Desalinasi Air Laut

BAB I PENDAHULUAN

I.I Latar Belakang

Laju konsumsi air bersih di dunia meningkat dua kali lipat setiap 20 tahun, melebihi dua kali laju pertumbuhan manusia. Beberapa pihak memperhitungkan bahwa pada tahun 2025, permintaan air bersih akan melebihi persediaan hingga mencapai 56%. Kekurangan air bersih dapat berpengaruh terhadap banyak hal, di antaranya dapat mengurangi pembangunan ekonomi dan menurunkan tingkat kehidupan. Hal ini menunjukkan bahwa dunia membutuhkan suatu cara untuk meningkatkan persediaan air bersih. Salah satu sumber yang berpotensi dijadikan sumber air bersih adalah air laut. Air laut dapat dijadikan air bersih dengan proses desalinasi. Dalam desalinasi selain menghasilkan air yang layak minum, proses ini dapat juga menghasilkan garam dapur ataupun air berkadar garam tinggi yang dapat dimanfaatkan sebagai kolam apung sebagai mana salah satu wahana di Indonesia.

Biasanya diperlukan energi yg sangat besar untuk perubahan fase pada teknologi desalinasi. Harga energi yang semakin meningkat itu mengakibatkan proses tersebut menjadi tidak kompetitif. Sementara itu teknologi membran pada saat ini sedang berkembang dengan pesatnya, dan dibandingkan teknologi pemisahan lainnya, teknologi membran menawarkan keunggulan seperti pemakaian energi yang rendah, sederhana dan ramah lingkungan. Akan tetapi, kelemahan pada proses pemisahan dengan menggunakan menggunakan membran adalah pada penggunaan dan pemilihan membran yang tepat dan terjadinya fouling dan polarisasi konsentrasi serta umur membrane. Oleh karena itu, dikarenakan kegunaannya yang strategis pada beberapa proses pemisahan salah satunya adalah pada Desalinasi Air Laut.

I.2 Tujuan

1. Dapat menambah informasi tentang

aplikasi penggunaan teknologi membran

dalam suatu proses pemisahan. 2. Dapat memahami proses elektrodialisis sebagai salah satu jenis teknologi pemisahan dengan membran. 3. Dapat memahami proses reverse osmosis (RO) sebagai salah satu jenis teknologi pemisahan dengan membran.

1.1. Permasalahan

1. Bagaimanakah prinsip kerja pemisahan dengan menggunakan teknologi membran secara reverse osmosi (RO). 2. Bagaimanakah cara mengatasi faktor fouling yang terjadi pada proses desalinasi air laut dengan menggunakan teknologi elektrodialisis membran.

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Pengertian Air

a. Air Minum Air minum adalah air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan langsung dapat diminum. b. Air Bersih Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari  –  hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila dimasak. 2.1.1. Kualitas Air Bersih

Dari segi kualitas air bersih harus memenuhi persyaratan seperti tertuang dalam Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990 kualitas air yang digunakan sebagai keperluan hidup sebaiknya memenuhi persyaratan secara fisik, kimia, bakteriologis, radioaktivitas antara lain sebagai berikut : a. Persyaratan Fisik  Perrsyaratan fisik adalah persyaratan air yang dapat diindra, baik dengan indera penglihatan, penciuman, maupun indera perasa, meliputi : 

Air harus jernih, bersih dan tidak berwarna



Tidak berbau dan tidak mempunyai rasa apapun misalnya pahit, asin, manis atau getir.



Suhu air kira  –  kira sama dengan suhu ruangan, sehingga air bersih tidak terlalu dingin tetapi memberikan rasa segar.

b. Persyaratan Kimia Persyaratan kimia air bersih adalah persyaratan yang menyangkut kadar zat kimia dalam air. Air bersih tidak boleh mengandung zat  –  zat yang dapat

mengganggu kesehatan atau zat korosif yang dapat merusak pipa air bersih. c. Persyaratan Bakteriologis Tidak mengandung bakteri patogen misalnya bakteri golongan coli, salmonela typhi, vibrio chorela. Tidak mengandung bakteri nonpatogen seperti actinomycetes, phytoplankton coliform. d. Persyaratan Radioaktif  Zat radioaktif dalam jumlah banyak dapat menimbulkan efek terhadap kesehatan , hal ini dapat dikendalikan apabila pengendalian buangan zat radioaktif dilaksanakan dengan ketat. Besar kecilnya masalah ini tergantung pada kadar magnifikasi, peran organisme dalam rantai makanan, serta lamanya waktu paruh zat radioaktif.

