan anion keluar dari kompartemen resin tetapi kation tetap di aliran limbah, tak dapat masuk. F. Aliran limbah menggelontor ion-ion pekat dari sistem. G. Air produk keluar dari sistem.
Jelaslah bahwa kompartemen resin makin encer (tanpa ion) sedangkan limbah berisi ion-ion pekatan.
AKHIRUL KATA Masalah air bersih/murni untuk berbagai keperluan domestik dan industri, akan semakin pelik dan ketat persyaratan mutunya.
Teknologi membran, baik RO, UF, MF, NF, ED, DI, masing-masing berkeunggulan khas dan agar efektif maka perlu konfigurasi kombinasi sesuai kondisi dan tujuannya.
membran permeabel
layanan iptek, profesional rekayasa membran merupakan intergrasi berbagai knut-hut dan pengalaman (lihat Tabel Pancagatra Sistcm,
kltion
akhir Bab 2). membran
merrbran
t'
-permeabel nrrion
Sistem lingkungan yang perlu mendapat perhatian:
1. Airdan AirLimbah Pemantauar lapangan dan analisis laboratorik (oqganik/logam) meliputi p", BOD/COD kandungan padatan, uji nitrogen, analisis logam, uji koliform dan lainJain. Organilq pestisida, pelarut. 2.
Limbah 83 (Bahan Beracun Berbahaya) Penyidikan termasuk ignitabilitas, korosif dan reaktivitas, dan lainlain. Programnya adalah pengumpulan dan penanganan cuplikan, analisis lab, petunjuk penanganan /pembuangan tekni s.
3. Pangan dan Produk Susu
Gambar 48 z Cara kerja deionisasi kontinyu
Prosedur kontrol mutu rutin sampai metodologi analisis komplcks konfirmasi ranah masalah. Segala peringkat analisis mikrobiologis tt'rmasuk cacah plat, analisis koliform, isolasi dan penghitungatr patogt'n pangan, uji antibiotik, identifikasi genera/spesies. Analisis kimia ter-
Membran Pemurnian Air
$zi' uii komponen orlogam/logam berat' uii eaniil./u.t,rr"ga.,iK pantauan pH, analisis
hadap pengukuran lemak dan prctein,-analisis
folorimetri, aneka cara ekstraksi' 4. Bioassay - Pantauan Racun
Iirdustri/kantor memer{ukan identifikasi sumber limbah/penemar/racun dan pemantauan mutu sesuai standart pemerintah'
inPenilaian lapangan aliran limbah, analisis lab paripurna' Anafisis limbah (screen formasi bioussa"y. Bioassay dapat beruPl "ii statik racun potensial), bioassay lanjut, bioassay lengkap' 5. Operasi
Manajemen operasi, Penggunaan awal fasilitas, pelatihan personalia' p"*"iihurounTperawatan/perbaikan, Program cuplik - uji, tinjauan proses menyeluruh, survei industri, kontak instansi, manual O dan M'
PUSTAKARUJUKAN
rekayasa nilai.
6.
Manajemen Proyek Iptek - Konstruksi dan Operasi
lakuan' Manaiemen proyek meliputi tiniauan Proyek optimasi Proses konstruksi per€ncanaan, spesifikasi, prakiraan budget' Manaiemen '*e.,cakrp p"*ilihrn peraiatan dan penilaian, Prccut€ment' penilaianlpemiiinan subkoniraktor, koordinasi dan ekspedisi iejak/tahap kritis, laporan perkembangan inspeksi rutin' Operasi meliputi start-up fasilitas, operasi fasilitas secara optimum, manajemen pencatatan' pemeliharaan (perbaikan preventif dan kecil, perbaikan besar' trouble ,tootir,g dan keadaan darurat. Kekeliruan pemilihan sistem merusak komponen dan sebaliknYa.
AIChE, Annual Meeting,l-6 November, Miami Beach -FL.,7992
of Chemical engineers), ACS (American Chemical Society), ACerS (American Ceramic Society), berbagai dokumen perkembangan dan temu iptek.
AIChE (American Institute
AIChE, Continuing Education (for the 1990's and beyond),345E47SNY, William Eykamp etal.
AIChE, Sying Nationnl Meeting,29 Mar -
2 Apnl (New Orleandg
LA),
7992
Aimar, P., et alleds, Engineering of Membrane Processes, Garmirh - Partenkirchen/Bavaria (13-15 May) Conf., 1992 AJ.Hartomo (1992), berbagai buku perihal polimer, terbitan Andi Offset, Yogyakarta (produk & proses). A J. Ha
rtomo
(d raf
t), I(amus Mu takhi r
ls
t
ilah Kmia / J akarta
AJ.Hartomo, komunikasi iptek pribadi para pakar polimer Jepang Korea, Italia, Jennan, Perancis, Swiss, Belanda, Inggris, Kanada, Swedia, spanyol, Turki, India, dll. A
J.Hartomo (19U-19y2), mengajar/ kuliah termasuk pol imer,
Ka
lab M a k-
romolekul & Kristalokimia, aneka penelitian berbagai makalah iptek polimer/membran temu-temu ilmiah di ASEAN, Jepang Australia sampai amerika Serikat.
Teknoloci Membran Pemurnian Air
774
ASTM, Materials Research and Stanilnrds, vol. 1101-11U2,'1,983 Barnes, C., The Skin Alternathte, ABP, Perth, 6-9
F
eb.,'1989
Berbagai Abstracts: Chemical Abstracts, Chem.Eng. Abstracts, Current
Contents, Engineered Materials Abstracts, Engineering Inde>; Polymer Contents dll (Koleksi Pribadi). Cabe, Mc & Smith, Unit Operations of Clrcmical Engineering, ed.2, McGraw-
Hill, NY.,
Chen, Vicki, Surt'actant Structure to Memtech, CMST, Kensington, 1989
pir),
115
[,acey, R.E., Chem. Eng., Sept. 4, pp. 5G7 4, 7972
lnilustrinl Pruxsing With Membtanes, Wiley-Interscience, Ny., 1,972
Martiry D.F., Marine Chemistry,vol.2, Marcel Dekkec NY., 1970
Merck RapidTnt
Handbook, DarmsfadtD-6100 (Germany), 1987
Merten, U., (ed), Desalination
by
1967
Chem, Asahi, Manual t'or ProcessingUltrapureWater, Tokyo - 100, 1985
Chris Fell
Pustaka Rujukan
Membrane N aos 1 -2 (7989), 2-1 (1990) (Australia)
Eykamp, W., Sabbatical kave & Workshops, Austr:alia. Elsevier Science Publishers, berbagai jurnal sehubungan polimer, komposit, material/bahan, mutakhir s/d 1992.
(ICI/UK), F.G.Helfferich (Pen State), W.Eykamp (UC-Berbeley), J.L.Humphrey, T.A.Hatton(MIT), R.G.Griskey (Steven
F.G.Feasey
Tech), L.G.-Rublo (U.South Florida), C.D.Denson @elaware), dll. kumu n ikas i
p r ibad
i
gl&al.
Gregor, H.P., Sciottific American,
Rnuse Osmasb, MIT Pres, 1 966.
Millipore, Alplw-Q (Reagent Crade Water Purification System), Bedford MA.,1gg7 ContinentalWater Systems, El Paso -TX,l98Z
Perry, R.H.,, Chemical Engineers' Ffundbook ed.s, McGraw-Hill Kagakusha, T okyo,'1, 97 3
Peters, R.W., T.K. Chang, Waste Water Treatmmt: Physical Methds, J.WPCF, June, pp.599-608, 1983
&
CIembal
Prof. N. M. Surdia, Dr. Sugandi Ratulangie dkh sejawat-sejawat di Ialinan/Himputan Polimer lndonesia, serta Prof. A. Amiruddin dkk (Himpunnn Kimia lndanesia), komunikasi. Rosario, Ernie del, CoconutPrwecssing, U. Philippines, l,os Banos, 1990
Jul,
pp. 712-128,7978
Hach SA/NV (Belgique); Trousses d'Analyse et l-aboratoires Portabbs,7992
SK Menkes No. 173lMenkes/Per./Vill/lyn, Per.Men. No. 01/Birhukmas/1/1985
Harrison Group, Blagdon Pumps/Beaueq, etc, Washington T&W, tlK.
Sourirajan, S.,ReuerseOsmosis, AD NY ., 1,970
Hartomo, AJ.,IMTEC, LINSW - Sydney (Prof. Fane etal),1987
RO and Synthetic Membranes, NRC Canada,"l,977
Hartomo, A.J., Bimbingan Sbipi Para Malwsiswa lTS, keria sama riset dengan Dr. M. Mochtar,1989-1991
SPil, SCJ dll. (Japan), ESMST, FS dll (Europa) berbagai dokumen dan komunikasi ilmiah.
Hartomo, A.J., Konsep Masuknn Pmganbangan Program Studi lptek Bahan, fakul tas berb agai PTS,19i2
The British Effluent & Water Assoc., Water Quality Classit'ication, D5, 02,
Hartomo, AJ., lntunational Confermce on Frontiers of Polyrners and Adornced Matenals, SUNY - buffaloJoint,Jakafia, &15 Januari,lD3
U. Merten (dd), Desalinationbtl Resente asmosis, MIT Press, 1966.
Hartomo, A.|., (organizing), Chemindo - CPM - 1991.,Indonesia Chemical Society/Indonesian Polymer Network (ASEAN CUPS), bersama Prof. N.M. Surdia, dll. Ionpure, Prdrcts &
Systems
for Prrca,s Water, Lowell-MA, 1990
1986
Wallace. G.G., et al, Klauber, C., et al, Reactiae Polymers, 18/1, August 1992.