2.1.2. Sumber Air

Sumber air pada umumnya terdiri atas : a. Air Hujan Air hujan jumlahnya sangat terbatas, dipengaruhi antara lain oleh musim,  jumlah, intensitas dan distribusi hujan. Hal tersebut juga di pengaruhi oleh letak geografis suatu daerah dan lain  –  lain. Kualitas air hujan sangat dipengaruhi oleh kualitas udara dan atmosfir di daerah tersebut. Dalam pemanfaatan

hujan

sebagai

sumber

dari

air

bersih,

individu

perorangan/ 

berkelompok/ pemerintah biasanya membangun bendungan dan tandon air yang mahal untuk menyimpan air bersih di saat bulan-bulan musim kering dan untuk  menekan kerusakan musibah banjir.

b. Air Permukaan Air permukaan adalah air yang terkumpul di atas tanah atau di mata air, sungai danau, lahan basah, atau laut. Air permukaan berhubungan dengan air bawah tanah atau air atmosfer. Air permukaan secara alami terisi melalui presipitasi dan secara alami berkurang melalui penguapan dan rembesan ke bawah

permukaan sehingga menjadi air bawah tanah. Meskipun ada sumber lainnya untuk air bawah tanah, yakni air jebak dan air magma, presipitasi merupakan faktor utama dan air bawah tanah yang berasal dari proses ini disebut air meteor. Air permukaan merupakan sumber terbesar untuk air bersih c. Air Tanah Air tanah adalah air yang bergerak dalam tanah, terdapat diantara butir  –  butir tanah atau dalam retakan bebatuan. Air tanah lebih banyak tersedia daripada air hujan. Ciri  –  ciri air tanah yaitu memiliki suspended solids rendah dan dissolved solids tinggi. Pada umumnya air tanah terdiri dari air sumur dangkal, air tanah dalam dan mata air. 

Air Sumur Dangkal Air sumur dangkal terjadi karena daya proses penyerapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian bakteri, sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat kimia ( garam  –  garam yang terlarut ) karena melalui lapisan tanah yang mempunyai unsur  –  unsur kimia tertentu untuk masing  –  masing lapisan tertentu.



Air tanah Dalam Air tanah dalam yaitu air yang terdapat setelah lapisan rapat air yang pertama. Untuk air tanah dalam tidak dipengaruhi oleh musim atau lingkungan, tetapi oleh tanah yang dilaluinya kemungkinan mengandung zat mineral besi (Fe), mangan (Mn), Kalsium (Ca) dan CO 2 agresif. Air tanah dalam merupakan pilihan yang lebih baik untuk penyedian air bersih bagi masyarakat, karena pada umumnya air tersebut tidak  memerlukan pengolahan intensif dan pengoperasiannya hanya terbatas pada pemompaan dan mungkin Desinfeksi dan Chlorinasi.



Mata Air

Mata air adalah air tanah yang keluar dengan sendirinya ke permukaan tanah. Mata Air yang berasal dari tanah dalam, hampir tidak terpengaruh oleh musim dan kualitas / kuantitasnya sama dengan keadaan air dalam.

2.1.3. Pengolahan Air

Pengolahan air adalah usaha  –  usaha yang dilakukan untuk merubah sifat suatu zat. Hal ini sangat penting sekali dalam air minum, karena dengan adanya pengolahan maka akan didapat air minum yang sesuai dengan stnadard air minum yang telah ditentukan. Pada umumnya pengolahan air terbagi menjadi 2 macam : 1. Pengolahan Secara Fisik  Ditujukan untuk mengurangi atau menghilangkan kotoran  –  kotoran kasar, penyisihan lumpur dan pasir serta mengurangi kadar zat  –  zat organik yang ada dalam air baku. Pengolahan secara fisik pada umumnya dapat meliputi : a. Penyaringan Penyaringan merupakan proses pemisahan antara padatan atau koloid dengan cairan . Proses penyaringan bisa merupakan proses awal ( Primary Treatment ). Apabila air olahan yang akan disaring berupa cairan yang mengandung butiran halus maka sebelum proses penyaringan sebaiknya dilakukan koagulasi atau neutralisasi yang menghasilkan endapan. b. Absorbsi dan Adsorbsi Absorbsi merupakan proses penyerapan bahan  –  bahan tertentu. Dengan penyerapan tersebut air menjadi jernih karena zat  –  zat yang ada didalamnya diikat oleh adsorben. Adsorbsi merupakan penangkapan ion  –  ion bebas didalam air oleh adsorben. c. Sedimentasi