Winamo, F.G., Air Untuklndustri Pangan, Grmnedia, Jaknrtq 1.986 W. J. Conlon (Florida), G. Solt, H. w. Pohland, W. Lorch, B. ]. Weissman, P. Jourdain, P. Foster dll., komunikasi pribadi global
t
KIT ANALISIS AIR
Dahulu untuk menganalisis aneka parameter air, dari yang fisik (kekeruhan, dan lain-lain), kimia, biologis sampai radioaktif, sangat merepotkan dan harus selalu dilakukan di laboratorium. Atas jasa pakar kimia, kini hal itu tidak lagi menjadi masalah rumit. Analisis dapat dilakukan di lapangan setempat, cepat, cermat, jitu, bahkan dapat
dilakukan langsung on-line pada alat-alat proses. Adapun yang sering membutuhkan analisis air antara lain adalah: a). Limbah pertambangan. b). Peranian (termasuk analisis kesuburan tanah).
c). Akuakultur. d).Indusbi: air boiler dan pendingin (parameter tunggal/jamak). e). Kolom, bak kamar mandi. 0. Finishing/elektroplating permukaan (logam). g). Air limbah apapun. h). Pengkondisian air. i). Ekologi air, Iimnologi. i). Mutn air, berbagai bidang. bahkan juga piranti monitor parameter air on-line praktis dan terandalkan, untuk indushi, laboratorium, dan survei lapangan.
mD.2
ANEKASTANDARAIR (DANPERATURAN PEMERINTAH) AIR FAII.MAS VBIOTEKNOLO GI
Di
zaman iptek mutakhir
ini, obatobat baru terus dibuat, demi
menopang kesehatan dan keseiahteraan manusia. Untuk memproses dan *"*bruiobat-obat tersebut diperlukan seiumlah besar air yang amat sangat murni, tanpa kontaminan betapa pun sedikitrrya. Peraturan di Farmafopia, standar yang kini lazim masih dianut kalangan Departemen Kesehaan, semua cepit t etitggalan zaman. Standar adanya bakteri dan pirogen makin ketat, bila perlu nol! Zaman bioteknologi kian hadir. Prasyarat mutu air yang digunakan kian ketat. Keriurnian organik dan anorganiknya mutlak' tak (fermentasi) aa"pat ditawar, untuk pembiakan iaringan sampai -peragian. pilot di skala pengembangan dan mutakhir. Berbagai ka'rya penelitian diizinkan yang Kotoran ultramumi. lab-lab biotek dilakukan dengan air tidak sekedar ppm (bagat tiip juta, mg/Liter) namun ppb Gagian tiap mityar) Uatrtan ppt 6alan tiap trilyun), misalnya-1o8.]m.belatnya' |elas' -filtrasi,-penukar ion atau distilasi saia tidak lagi lama sepe*i
*ru.ur"
memadai.
Lampiran
*) Tabel: Standar Farmakopia Amerilu Bagi Air Murni
AIRHEMODIALISIS Osmosis balik telah diakui oleh Asosiasi Pengembangan Instrumentasi Medis/AAMI (Amerika) selaku cara lakuan air untuk air dialisis karena piawai menghilangkan aneka kotoran air. Protokol sanitasi bagi sistem RO harus dipatuhi secara ketat dan selalu dicatat selama operasi. Dari analisis air umpan dan produknya dapat didesain sistem yang efisien dan efektif.
5,0-7,0
H
P
05
khlorida (mglL) sulfat (mglL) arnonia (mglL) kalsium (mg/L)
1,0
1,0
karbon dioksida (mg/L)
5,0
5,0
Ql Gebagai Cu)
0,1 (sebagai Cu)
loloo uji permanganat
USP
logam berat
(mg/L)
zat teroksidasi
1,0 0,1
Karena air dialisis amat kritis, berbagai kontaminan harus bersih alias hilang dari air porduknya. Demikian pula pralakuan harus sempurna. Sanitasi memakai kNor terkadang memberi sisa khlor serta produk samping khloramin yang sangat berbahaya bila terbawa melintasi RO. Itulah sebabnya, sebagaimana standar AAMI-1990 filtrasi karbonnya harus beberapa kali seri dengan Pantauan teratur. juga diperlukan deionisasi agar kandungan fluorida, nitrat dan aluminium memenuhi
PTT(padatan total terlarut, mglL) 10,0 1m bateri (ctulrrl) (ctu 1m ml) / batas aksi FDA (Eu/mL LALJ dengan pirogen
syarat.
*) dari usP edisi XXII Tafsir Ionpure, terus makin diperketat (Depkes RI niscaya lebih sigap mengikuti Perkembangan iptek dunia)'
UntukmencaPaimutuyangmakinpiawai,daniela-slolospersyaratan, dalam mendesain sistem pemurniannya, dilakukan analisis kimia dan mikrobiologis suPrateliti, baik di lapangat. tq"Pu1
-t
Iaboratorium, memakai ICP (piasma), AA-C (serapan atom/grafit), HPLC dan sebagainya.
Iptek membran, dalam hal ini osmosis balik (RO) dan ultrafiltrasi (UF) aialah kunci jawabannya. State+f the afi bentuk modul-modul cartridge perrneator amat dinamis dan piawai' (sterilisasi Pralakuan utama ialah filter multimedia, filter karbon uap panas), sistem RO dengan piranti dan material kelas satu, bekerja terprogram komputer. tvtodit RO bertindak sebagai filter bakteri. Lebih 99'i" p'irtiket, koloid, bakteri pirogen dan zat orgallk air- dihilangkan' Iebih 95% ion terlarut dicampalkan. Membran polisulfon tak terlalu peka sanitasi memakai khlor. Deionisasi kontinyu air RO dan membuatnya meniadj bertahanan jenis listrik ti.ggl ( tO tr{.Onm
Tabel Kontaminan Kalsium Magnesium
Natrium Kalium
Standar
Mutu Air AAMI *) Kadar maksimum 2
(mg/L)
(Ol m Eq/L)
a (O3 m Eq/L) 70 (3,0 m Eq/L)
s (92 m Eq/L)
Flourida
0,2
Khlorida
0,5
Khloramin Nitrat (N)
2
0,r
SuUat
100
Tembaga, Barium, Seng Arsen, Timbel, Perak
Q1
Khrom Kadmium
0,0r4
Selenium
0,09
Aluminium Raksa/merkuri
0,01
Bakteri
200ctu/ml
masing-masing
Q005 masing-masing 0,001
0,0m2
*) sudah ditetapkan Lembaga standar Nasional Amerika seiak 1980. Siap terus disempurnakan. S}ndar Indonesia perlu iuga terus direvisi.
Teknologi Membran Pemurnig4
L22
Air Larnpiran
123
AIRELEKTITONIKA Tabel: Petunjuk Air Murni SEMI - 1989
Pabrik-pabrik semikonduktor, komputer, mikroelektronika, industri-industri material canggih, juga memerlukan air. Air untuk itu berprasyarat mutu paling ketat, kerat dibandingkan industri lainnya. Yang harus dihilangkan semutlak mungkin tidak sekedar kontaminan anorganik dan zat organik total (Toc) melainkan juga kotoran partikel dan bakteri sampai ukuran sekecil angstrom (sepersepuluh pangkat
ParameterUii
sepuluh meter).
Dilakukan pengolahan awal penyaringan multimedia (partikel), karbon (oqganik/khlor), pelunak (Ca, Mg FJ, sehingga mem6ran film tipis Ro terlindung dari kerak. Membran paling efektif melenyapkan lrliku, optimum rejeksi ionnya, memadai kompalibilitur pH-rryu, yu.g dipergunakan.
Deionisasi kontinyu meningkatkan tahanan ienis, menjaga mutu deionizer bed-campur, serta mutu air produk konsisten. pensteril uV mutlak perlu. Airnya sampai 18 mega ohm-cm (25oC), dengan silika dan TOC rendah sekali. Masih pula diberi filter mikropori dan aliran taigensial menjelang dipergunakan. Air selalu beredar agar tak terjadi kolonisasi bakteri. Pemipaan dari material inert.
Di antara berbagai prasyarat dan standar, dicantumkan di sini dua petunjuk himpunan/lembaga ilmiah sekaitan (Amerika). Negara-negara maju lain berprasyarat setara dan terus disempurnakan. Bila bangsa [ndonesia sungguh hendak menggarap elekhonika secara benar (termasuk hardware), peraturan yang sudah usang dan pelaksanaan yang asalasalan niscaya diperbaiki total. Tidak boleh ditunda-tunda penggarapannya.
AIRINDUSTRI Zaman industri kini tengah gencar menerpa Indonesia, beriring era iptek dan informasi. Perkembangan industri mutakhir amat laju, makin canggih. Untuk pemrosesair menghasilkan produk piawai, diperlukan sejumlah besar air dengan mutu prima. Beberapa contoh keperluan misalnya sekaitan elektrocoat, manufaktur kimia, umpan boiler, pangan dan minuman, pembuatan gelas, kos-
metika, pakan streril (hewan), pencucian dan banyak lagi lainnya.
air
pendingiru pembangkit lishih
Waspada
Awas Bahaya
es
Dapat
residqppm
0,1
03
03
0J
organik total,/TOC, ppm
0,02
0,05
0,r
0,4
Cacahpartikel/liter Cacah bakteri/100mL Silika larut (SiOz) ppb
5m
rm0
2500
5000
0
5
10
50
3
5
10
40
Resistivitas, Megobim-cnt
18,3
17,0
17,5
17
KATION(ppb) Aluminium
02
2p
5,0
Amonium(NlL)
0,3
03
0,5
Khrom (Cr) (Cu)
o,u2
0,1
OJ
o,w2
0,1
0,s
besi (Fe)
0,av
Ot
o'2
manganMn)
0,05
0,5
1,0
Kalium (k) natrium (Na) Seng (Zu)
0,1
03
1,0
4,0
0,05
0,2
1r0
5,0
0,42.
0,1
0,5
ANION(ppb) bromida Gr) khlorida (O)
0,1
0,1
03
0,05
a2
0,8
nibit(NQ)
0,05
0,1
03
nirat(NQ)
0,1
0,1
0,5
fosfat (POl) sulfat (SOl)
o2
02 03
03
*)
Dapat
0,05
diterima
t
rz
1,0
Nilai-nilainya belum disepakati semua pihak.
Sementara itu American Society of Tcting and Materials (ASTM) juga memiliki prasyarat/standar tersendiri yang ketat:
iMembran Pemurnian Air
Lampiran
125
Baru kemudian dilakukan deionisasi kontinyu.
Tabet P etuniuk Air Mutu Elektronil$ Assay
E.II
AST M
E.I
-Iv
l8
15
2
0,5
5
50
partikel 11 -i1qsn/mL) mikroba (6aPmL)
2
1m 1m
1m0
5
1
l0
50
5m 1m
TOC (mikrogram/L)
50
2m
100
1000
tembaga (mikrogram/L)
1
5
50
5m
kNorida (mikrogram/L) kalium (mikrogram/L) nauium (mikrogram/L) padatan residu (milcogram/ L) seng (mitcogram/L)
2
l0
100
1000
2
10
5m
I
10
l0
50
5
20
1m 2m 5m 2m
Resistivitas (Megohm - cm)
(mikrogram /Uter)
1m0
2m0 5m
AIR INDUSTRI Air tak boleh mengandung kontaminan' karena menyebabkan sebagainya. Air bermutu kerak dan sumbatan, ,n"r,frur,urt i. korosi dan ;;;;;";i maksud pu,t[g-t"tu"t-,. '''aqi dituntut' Ada prasyarat-Prasya"rat minimum khas yangharus dipenuhi' Sekali lagi iptek membran meniawabnya' memakai umpan air Salah satunya dengan deionisasi kontinyu' baku dari air kran/ledengbiasa' partikel, iuga Filter multimedia dan karbon menghilangkan silt dan
khlordanzatorganikagartakmenimbulkanfouling.Pelunakmeng-
Kesadahan hilangkan tesaaaf,an berfiiang besi, kalsium dan magnesium' masalah ada air in?ustri hanya boleh sekifar/di bawah 1 PPtt lgar lun pengfilter Lalu proses dan teriiga segala alat industri yang mahal itu'
i itur,g partikel sampai ukuranS mikron'
Indushi kini dan nanti perlu semakin efisicn, efcktif, bersih, terawat alat-alat mahal canggihnya. Air industri tak lagi bolch sembarangan, misalnya air sumur dalam, apalagi air ledeng yang kurang terjamin mutunya. Berbagaikelompok penggunaan air itu makin mcngantJaikan pemrosesan paripuma dengan alat dan teknik piawai. lazimr-rya piranti canggih bersistem prarakitan (preassembled) sehingga praktis, dcsain scmpurna (ditunjang CAD/komputer) dan terjamin mutu r.rLa kcawetannya. Pembuat membran biasanya melayani jasa-jasa penunjang pula. PERATURAN PEMERINTAH RI Sekaitan pengawasan pencemaran air, Menteri Keschatan (SK Men. 173lMen.Kes. /Per. /VilI / 1977) mengelompokkan badan-badan air selaku media buangan industri/tambang/rumah tangga, yang tak bolch begitu saja dibuang tanpa pengolahan.
No.
Badan air kelas A, airnya digunakan untuk air baku, dapat diolah menjadi air minum (koagulasi, sedimentasi, disinfeksi). Badan air kelas B,
airnya untuk pemandian dan pertanian yang hasilnya dimakan tanpa dimasak dulu. Badan air kelas C, aimya untuk perikanan darat, olahraga (kecuali renan& Ski dan selancar air), pesiar dan keindahan.
Peraturan pemerintah yang ditandatangani oleh menteri Prof. G. A. Siwabessy tersebut sudah barang tentu sangat berfaedah. Sesuai perkcm-
bangan iptek, pelestarian lingkungan dan taraf kemajuan masyarakat, perinciannya perlu lebih diperketat dan pengelompokan untuk Penggunaan/pemanfaatan air khusus harus pula disempumakan. Dan yang paling utama: pelaksanaan oleh aparat harus lebih konsisten. Pemerintah selaku pelayan masyarakat harus lebih bertanggungjawab. Pengambilan contoh dan pemeriksaan air minum, yang olch pemerintah sendiri telah ditetapkan, harus dijalankan secara konsekuen tanpa membebani masyarakat lebih lanjut. Masyarakat semakin maiu, pemerintah tidak selayaknya tertinggal di belakang. Peraturan saja tidaklah cukup.
Merrbran Pemurnian Air
Tabel : Syar at mutuny a (dnri F.G. Winarnal
9
I 6). Kelas C
Kelas B
Kelas A
Dipefuolehkan mrntm- maksimum um
Parameter
1.
Lampiran
Diperlcolehkan maksimum
minimum
Diperbolehkan mtnrm- maksimlm
127
Kadmium
nol
Kabalt Mangan
nol
1,0
nol
0,5
Nikel
Seng
nol nol nol nol nol
Tembaga
nol
1,0
Timbel Amonia
nol
0,05
Perak
um
Raksa
Selenium
FISIKA udara
II
KIMIA BoD (mglL)
3
3
3
Oksigen terlarut
uhu udara
uhu udara
suhu
Suhu (oC)
6
4
6
(mg/L) H
65
P
85
r000
loo0
zat terlarut
(,
85
65
9
t
l0m
i
10m0
Golongan coliform
(tiap
100
20000
1000
mL)
Golongan coliform
4000
400
2000
tinja (tiap t00 mL)
;
emeriksann Air Minum
Parameter (satuan mg/L kecuali disebut khusus)
minimum dipertoleh-kan
1,0
0"5
?5
600
Khlorbebas Flourida
nol 15
Kesadahan (OD)
nol nol r0
Sulfat Sulfida
50
400
nol
nol
nol nol
l0
t
Khloroform/C
II
5
ion (uranil)
Hertisida Minyak/lemak
(ekstrak)
!
P
0,0t
Organik
I
Fenol
Catatan: Perhatikan dan bandingkan pula Peraturan Departemen Perindustrian (SII 0071-75 dan seterusnya). Tabel: Kamjiban
0,005
0,01
, Nitrat/Nitrit
i
0,1
0,05
Khlorida
Wianil
I
III MIKROBIOLOGIS
0,01
nol nol nol
0,002
.
Pestisida: bermacam
nol
0,001 /0,056
Sianida
nol
o,l 05
100
10m
Zatbereaksi metil
oleh P emerintah baSi warSL
0,1
nol
RADIOAKTIVITAS keterangan
maksimum dianjurkan
Gross - beta (PCi
diperbolehkan
Radium - 225 Strontium - 90
/L)
I
3
)
t0
KIMIA Anorganik Arsen
Barium Besi total Boron
Khrom
nol nol nol nol nol nol
0,05 0,05
No.
1,00
lp 0,05
Cn(6)
05
Cn(3)
01
Sedangkan mengenai mutu air minum melalui Peraturan Men.Kcs. / Birhukmas/ 1 / 1 975, sy ar at-syara urya :
Membran Pemurnian Air
(naluan t khunus)
129
MIKROBIOLOGIK: Kuman parasitik
mglL kecuali dimlnlmum diperbolehkan
0,0
0,0
Kumanpatogenik
diperbolehkan
I:ISIKA suhu fC; warna
Golongan coli (tiap
l00mL)
0,0
suhu udara 50
pt-Co
Kewajiban Pemerintah Air Minum oleh Pemerintah bagi Warga
tak rasa tak bertau
Bau Rasa 25
Kekeruhan
silika
KIMIA
Organik (sebagai KMn
)umlah penduduk yang dilayani
Jumlah contoh airminum yang harus diambil / diperiksa
Selang waktu
pengambilan
pemerintah
9r7
Derajat keasaman (pH) Padatan total terlarut
1500
l0
Ol)
Karbon dioksida ganans Kesadahan total (OD)
Sampai 20000 jiwa
Tiap 5000 penduduk satu contoh air untuk 1 bulan
20000- 50000 jiwa
Tiap 5000 penduduk satu contoh air unhrk I bulan
2minggu
50000- 100000jiwa
Tiap 10000 penduduk sahr contoh air untuk 1 bulan
l minggu
lebih daripada 100 0m
Tiap 10000 penduduk satu contoh air untuk 1 bulan
tiap hari
0,0
(
l0 75
200
30
150
Kalsium Magnesium Besi total Mangan
0,1
1,0
0,05
0"5
Tembaga
0,05
1,5
S.ng Khorida
1,00
l5
200
600
Sulfat
200
400
Sulfida Fluorida Amonia
0,0
Nitrat
20p
1
bulan
2,O
0,0 0,0
Nitrit
0,002
Fenolik Arsen
0,05
Timbel
0,10
Selenium
0,01
Khrom
0,05
Sianida
0,05 0,01
Kadmium
0,001
Raksa
RADIOAKTIVITAS: Sinar Alfa ([f c/mL) Sinar Beta
Lampiran
(f
c/ml-)
I0e
1d
racun racun racun racun racun racun
(r/6)
racun racun
Catatan: Dalam hal pernerintah tidak/belum mampu menyediakan air bersih bagi warga negara yang telah membayar pajak, harus dicari jalan keluar. Fasilitas Publik meruPakan tugas dan kewajiban pemerintah.Itu adalah hak warga negara yang mendasar. Sebagaimana transPortasi, listrik, pendidikan, telekomunikasi, maka soal sarana air bersih bila perlu dapat diswastakan, ditangani masyarakat sendiri. Pemerintah bijaksana memperhatikan hak-hak warga negaranya. Fasilitas Publik yang baik adalah ukuran kemaiuan Pembangunan menyeluruh sampai ke pelosok daerah, tanpa keorali.
Lamp.3
STATE OF THE ART
MEMBRAN SEDUNIA
Iptek membran melaju dengan cepat. Berbagai negara di dunia saling berlomba. Di Indonesia, iptek membran seberlarnya sudah menancap sejak awal 1980-an. Tim ITB dalam rangka proyek (kimia) kerjasama ASEAN (Prof. Oei, Dr. Susanto, Drs. Hadi, et al), juga Dr. Ir. Susi Praptowidodo et al, dalam sisi engineeringnya, bergumul di situ. Penulis, juga Dr. Mochtar
(Pasuruan) pada medio kedua 80-an mengumpan soal gula dengan
membran. Acara/kunjungan iptek membran (penulis et al) langsungkan ke Australia, ]epang, dan sebagainya. Di sisi bisnis industri, akhir 1980-an
mulai menggejala di Indonesia. Penulis dan kalangan PTS lain terus turut memacunya. EROPA 1992
Tokoh-tokoh iptek membran Eropa: Pierre Aimar (Toulouse -
Perancis), John A. Howell (Bath-UK), Enrico Drioli (ltalia), M.H.V. Mulder (Twente, Ned.), Heiner Shathman (Stuttgart - G), G. Jonsson (Denmark), dan lain-lain, selain guru besar, juga praktisi riset mutakhir
Di
Eropa, fokus pemacuan iptek membran mcliputi ti.gg, aliran pulsatil aliran Sekundcr), dcsain dan dinamika (modul, adsolpsi, fouling, dan lain-lain), transport membran.
hidrodinamika (kinerja
Membran PemurnianAir
Membran cair (G. Brunner/Hannover) lipida diemban HFF dipakai unhrk memperoleh penisilin dan sintesis enzimatik asam G - aminopcni' lilanat. Pemisahan asam laktat dan L-leusin dibandingkan memakai membran cair (I. Rothova, Slovak/Tsekhoslovakia), dan banyak lagi.
(mcmbranrapat,berpori,efek.hidrodinamik/listrik)'pemisahan
irh*rkli;:lm;t'x[;k"11i*rili*H;::]:.'."'#ri: kan di EroPa'
kawan-kawan bidang hidrodinamika, H' Futselaar' dan (hollow.fiber/HFF) ('[wente) rnengkaji modul membran serat cekung bcrumpanrransversalCounterCarrent.Mikrofiltrasiarussilang(Crus kecepatan aliran transmembran FIoa.,) untut optirnisasi ,"kunu" dan
Bidang pemisahan gas meruPakan terapan subur iptck membran. R. Hughes, dan kawan-kawan (Salford/UK) mengkaji pemisahan dalam permeitor tahapan internal. Kaskade pemisahan gas didisain di daerah lliran Knudsen oleh D.A. Waite et al (tlK). Sel uji membran dengan dcngan transfer massa Seragam, untuk karakterisasi membran perusahaan
Di
dikembangkanX-flowBV.Ned.Filtrasigeserrotasibiosuspensidisimak kawan-kawan)' Di Perancis' P' Balitbang Biotek iermai (K'H' Kroner' di filtrasi aliran pauleer, dan t awaJawan (URA-CNRS) memacu teknik Inggris' di dikaji p"it"ii*";fr.u', *i't"'ut' Mekanisme filtrasi cake
(LAGEP - Perancis) mengembangkan ]. Lenoir, dan kawan-kawan agar {ouling tercegah' Hal aliran tak runak (p"i;t*t rnembran tubular Serupa|ugadikerjakan'ot"t'H.g.Winzeler(Swiss).SedangkanR.W.Field, untuk pcmbiakan sel kapang' dan kawan-kawan (UK) menerapkannya W'F' Versteeg' dan Di bidang pervaporasi dan distilasi membran' baru dalam dehidrasi pelarut kawan-kawan Nea.) rirembuat terobosan oleh W'H' Pabrik dikembangkan organik. Desain d;';il;isasi (DC GmbH)' Desain modul kaskade Schneider, dan taian--fu*un pervaporasi dengan kempaan uap ;1'-oilt fuarut didorong oleh HoecsL glhting' dan kawan-kawan' VoC (zat orgur,it-ui'i?) disimak R'p' raput diteliti,di FachhochTahanan antarmuka fuau p"r-"asi membrar, dikembangkan oleh vakum shule Goburg germin). Distilasi membran Nederland)' (Puslit Agroteknik H.H. Niihuis, dan f.u*u"-tu*an Sluiis. (Ned') S:-T^1T1 Fraksionasi membran digeluti oleh J'T'M' berbagai gejala: transmrsr, masalah_ma*rur, ro"ii"g dikaitkan dengan pemerosotan fluks serta adsorPsi'
Tragardh' 9' 'lt'h lain-lain' dan (Denmark) p't-' JotranJn clan kawan-r.u*ur,'-is*LJ*1, P' kalangan lain, oleh Menurunnya nutsi puau fo"fing iituli -1t9tu dan teoritis Aimar (U. Paul #'I*t; y""s ;"*uandingtan Ptlk',tu": yang irencegah fouling uF crossamatan empiris, G;;*y"7c'"rgad; tawan-kawan sekaitan miflow dengarl ;"t intl'*iiu", C' Daufin' aan krofiltrasi wheY' Mikrofiltrasi larutan Fouling sehubungan adsorpsi digumuli iuga' dan sebagainya' protein $". Bow*-niwafisea/UK, agteglt ptotein digencarkan Sekaitan transmisi banyak karya
rill
Lamoiran
gis, digarap oleh J.W. Van Heuven, dan kawan-kawan (Kantor
I
it I
Risct
Lingkungan & Energi, Nederland).
Reaktor membran untuk membuat bahan
kimia secara
untuk (CIS) Rusia di pemisahan larutan reaksi berkatalis homogen digencarkan et al Riet K' Van't ot"n f.t. Zamaraev, dan kawan-kawan' Sedangkan produk (Wageningen/Univ. Pertanian Ned.), memajukan pemisahan elektrokimia dipacu oleh K. Scott (Teeside UK). Osmosisbalik (RO)
samping khas dalam reaktor membran.
Di bidang lingkungan hidup, iptek membran iuga berjaya' Di Eropa antara lain digalakkan di universitas Twente (M. Mulder, dan
kawan-kawan). km6aga Riset Peternakan'Nederland (H.C. Van der I{orst dan kawan-kawan) memakai nonofiltrasi untuk memekatkan dan menghilangkan mineral pada produk susu. Daur ulang lirllah industri *enfurrna[an mikrofiltrisi membran diajukan oleh J.M. Chiapello- G. limbah, dengan denitrifikasi Pieriird, dan kawan-kawan (Perancis). Air'air minum sehat lagi (A. biologis membran uF, dapat diiadikan Beaubien /CIRSEE, Perancis). Proses-proses membran pun dikembangkan dengan menggunakgt
(T. bantuan tena[a listrik khas. Paia sejawat pakar membran di Finlandia uusluoto, J. Nuortila - |okinen, dan lain-lain mengembangkan uF Elektro bagi industri pulp dan kertas yang amat maju dl sana. Pemisahan makroirolekul diperbaiki dengan-cari gabungan UF dan elektroforsis $.L. Orozco, Pcrancis).
Elektrodialisis iuga merupakan Panggung iptek -sgATak' Modul ED lilit-spiral disemprirnakan oleh G,S. Soft (Cranfield/uK)' Huls Ac german) *"rrgg"r,.uikan pengambilan kembali limbah asam sulfat sccara iO/aiAirir. pif,rik khlor-alkali teknik membran direkayasa canggih olch W. McRae (Swiss).
Lampir'an
beftaEropa orkup 898aP gemPi.! iptek membmnnya ferula1a Membran imii/t"mpmit)' Himpunan lptek yit f,rr, potirn"r, . Mem"d, ir"p'" t*nai1, apaia$litonals_berbagai pustaka ilmiah /iumal fl dan U- i.," i.i, M.*b.rJ t".hr,ol,litt.tiot & Separation, Desalination, Suasana ."rin banyak lagi) bermarkas di Eropa, sangat mendukung' semua amat mendukung' p",g-,r",rut"in8ts, dT profesi
.
membran komposit (Malagu-Spanyol, TU- Denmark), membran rapat kompleks polielektrolit (IPC - Ierman), amonia dari air limbah (Xu Shi -
It
iiiiut
-industri' S.fry"f"yi hal itu t"?-prt"i', cermin bagi PTN{PT.S kitaiang mlsih Penggolahan **L*ri karyanya, diiuniang kalangan prak!$-lain'. di kalangan terlebih-lebih dipacu, t =uri-ir,o,r"si pncduktif patut Lgera menbirckmsi mana-mana' di swasta. Swastaifu pelaku kemajuin iptek layak pun Indonesia dukung. para rjawat dan calon prliu. membran terus ri'engikuti jumal-furnal lain seiaga4 Chem' Ettg J', J' APPI'PolymSci, JACS, l"lacromofecules, ]. AcerS, dan sebagainya'
MembranberPo'imerupakanbidangdinamis.Kaiian-kaiiandisitu diantaranyaadalahreaksiotsidatifsistemselbahanbakarbermembran membran reaksi dt riau padat (Institut Katalisis CIS), bioreaktor "i"r.oofit fipase'(Wageningen), film adsorptl Ttlu]hl (Tseko-Austria) fak"*i-"Uf pu-Gtinun fouling itot"ii, pada membran (K'l' Kim)' segala zalir (Nederamfolit baru !i*u"i protein Gid, -"-btut nanofiltrasi(Perancis), filtrasi cepat tand/TNb), disain baru sistem elekhodialisis baru (TUHFF (GBF modul )erman), bersuspensi dengan medan lishik (KH-Jerman), Wi"r,ui, pemisa-nan protein dan perril*eral..an enzima dengan struktur p"*i*i * membran hidrogel (W' Yuxien), pemerian mengukur lorr*p teori informasi (PI --Rusia), partikel lateks berpendar oksidalogam selektivitas membran (ENSIC - Perancis), fouling membran air dalam bagi larutan pektin (TU Szcecin/Polandia), Pe^iTlT emulsi (Iappeenranta/Fin*i""yuf. WZCi OCp - CIS), fluks permeat dan reieksi dan landia), ciri-ciri ultrafiltrasi laminer oHMT- CIS), sifat hidrodinamik p"'ni*r.*membranPANoPc-Jerman),oPtimisasikonfigurasimodul (S' seri (CNR$URA 192, Perancis), membran polimer tunggal dan blend
saluran UF Sahastrabudhie), alihan massa dan momentum turbulen pada tegak lurus (Lund-Swedia) dan sebagainya'
besar pula'
Pada peneraPan Pangan dan air, perhatiT penekanan iusu skim secari RO (Oviedo-Spanyol), UF dwi tahap atas hidrolisat kasein (Y. Pnliot), Yoghurt dari konsentrat susu skim secara UF/RO (Spanyol) menghambaipembasahan membran akibat adsorpsi protein (Waginengen), l-akuan aii limbah secara gab118l! UF/gludge aktif (TU Silesian - Polandia), penghilangan Fe dan Mn (TU Bourgas - Bdlgaria), RO air limbah (TU Hamburg), transport Saram-garam sulfat lewat
1t"!
135
Chang) dan sebagainya.
I
Khusus masalah membran rapat, kinetika Donnan dan dialisis netralisasi (Pusat Komputasi Riset - CIS), membran RO baru selulosa asetat/batubara (U. Prishtina - Yugoslavia), termodinamika membran Zr 0U PAA (Szczecin fU, Polandia), membran gelatin baru dan dinamikanya (ICWC - CIS), pengemban polisulfon membran komposit (U. Malaga / Valladolid, Spanyol), poliimida bersegmen polifenil ensul fida (TU Berlin), analisis non- idealitas pemisahan gas memakai mcmbran (Salford U), membran PVA baru untuk pervaporasi (Zhang Yuzhong), pengambilan piridin dari larutan berair (U. Calabria/RIMC& Italia), pcngaruh sifat substrat membran pervaporasi (A. Fane), pemisahan strontium (I. Eroglu/Turki), dan lain-lain, terus digencarkan. Komunikasi antar sejawat pakar membran polimer (dan keramik) terusdijalin DI AMERIKA Amerika masih tetap merupakan pemuka dalam iptek membran. Hampir seluruh perguruan tinggr dan lembaga riset sekaitan menSSencarkannya. Perusahaan membran terbesar dunia masih ada di sana. Dalam agenda ilmiah dan komunikasi tercatat para pakar aktif menonjol, antara lain )immy L. Humphrey (Austin - fi), V. Van Brunt (USC - Columbia), K.R. Amarnath (Palo Alto - CA), Satya Chauhan (Columbus - OH). Richard D. Noble (UC - Boulder), Norman I-i (Des Plaines'IL), G. Belfort (Troy-Ny), V.K. Venkataraman (DOE-WV), W'I' Koros (Austin - TX),Ian Roman (Newport - DE), R. Prasad (Ton;rrvanda NY),l.T.Hzu (Bethlehem - PA), E. Pirouztale (Spring House - PA), R'M' Counce (Knoxville - TN), M.R. Ladisch (West Lafayette - IN) Paul Liu (Pittsburgh - PA), R. Godind (Cincinnati), Daniel Hammer (Ithaca - NY), Jert"y Chul-"rs (osu), K'K' sirkar (Newark - NJ)' D' Bhatta charyya (I-exington - KY), ).W. Hammond (wetchester - PA), dan banyak lagi, bergerlk pada litbang rekayasa. Kajian fundamental struktural lab iuga masih di bawah panji Amerika. sasaran kajian iptek mutakhir diarahkan pada material dan Pross polimernya, rekayasa-mendasar dan teraPannya, !rk1n bahan canggih-
cerdas, ieknologi sistem dan komputasi, bioteknologi, elrcrgr dan lingkungan hid;P, Pangan dan obat. iGrena banyaknya, tidak mungkin
Teknologi Membran Pemurnian
130
dalam lampiran mencanhrmkan topik-topik tersetut
il;;
il*t"t
a,rii"-ii"sa
membran, karena
"*uiffiun
Air
ini' Berbagai him-
ai AS utamanya) melibati persoalan iptek air' masa depan.yi pga sekaitan teknologi
IEPANG DAN POLIMER jepanq menaruh.perhatian Beberapa himpunan profesl ilmiah polimernya. Mereka giat hsar atas iptek me;bran teimasuk para pakai seaunia/global' terutama di meneliti, ,,."ng"*uu;g;;n, ilit",,'ti""uii kawasanPasifik. di iepang dasawarsa Selain bidang rekayasa terapan membran' biopolimer membran bidang 199&an ini teramiti itinamika Lesar bioteknologis' iUio-u*Urun), misalnya untuk sensor (A'Higuchi dan. kawan-kawan' Membran enzim nirgerak/ syarafi (M' Demura' dan kawan-kawan Mefi Daigaku), -"Jiu" fit'oin Sutera (f: Kunitake - JRDC)' pengembangan Tokyo), Pembuatan fift" tipil LB (S' Kunugi' Kyoto DK)' elektroda elektrokimia film kompleks polilon kawankatalisis porfirin p"a"'*"*Ut"'i pofiieptigu (K' .!Y:.etol.,durr kawandan Yamasita il*"i, riO, transier elektron membrankeratin membran amfifilik dengan ;;;;; Nagoya), uut"ti"a* polipeptida pu), pembuatan dan fungsi dwitapis fosfolipidl-ii.-i"r."gi'rtil .Bh votlti*izu' Nigoya)' transfer selektif dwilapis tanggaP ;;;di"tH' D)' membran dwilapis berk;;6;"";;"tt;;;"-l $fsunamoto, Kvoto banyak lagi lainnya' tems gugus viologen (T. ilt;thta", Tohoku Di, da" dikembangkan kini.
MembranNilon-6/POEgraft(T'shimidzu'KyotoD)untukperme*b'u" Uiena aan IPN polimer' semua iuga dikaii
vaporasi, berbagai tanpa henti.
Kurita' juga dengan Berbagai pemsahaan membran JePalg seperti
produk alih teknologi (Miifipore - USA), terus makin menyemPurnakan dan prosesnYa.
AUSTRALIABAGAIMAI{A?
DinegaratetanggaterdekatPasifikkita,Australia,kiatiptek para seF-w:! membranny"' lrgu men"frebu. Tokoh-tokohnya algllain Mel yakni Chrii feff,"io"y Ffie, V. Chen, Kevin Marshall; Tony Franken, Greg Kim' Dickson, Peter Farrell, Druce Balstone, Hans Coster' Kyt'-Iin l,eslig Richard Gibson dan kawan*awan'
Lampiran
737
- Dengan lpaya ilmiatr - sistematis - profesional, dalarn beberapa tahun saia iptek membran di negeri kanguru itu terah kokoh. pusat teknologi membran dan pernisahannya, secara swadaya mandiri, dan bergaul bakutirrdak global, cepat maju, dikenal dan dihormati sampai Eropa. Bermula dari upaya lab kecil, menukik ke terapan praktis (paUrit guta, pemisahalr mikroemulsi dan misel/pangan, kulit buatan, dcsalinaJi air padang gurun clan laut, dan sctrragainya). Kerjasama dcngan industri, sesarna sw;rsta, drretaskan Para pakar dari Eropa, Amcrika sampai
jepang bahkan ASEI,{N diu nda ng berpartisi pasi.
_ Kin! surnbarrgan ilrnial'r dan kehadiran ternu ilmiah global scjawatsejawat Australia tak diragul..an lagi. catatan:
[]i Indomr':sia, rvaiau telah sedasawarsa, kalangan penelitinya rrrasih mrsncan b*:nfuk dan berusaha bertahan tekun. Hasil lit"bang heJum jelas terapannya. Agaknya pemerintah tak dapat sendiri" Dunia swpsta niscaya mengambil prakarsa dan langkah nyata"
Lamp.
FORMAT DIKLAT MEMBRAN
Di
Indonesia pendidikan formal iptek membran belum dimasukkan dalam struktur kurikulum PTN/PTS. Baru penulis (saat di surabaya) dan grup membran ITB (Bandung) meretaskannya ke dalam tugas akhir (skripsi) mahasiswa S-1. Padahal perusahaary industri din bisnis membran (akarta) telah bergerak dalam sedasawarsa terakhir, makin
gencar. Industri pengolahan pangan, air, kirnia, farmasi/medih elektronik, mulai dimasuki.
Penulis dan kawan-kawan, selain via perkuliahan, terus berkomu-
nikasi sejawat global. Penulis berprakarsa, sudah saatnya diadakan penggencaran dan pemopuleran ke masyarakat. Terutama bersasaran teknisi rekayasa: Pangan/
airbersih/mumi, proses kimia (boiler, dan lain-lain),
farmasi/medik (ginjal buatan, obat), elektronika (proses semikonduktor, IC, dan lain-lain),
diadakan kursus singkat, dan juga pengadaan buku-buku sumbr.r. langkah-langkah joint-ruearch semusirr selama ini terbukti tidak terlalrr lebatbuahnya.
Lampiran
Yang kedua (ef. T.A. Hatton, R.P. Cahn) dilingkupkan pada skema
kedudukan Dalam kcrangka rekayasa dan teknologr pemisahan' iptck mcmbran amat ielas:
kerangka:
1. Pemahaman umum proses (pemisahan baru). 2. Proses-proses membran. 3. Pemisahan berbasis - kimia. 4. Fraksionasi Aliran - Medan. 5. Ekstraksi pelarut. 5. Proses-proses adsorpsi baru. 7. Ekstraksi superkritis. 8. Proses-proses baru lain (HIGEE, dan lainlain).
1. Distilasi, 2. Ekstraksi, 3. Adsorbsi, 4. Membran, (ef. G.E. Keller II, J.L. Humpheey)'
Pemisahanmembransendiri(ef.DickBaker,BillEykamp)meliputi tujuh bidang cakuPan utama:
1. Osmosis Balik (RO), 2. tlltrafiltrasi (UF), 3. Mikrofiltrasi (MF), 4. Elektrodialisis(ED), 5. Pemisahan Gas (GS), 5. Pervaporasi (PV), 7. Transport tergabung/dukung
Yang sesuai bagi segmen indushi proses/teknik kimia.
Bila tiniauan menekankan segr rekayasa mutu air bagi industri (ef. P. Krenkel, W.W. Eckenfelder), pengkondisian air industri (ef. C.C. Nathan, A.S. Krisher, ].O. Robinson), maupun lakuan air limbah canggih (ibid mutu air), dapat disimak dengan alternatif: (FCT)'
1.
2. Pengkondisian:
i"Sl.!1!"nl'digalakkan' HimKimia, Polim'er, Fisika, beriama PTN/PTS dan industri/bisnis dan karya *"toksanakannya. Para pakar memperkenalkan diri
Seminar, kursus dan pustaka (buku, jurnal)
lrpot
Kerangka dapat diperluas ke lingkungan hidup dan energr.
Kreativitas irltakrrirnyu, mu*bugikan pengetahuan dan pengalamannya' gemba ng pen di gencaikan' Ya ya san J or', i r,o rus produk ti fii iabarkin dan swasranah lp,"t fVft4n, dan lain-lain) dapat bersumbangsih' Kiprah.dan momentum t'a meniadi iaminan sukses berkelanjutan' Menciptakan Dunia insederap awal memang'paling pelik, iuga mempertahankannya'
litbang' Ini arah iitu! dustri mulai tampak riJ*p"ifrutiUn ain melakukan dapat ditemDalam kaitan pemahaman mendasar' dua hampiran puh:
1. Teoritis (fisika, kimia, komputasi), 2. Orientasi Pragmatis (Proses),
Mutu air: Sebab-akibat, penyidikan limbah, pengaruh ke air alam,
konhol dan daur penggunaan, lakuan dan peraturan. Air dan pengotor, Iakuan eksternal, lakuan air boiler internal, air pendingin dan lakuannya. 3. Air Limbah: Kriteria mutu, lakuan biologis, bagan-bagan alir proses, koagulasi dan sedimentasi, filtrasi, penukaran ion, proses membran, penghilangan nitrogen, disinfeksi (penghilangan kuman), adsorpsi, penanganan gludge, penghilangan fosfor, penggunaan ulang dan segi ekonominya.
Adapun materi pokok tinjauan mencakupi: 1. Pengembangan Nstoris, 2. Pembuatan membran, 3. Pemasukan ke modul, kehan4. i*-it" proses *"*Lrun (selektivitas, biaya/produktivitas' dalan operasi = fouling dan stabilitas)'
;;;;"
141
'
Konsep (format) ini layak dan harus ditempuh apabila Indonesia hendak sungguh meraih era iptek, tinggal landas dan globalisasi, selaku ejawantah Kebangkitan Nasional Kedua secara efektif, khususnya sekaitan membran polimer. Cara-cara terserpih (ITB - ASEAN, AJHIITS, dan sebagainya) yang lampau patut diperbaiki terus-menerus' Dan secara menyeluruh, kajian-kajian terapan tersebut perlu diimbangi kajian mcndasar (fisika, kimia, komputasi) baik sekaitan struktur, energetika dan mekanistika material, maupun pemodelan konseptualnya (teori fraktal, dan lain-lain). Teknologi harus didasari ilmu dasar yang kokoh. Iptek
material industri termasuk membran, dihampiri dari segi rekayrrsit maupun fisik dasar (MIPA). Pengelompokan orientasi pcnelitian/pcngembangan (PT, Lembaga, Industri) layak diperjelas ulang agar tidak
,l
il
Teknologi Merrbran Pemurnian
742
Air
tumpang tindih. segi-segi terapan praktis diserahkan kepada mekanisme tertikalpasar, sedangkan pemerintah melakukan kajian mendasar saja yang mendukung. Lrmbaga seperti LIPI dan semacamnya kembali pnrforcional ke penelitian dan bukan pseudebisnis. Masyarakat dan swastalah yang bertanggungjawab atas inovasi teknologi komersial. Peneliti takbisa setengah hati.
Hanya dengan proporsionalisasi demikian, maka pengembangan kultur ilmiah dan profesi di tanah air dapat dipersegar dan efisien - efektif - produktif menyeluruh. Peneliti dan mahaguru memberi contoh kembali ke lab, bekeria mandiri otak tangan hati (hud - hands - hurt) penuh komitrnen dan dedikasi. Kita bercermin pada pengalaman nyata bangsabangsa lain dalam menciptakan peradaban ilmiah dan profesi, kunci
Lamp.
KUANTIFIKASI KONVENSIONAL MEMBRAN
pokok menyongsong Abad 21.
Iptek membran dan penggelut-penggelutnya turut menjadi saksi. Tanda-tanda zaman niscaya dibaca ieli.
,i
Sifat pemeri laju transport membran ialah permeabilitasnya. Pncses permeasi lewat membran polimer merupakan tritahap yaitu pelarutan molekul ke permukaan datang difusi melintasi membrarl desorpsi pada permukaan-frg. Hukum Henry (C = HP; dianggap berlaku, dengan C konsentrasi, H tetapan Henry ftoefisien keterlarutan), P tekanan.
Molekul permeat berdifusi mengikuti Hukum Fick Pertama:
N = -D*i dengan N laju permeasi) D koefisien difusi, X jarak permeasi/film. Bila D takgayut konsenhasi:
N
=B (",- "z)
*=W
dengan L tebal membran, untukcaitan. Bagi Gas:
dengan subskrip 1 di permukaan
daang 2 dipermukaan Pergi.
Pengaruh suhu atas tetapan permeasi, koefisien difusi dan koefisien keterlarutan dinyatakan oleh persamaan Arrhenius bagi proses
membran Bila H dianggap fungsi suhu saja dan kedua permukaan sama suhunya, rnaka:
l\^,-P
(Pt
-
bersangkutan.
Pz)
Bagaimana pengaruh morfologi polimer dan permeat, serta sifat-
L
nya? Permeabilitas berkaitan dengan suatu parameter khas (molekul penembus (permakhor). Koefi sien keterlarutan berkaitan dengan tetapan gaya Lennard - ]ones bagi gas terlarut. Kalor pelarutan (gas) dalam polimer juga terkait dengan tetapan tersebut. Koefisien difusi dan energi pengaktifan difusi berkaitan dengan diameter molekul (Michael - Bixler).
dengan P = DH = Perrneabilitas.
tertahan Bagi permeasi keadaan taktunak, jumlah Permeat yang terkonsentrasi perubahan tiap saruIn volume film sama dengan liju hadap waktu:
dN dx ]elaslah dapat diturunkan:
Berbagai konsep desain sistem telah dikembangkan
dc dt
di
berbagai
negara, khas bernuansa teknologi kimia.
Faktor pemisahan dirumuskan:
dc-= d (.e)
*,, _ -
d, l." or]
dt
dengan Ct faktor pemisahan, sedangkan subskrip-subskrip A,B,P, R ialah senyawa permeat senyawa acuan, permeat serta rafinat.
yang taklain merupakan HukumFick Kedua'
jumUntuk padatan hingga berkoefisien difusi teap, dapat dicari t t' lah total Q peimeatyut g,iEtirtasi film dari saat t = 0 samPai =
a=+'-
Norman Li (AIChE, dalam Perry) juga membahas proses dialisis dari pangkal tolak Hukum Fick. Bagi dialisis batch dengan transfer massa taktunak, persamaan lajunya:
?'
u,=_*!n*3
JadiQmeningkatlinierterhadapt.Bilabagianlinierdiekstrapolasike sumbu t, pada t = t tresarnYa Q = 0 dan
dengan k tetapan laju dialisis, twaktu, m nisbah volume umpan terhadap difusat, Co konsentrasi umpan, C konsentrasi dialisat.
p=E
6r
mencari nilai dengan T seniang (tunda) waktu; cara empiris eksperimen D. pelarut Pada permeasi cairan, difusivitas sangat gayut konsentrasi pada film plastik' Ada hubungan:
Faktor seretan F:
F=1 -2,104 rl
il
,t
D=Doeac denganDo(difusivitaspadakonsentrasipelalutnol)danatetaPan (suhu terte|tu) sedangkan a teap* pemlastikan pelarut atas film.
Iaju permeasi komPonen tunggal:
N=* (.* - e")
(CelCs)p (Ca./Cs)n
t
; +2,@f,I
dengan s diameter partikel difusi,
S
r,-FI
diameter purata pori membran.
Membran dialisis biasanya berpori. Selektivitas membran berkaitan dengan ukuran pori:
{
l.. -
A =oot',
of a)
dengan A luas difusi yang tersedia, Ao luas pena-mpang lintang pori, jejari molekul, a jejari pori.
lt (r)
Membran Pemurnian
Lampiran
Air
ln7
Sekaitan mekanisme penyaringan (penjaringan[ bagr n'tt'trrlrr'rtr mikropori isobopis acak, fluks pelarut hrnaknya ialah:
Berbagai desain dialisator dikembangkan. Sementara ihr, gabungan
dialisis dilakukan dalam medan
antara dialisis dan elektrokimia, |rdi (listrik), d isebu t elektrodialisis, iuga berkembang.
N*= K*AP
Osmosisbalik (RO)
Tlt" L
Teori osmosis balik dapat bermodel kelarutan dan difusi. Bagi membran difusif homogen, laju permeasi tunak pelarut:
Nw= u* dengan
N*
at
dengan Kw perrneabilitas hidraulis, eR2
^* = fb-
Y
dengan l'lw kekentalan pelarut, R jepri pori purata hidraulis, € Porositas membrannya. Angka 20 adalah empiris sesuai anomali dan ketaxseragamanpori.
laju permeasi tunak pelarut melintasi membran, Pw per-
meabilitas jenis:
a*, D* V* -I,* _ ___ffi-
Terlarut berpindah oleh konveksi bersama pelarut lewat Pori membran yang cukup memadai bagi terlaruhya.
kons.ntrasi purata pelarut dalam membran, D* difusivitas purata pelarut dalam membran dan Vw volume molar pelarutnya:
*, = [** (r - ol *-] L] .,, L
.RT.awttn on-:6.
dengan Csr konsentrasi terlarut di larutan datang, Q fraksi fluks Pelarut murni yang melewati pori yang lebih kecil daripada terlarubrya.
e*
r)
vm
dengan aw keaktifan pelarut. Subskrip 1 dan 2 menyatakan sisi (permukaan) datang dan pergi membrannya. Bila larutan encer bertekanan tingg atau terlarut BM tinggi, koreksi osmosis tidak penting dan persarnaan di atas tereduksi menjadi persamaan:
ru=P (Pt - Pz) L
di depan. Transfer terlarut lewat membran disebabkan oleh gabungan difusi molekul dan seretan pelarut.
Ns= -D"
* * t" S
ru*
dengan N5 fluks terlarut lewat membran, Ds koefisien difusi terlarut lokal, Cs konsentrasi terlarut lokal pada membran, IG koefisien kopling (gabungan) antara nol dan satu. Koefisien
rejeksilerlarut: Rs=
d
1- cg Csr
Fluks nyata sering lebih kecil daripada prakiraan akibat polarisasi kosentrasi. Artinya, misalnya pada desalinasi, bilamana air melewati membran, guru*'yung tertinggit memekat di dekat membrann/u' Oleh karenanya,*efisiensi riembrai-merosot pelan-pelan seiring mgnebalnya lapisan garam itu. Serentak dengan penebalan/pemekatin 13u, terjadi peningkitan tekanan osmosis tarutan antarmuki yang memperlema\ daya dorong atas air agar melintasi membrannya. pblarisasi konsentrasi juga dapat merusak permukaan membran yang peka. I-apisan garam pada antarmuka dapat mencapai tebal tetaP tertenoleh tu, akibat faktor berlawanan: transport konvektif gJua ke membran gerak air, serta difusi balik g*u* menjauhi membran akibat ieniang / gr adien dekat batas fasa.
F*+ (D,+rlff=o dengan F fluks pelarut pada batas fasa, Cw1 konsentrasi terlarut dalam larutan, E koefisien aifuS faay, Y jarak tegak lurus ke batas fasa' Bagi aliran
terbulen:
c"o
6
2 F Nr = e"P c,,'U;T
Tabel
Penyelesaian persamaan tercebut:
T elcarun Osmotik Larutan N aCl fic)
mNaO
250C
4dC
6dC
lotrc
0,001
0,05
0,05
0,05
0,06
c (x,R) 0,1
0A7
0Ae
0,s2
0,57
0,05
23'.1
2,42
2,53
2,75
0,10
4,56
4,75
5,00
5,42
0.20
9,M
9,M
9,93
70,74
0,40
1&0
78,U
19,83
27,45
050
27,12
28,40
29,92
32,35
0,80
?6,37
3&14
40,D.
4p.,8
1,00
4180
48,6
50,76
54,E7
2,OO
96,2
rfl,
1473
115,9
3,00
759,2
16r,6
7n,o
784,2
2&,8
4,00
218,9
230,s
5,00
295,2
3@,4
325,2
3M,5
5,00
3841,,7
4cp,2
418,0
442,2
dR
["'-
,*)='
(tanpa dimensi)' x iarak dengan X = x/h yakni jarak menyumbu nirmatra lebar saluran separohmattik *lt'rao rq.but u kommenyumbu..*t"t1tt'' dwimatra, U = u I .itol"Vatni kecepatan pada rata-rata zalir. ponen kecepatan p"iJ it1r, -"to) kecepatan membrarL tarik.lewat masukan saluran, c =.7* O = vl"("), v kecepatan y nir-
i""'v"*u" a"i
h
g
r
iiltTh ik"i
ur,*",*i nirmatra' = vy/v kecepatan *"ibru,, vy komponen kecepatan pada arah Y'\
keduduLr,'t
matra tegak lurus Ds/vh.
1
Berbaghi desain membran dan modul membran telah dilakukan para pelibat iptek membran aneka bangsa. Penggunaan teknik membran yang makin sempurna dan makin besar kapasitas dan fluks alirannya, memungkinkan penurunan biaya-biaya (amortisasi pabril penggantian membran, energi, operasi/perawatan). Penyempurnaan hampiran komputasi dan pemodelan lebih cermat juga semakin memantapkan terapan membran di berbagai bidang rekayasa.
diperikan oleh persamaan:
-a +O-
r = (1 6x) C (x,1)
Demikian pula telah dihitung besarnya polarisasi konsentrasi aliran turbulen dan linier pada saluran-saluran silinder dan plat sejajar'
dengan Csp konsentrasi terlarut Plqa batas fasa, Nsc bilangan Schimidt' Uo k"ecepatan zalir ruah/bulik dan f faktor gesekan Fanning' Bagr aliran laminer antarmembran lembaran' difusi garam
a (UC) dx
;n*0 ft, yo (R)(1 - 6x)%P'-,
dengan pn aan Yn ( R ) nilai--g:ige3 polarisasi konsentrasi dinyatakan sebagaiTdengant = (Gp - C)/C
ladi
2433
=
=
{t f
I
l6amp:dl
UtsAH SATUAN: TE,KNIK INTERNASION.A,L
Bagi para penggelut iptek, sangat penting informasi praktis pengubahan berbagai satuan ke satuan internasional (Sl)/metrik. Berikut ini tercantum.faktor ubahan lengkap bagi pembaca buku ini. Angka dalam kurung menyatakan pangkat 10.Jadi (+07) artinya kati 10 pangkat 7, sedangkan (-02) artinya kali 10 pangkat -2. Semoga bermanfaat.
DARI(REKAYASA) KALIKANDENGAN ab ampere
1,00 (+ 01)
ab coulomb
1,00 (+ 01)
ab farad
1,00 (+ 09) 1,00 (- 09)
ab henry ab mho
ab ohm ab
volt
acre amPere (int.l9zl8)
:rngstrom are satuan asbonomi
1,00 (+ 09) 1,00 (- 09)
KE(SI) ampere coulomb farad
henry mho ohm
1,00G08)
volt
4,046856 (+ 03) 9,9983s (- 0l)
meter2 amPere
1,00 G r0)
meter
1,00(+ (2) 1,495978 (+ 11)
meter2
meter
Membran Pemurnian
r,01325 (+ 05)
rrel (minyak" 42 gallon)
newton/meteJ
l,oo (- 28)
metel
1,00 G
(Tabel Uap International)
1,0550a (+ 03)
(3fF)
BTU (6,dF) (AS)
Caliber kalori (Tabel Uap Intemational) kalori (purata) kalori (termokimia) (15'C) i
(20'c)
ilogram kalori (TUI) ilogram kalori (purata) m kalori {termokimia) (matrik) elcius (suhu) imeter Raksa / Ilg (O'C) imeter air (i{"C)
1,05587 (+ 03)
1,054350 (+ 03) 1,05%7 (+ 03) 1,05458 (+ 03)
.
3523e07 (-02\
metef
2,,191%(+02) 254 (.0{)
meter meter
4.1864 (+ 00)
foule ioule ioule ioule ioule foule joule
4,19002 (+ 00) 4,1E1 (+ 00)
4,18580 (+ 00) 4,18190 (+ 00) 4,1868 (+ 03) 4,19002 (+ 03) 4,184 (+ 03) 2,00 (- 04)
K=C+273,15 1,3322 (+ 03)
0l) 0l)
9,80638 (+
(insinyur/Ramden)
Fahrenheit (suhu) Fahrenheit farad (internat.l
newton/metel loule ioule ioule ioule ioule ioule
,,1, I
newton/metel newton/metel
kaki kaki (survey, AS) kaki air (39,2"F)
3,0,tS (- 0l) 3,048006 (- 01) 2,98898 (+ 03)
meter meter
kaki-lilin (candle)
7,076397 (+ 01)
kaki-lambert
3,426259 (+
furlong
2,01158 (+ O2)
gal (galileo) gallon (cavir Inggris)
gallon (kering AS) gallon (Cair AS) gamma
gilbert gill (lnggris) gill (Amerika) grad grad grain Sram hand (tangan)
3,62.1556 (+ 00)
mcter3
hektar
9,99835 (- 01)
Coulomb meler
ram (troy/apotik) ram (cairan AS) yn€
tronvoll
9,&957 (+M) 9,652'19 (+
M)
N)
1,00 G 02)
meter meter/detr'I?
4,5M087 (-CB)
mete13
4,404883 (-0S)
mete13
B)
meter3
3,785411 (-
1,00 (- 09) 1,00 (04)
7,95n47
(
01)
meter3
1,182941 (- 01) 9,00 (- 01)
meter3 derajat (sudut)
1,570796 (- U2)
radian
6,479891 (- 05) 1,00 (- B)
kilogram
1,016 (- 01)
kilogram meter
mete13
FIP, daya kuda, paardekracht (500
7,456998
8,54 (+ 04)
deiik (surva, purata) detik (surya, purata)
HP (boiler)
radian
foot
G A)
HP (lishik)
9,80950 (+
G)
7,46 (+ 02)
HP (metrik) HP (lnggris)
735499 (+
kilogramlmeter
,771815 (- 03) 3,887934 (- 03)
kilogram kilogram
HP (air) jam (sidereal)
7,4@43 (+ U2\
3,69691 (-06)
metcJ
1,00 G 05)
newton ioule
henry
watt
Ibfldetik)
1,00 (- 07)
l9)
ampers.turn
r,420652(-M)
meter2
meter3
1,60210 (-
tesla tesla
1,000495 (+ 00) 2,384809 (- 01)
dis/de{ik
,
newton/metel lumen/metel kandela/metel
1,00 (+ 04)
3,70 (+ 10)
(-02)
meter
henry (intermat.l9tE) hogshead (AS)
2,35s882 (- 04)
1,715329
farad Coulomb Cotrlomb Coulomb
meter3
metel
8,616109 (+ 04)
celcius
2,9573s2(-05)
2,01 168 (+ 0 I )
une hari (surya, purata) ri (sideral) (sudut) (international) (avoirdupois)
01)
ounce cairan (AS)
5,067074 (- 10)
Crp
(-
meter
Circular mil Cord Coulomb (internart. 1948) Cubit
4572 (- 01)
9,99505
t,8288 (+ 00) 1,00 (- 15)
Sauss
ioule kilogram Kelvin
joule
kelvin
9,ffi70(+M)
Chain (surveyor/Sunter)
3,048 (+
9ul8)
7,40 G U7)
K = (5/9) (F + 459,67) C= (5/9) (F -32)
faraday (basis C-12) faraday (kimia) faraday (fisika) fathom fermi (femtometer)
meter meter
n
153
er8
meter3
0l)
1,05505 (+ 03)
TU(purata) (termokimia BTU
1,00 (+ 05)
(lso/TC l2)
Lampiran
newton/metel
1F89873 (- 01)
rye
Air
jam (surya, purata) inch inch raksa (32oF)
7,457
U2)
G@)
3,590170 (+ 03)
watt watt watt watt watt
B) 2,s4(r2)
detik (surya, pural.r) detik (surya, pur;rta) mctr.r
3386389 (+ @)
ncwton/mctt'l
3,60 (+
7Y
inch raksa (dF) inc air (39,2oF) inc air (0"F) joule (int('rnat.l 948) kayser
kilokalori (Tabel Uap Int) kilokalori (purata) kilokalori (termokimia) kilogram massa kilogram gaya (kg g kilopond gaya
Teknologi Membran Pemurnian
B)
337685 (+
2A%82GA2) 2,4884 G A2)
newton/metel newton/metef newton/metel
1,@165 (+ 00)
joule
1,00 (+ 02) 4,1t3574 (+ 03'1
I
kip
4,M8;22't (+ 03)
knot (international)
5,14/!d4 (- Ot)
meter/detik
lambert lambert
langley lbf (potrnt gay4 avoirdupois) lbm (pound massa, avoirdupois) league (lnggris, nautikal) league (in ternat, nautikal) tahun cahaya
4,184 (+ 03)
l,m (+ 00) 9,80655 (+ 00) 9,80555 (+ 00)
1/Xl(+
u)
3,18309{3 (+ 03)
4,184 (+ 04) 4,448.22't
(+N)
4,535923 (- 01) 5,559552 (+ B) 5,556 (+ (B)
link (insinyur/ramden)
9,46055 (+ 15) 3,048 (- 01)
link (surveyor,/ gun ter)
2,01158 (- 01)
liter
1,00
lux maxwell
1,00 (+ 00)
meter
mikron mil (milli inch) mile (AS, statuta) mile (lnggris, nautikal) mile (internat, nautikal) mile (AS, naurikal) mill.ibar millimeter raksa (O'C) menit (sudut)
c 03)
weber
1,00 (+ @)
1333224 (+ U2)
2,908,882(A)
menit (surya, purata) menit (sidereal) bulan (kalender, purata) oerdtedt
7,957747 (+
ohm (internat.,19rl8)
1,000495 (+ 00)
oune gaya (avoirdupois)
2,780138 (- 01)
ounce massa (avoirdupois)
metef lumen/metel panjang gelombang Kr.86
1,852 (+ 03) 1,852 (+ B)
(00
(+ 01)
5,983617 (+ 01) 2,628 (+ 06)
0t)
2,8U952(-U2)
parset
meter meter meter meter meter meter
newton/metel newton/metel radian detik (surya, purata) detik (surya, purata) detik (surya, purata) ampere/meter ohm newton
kilogram
kilogram
2,957352(-05) 7,62G07)
meter3
3,08374 (+ 16) 1,00 (+ 00) 8,8@767
Penny berat
1,555rR (- G)
meter meter
newton/metef
(-cB)
meter3
kilogram
perch
5,0292 (+ 00)
meter
phot
1,96 (+ O{)
lumer/metel
pica (cetak)
4,217577
(-B)
meter
pint(kerin&AS)
5,506101 (- 04)
meter3
pint (cairan, AS) point (cetak)
4nvuGu)
meter3
3,514598 (- 04) 1,00 (- 01)
meter newton detik/meter2 meter newton nweton
Poise
il
3,710547 GA2)
pascal peck (AS)
Pole pound gaya 0bf avoirdupois) poundal quart (A$ kering) quart (cair, AS) rad (dosis radiasi terserap)
kilogram
1,00 (- 08)
1,853184 (+ (B)
Pac€
ioule/meter2 newton
1,650763 (+ 06) 1,0o (- 06) 2,54 (- 05) 1,699344 (+ B)
ounce massa (troy / apotek) ounce (cair, AS)
kandela/meter2 kandela/meter2
meter meter meter meter meter
155
Lampiran
/meter
ioule ioule ioule kilogram newton newton newton
4,19002 (+ 03)
Air
5,0292 (+ 00)
4,W221(+N) 1382s49 (- 01) 1,101220 (- 03) 9,463529
'
(-04\
1,00 (- 02)
meter3 meter3
joule,/kilogram
Rankine (suhu) Rayleigh 0aju pancar foton)
K = (5/9) R
rhe
1,00 (+ 01) 5,0292 (+ 00)
metel/newton detik
rod roentgen
2,s7976(-M)
coulomb /kilogram
rutherford
1,9Q
1,6Q
(+ 10)
(+ 06)
4,848136 (- 06)
I
kelvin /detik meter2 meter
disintegrasi/detik radian
detik (sudut) detik (efemeris) detik (sidereal)
1,000000 (+ 00)
section
2,589988 (+ 06)
meter2
scruple (apotik)
129se78(-B)
kilogram detik
shake
9,972695 (-
O'.t)
1,00 (- 08)
detik detik (swya, purata)
skein
t,$728Gc2)
meter
slug
1,459390 (+ 01)
kilogram
sPan
stat ampere
2286 (- 01) 333s640 (- 10)
amPere
stat coulomb
333s640 (- 1-_
stat farad
1,,712650 G 12)
stat henry
8,987554 (+ 11) 1,,112650 (-'.12)
stat mho stat ohm stat
volt
stere
4,987554 (+ 11) 2,997925 (+ V2) 1,00 (+ @)
meter coulomb farad henry mho ohm
volt mete13
156
Teknologi Membran Pemurnian
1,00 (+ tN)
stoke
kendela/meter2 meter2/detik
1,00 G 04) 1,478676 (- ffi)
sendok makan sendok teh
4,974921 (-
M)
meter3
ton (assay)
2,916(,66
(
A2)
kilogram kilogram kilogram joule kilogram kilogram
(long)
(metrik) ton (ekivaien nuklir TNT) ton (short,2(tr0 pound) tonne
ton (Register) torr (OnC) township unit pole (kutub satuan) (internat., l9rl8)
meter3
1,0150{6 (+ 03)
1,0
(+ 03)
4,20 (+ 09) 9,O7r847 (+ OZ)
l,m (+ 03) 28316&1 (+ 00)
meler3
1,3?'3?2 (+ 02)
newton,/meter?
9,321957 (+ 07)
meter2
1,2*87 (A7)
weber
I,mG30 (+ 00)
"t,
LamD.
BENCAI',{A MELA}.IDA
DI TAIIUN
volt
e,tu
att (internat. 1948) hun (kalender) tahun (sidereal) tahun (tropik)
Air
(- 01) 1,()0165 (+ 00)
meler
2OOO
watt detik (surya, purata)
3,1536 (+ U7\ 3,I55E15 (+ 07)
detik (surya, purata) detik (surya, purata)
3,15%92 (+ 07)
il' Pada temu ilmiah akbar Pelestarian dan pengawasan Penemarian air/manajementeknolqgi mutu air intemasional 4'9 Ok'tober 1993 di Iakarta, dibahas terancamnya 7 (ujuh) PmPinsi di Indonesia (DIC Jakarta, Jabar, ]ateng, DIY, Jatim, Bali dan NTB) pada tahun 2000 sekaitan
sumberdaya airnya, baik kuantitas maupun kualitas. Pencemaran aiL penyedotan air tanah dan intrusi air laut merupakan masalah-masalah besar. Parameter mutu air (bakteri coli, deterien, or8anik terlarut, amoniak, fenol sampai nitrag sudah buruk sekali. sumur-sumur Pantau litbang pangairan PU teramati Parah mufu airnya, bugrtu laporan Kompas 5 Oktober 1993. Kita sungguh makin kehausan ahli iptek membran Pemumian air' Airitu pangkal kehidupan di mukabumi.
,l
(.
!i
'"/
4,1
4,6 1,5
5,6
t,7 2t,E
27,5 297 41
47,6 15,3
56,3 174 218
147
9t 79 143
486
tnt 1095 943 1722 5830
61 602 4020
2565 405 2712
322 583 742 310
872
7NX
307826 48766 325380 38530 81907
89005 37?40 101660
876309
KALSEL
KALTIM SULUT SULTENC SULSEL SULTRA
MALUKU IRJA
50
29,7
13/,l
t9l 2296
2717 \'.%O8g
KALBAR KALTENG
2r8
13,4
5,1
tx,9
TIMTIM
51,6
2,31
0,40'
0,33.
0,28'
0,7.6'
139,5
23,3
419
3r3
218
195
v
2337
103
219
137
1389
039 r
*
*
)t
1?36
2627
1640
1ffi69
2,7
3,9
0,48
0,05
1,9
5,6
4,9
6,9
8,3
3,31
t,9t
3,0
KEMARAU TIAPBULAN
250
240
106
45
3E6
91
1190
4,8
0,5
18,7
*,4
49,7
69,1
E3,2
32,6
19,3
n,4
TIAP TAHUN
108
28798
ilil 0n4
46277
1093
t4?3
74
206
76
?s3
92
t29
u0
457
238
KEMARAU TIAP BULAN
NrsBAHffiHi
17907
NTT
NTB *
}ATIM * BALI "
14277
u
17079
686
2475
907
468
678
r05
3035
I
1550
2876
5482
2tfi3
TIAPTAHUN
2903
81413
IABAR'
4
385
426
tz42
637
1075
780
880
/15
KEMARAU TIAP BULAN
(RATA.RATA)
kubik)
2OO
KEBUTUHAN
56188
440
DKI IAKARTA * JATENG' DI YOGYAKARTA'
46238
LAMPIJNG
SUMSEL r50
149087
IAMBI
51
76385
RAIAU
BENGKULU
93643
t?4953
SUMBAR
87024 105558
SUMUT
"IIAP TAHUN
KETERSEDIAAN
DI ACEH
PROPINSI
(dalam juta.meter
TABELNERACA AIR TAHI,'N
Antdn. J. Hartomo
Pendidik dan ahli kimia material ini kelahiran Semarang. Semenjak tamat ITB ip banyak berkiprah di iptek kimia meneliti dan mengabdi ilmu/pru> fesirlya. Perintis kirnia ITS ini (79M-1992) kini memacu pengembangan ipte$ mutakhia material, termasuk polimer (bahan membran) di Jakaita/Bandung. Pelibat polimer sejak medio 1970-an ini saat itu pun telat! mulai mengkaii lingkungan air berbagai daerah (Sumsel, Surahaya, dan febagainya) bersama PSLH - ITB dan Biologi ITB (Prof. Suriaatunadja - rcni ai KlH/Jakarta). Pengurus Pusat }iimpunan Kimia Indonesia @ivisi Material Industri) yang juga anggota berbagai organisasi iptek s,edunfa dan ker:ap melanglang ke berbagai negara dengan beqpuluh paper ilmiahnya. Produktif menyebarkan iptek kimia, juga lewat ratusan kar\a tulis ilmiah populernya di berbagai media massa nasional. Jaiinan komunikgsi dan alih teknologinya dengan para ahli bersifat global, terrnasuk bidang teknik membran yang dilibatinya sejak tr987.
I
Christine
S. Widiatunoko Insinlrur profesi teknologi kimia alumnus UNI)IP, Semarang, kota kelahir4nnya, ini bertahun-tahun berkiprah di dunia indrrski pangan di jakarta. Buku terdahulunya, Prngan lrstant, juga diterbitkan oleh ANDI OFFSE-I Yogyakarta. Karena masalah mutu air sangat vital, juga bagi indu$tri, fuangan gagasannya pada buku ini dimaksudkan pula sebagai sumbangsih ilmiah dan profesinya. Simakan atas kemajuan iptek global dan lokal terus dilakukannya.
+-.!
a,"k-.
,q+
'
-
,*fliu,&r*,ttr**t
Pcmbinrxp
filffinl
Jawt Ti* T. A. 1996 / tyn