Merupakan proses pengendapan bahan padat dari air olahan. Proses sedimentasi bisa terjadi bila air mempunyai berat jenis lebih besar dari air sehinga tenggelam. Prinsip sedimentasi adalah pemisahan bagian padat dengan menggunakan gaya gravitasi sehingga bagian yang padat berada di dasar pengendapan sedangkan air murni diatas. d. Absorbsi dan Adsorbsi Absorbsi merupakan proses penyerapan bahan  –  bahan tertentu. Dengan penyerapan tersebut air menjadi jernih karena zat  –  zat yang ada didalamnya diikat oleh adsorben. 2. Pengolahan Secara Kimia Pengolahan dengan menggunakan zat  –  zat kimia untuk membantu proses pengolahan selanjutnya. Misalnya dengan pembubuhan tawas, kapur dalam proses pelunakannya dan lain  –  lain. Pengolahan secara kimia pada umumnya dapat meliputi : a. Koagulasi Koagulasi merupakan proses penggumpalan melalui reaksi kimia. Reaksi koagulasi dapat berjalan dengan membubuhkan zat pereaksi ( Koagulant ) sesuai dengan zat terlarut. b. Aerasi Aerasi merupakan suatu sistem oksigenasi melalui penangkapan oksigen ( O 2 ) dari udara pada air olahan yang akan diproses. 3. Pengolahan Secara Bakteriologis Upaya memperbaiki mikrobiologi air minum yang paling kontroversial adalah dengan cara mematikan mikroorganisme. Proses ini bisa dilakukan sekaligus dengan proses koagulasi ataupun melalui praktek sederhana dengan cara mendidihkan air hingga mencapai suhu 100 oC.

2.2. Proses Pengolahan Air

2.2.1. Proses pengolahan Air Permukaan Rancangan proses pengolahan air permukaan menjadi air minum disesuaikan dengan karakteristik umum air permukaan. Parameter yang perlu diperhatikan adalah parameter yang kadarnya signifikan besar atau melebihi nilai baku mutu air minum. a. Air Sungai Karakteristik umum air sungai adalah terdapat kandungan partikel tersuspensi atau koloid. Oleh karena itu, unit pengolahan air paling tidak terdiri atas: 

Koagulasi-flokulasi



Sedimentasi



Filtrasi



Disinfeksi Bila air sungai mempunyai kekeruhan atau kadar lumpur yang tinggi, maka

diperlukan tambahan unit pretreatment meliputi screen dan prasedimentasi. Bila kadar oksigen sangat rendah, maka diperlukan tambahan unit aerasi. Bila terdapat kandungan kesadahan yang tinggi, maka diperlukan tambahan unit penurunan kesadahan (presipitasi dengan kapur/soda-sedimentasi-rekarbonasi). Diagram alir proses pengolahan air sungai secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1.  Diagram Alir Proses Pengolahan Air Sungai

b. Air Gambut Air gambut adalah air yang kandungan bahan organik alamiahnya tinggi, terutama asam humat dan asam fulvat. Oleh karena itu diperlukan unit pengolahan untuk  menghilangkan bahan-bahan ini, misal slow sand filter (bila kandungan koloid rendah) atau adsorpsi karbon aktif atau reverse osmosis. Jika air gambut tersebut mengandung koloid tinggi, maka diperlukan unit pengolahan berupa koagulasi flokulasi  –  sedimentasi  –  filtrasi. Gambar 2.4 dan 2.5 menunjukkan diagram alir proses pengolahan air gambut.

Gambar 2.4.  Diagram Alir Proses Pengolahan Air Gambut dan Partikel Koloid Tinggi 2.3. Dialisis dan Elektrodialisis

2.3.1. Dialisis Beberapa jenis selaput memungkinkan ion atau molekul kecil untuk melewatinya tetapi menahan partikel koloid atau molekul besar. Selaput demikian disebut selaput semipermeabel. Pergerakan ion  –  ion dan molekul  –  molekul kecil melalui selaput semipermeabel disebut dialysis. Proses dialysis diamati pertama kali oleh Thomas Graha. Ia menemukan bahwa beberapa zat seperti lem dan gelatin (gel) dapat dipisahkan

dari zat  –  zat terlarut seperti gula dan garam dengan menggunakan selaput semipermeabel. Jadi proses dialysis adalah proses pemurnian partikel koloid dari muatan  –  muatan yang menempel pada permukaannya. Pada umumnya, suatu koloid biasanya bercampur dengan ion-ion pengganggu, karena pertikel koloid memiliki sifat mengadsorbsi. Pemisahan ion penggangu dapat dilakukan dengan memasukkan koloid ke dalam kertas/membran semipermiabel (selofan), baru kemudian akan dialiri air yang mengalir. Karena diameter ion pengganggu jauh lebih kecil daripada kolid, ion pengganggu akan merembes melewati pori-pori kertas selofan, sedangkan partikel kolid akan tertinggal. Pada umumnya, proses dialisis untuk pemisahan partikel-partikel koloid dan zat terlarut dijadikan dasar bagi pengembangan dialisator. Salah satu aplikasi dialisator adalah sebagai mesin pencuci darah untuk penderita gagal ginjal. Jaringan ginjal bersifat semipermiabel, selaput ginjal hanya dapat dilewati oleh air dan molekul sederhana seperti urea, tetapi menahan partikel-partikel kolid seperti sel-sel darah merah. Skema Sistem Dialysis :

Gambar 2.10 ( a ) Gambar 2.10 ( b )

Keterangan :

Gambar 2.10 (a)

Sistem koloid yang mengandung partikel zat terlarut yang tidak didinginkan dimasukkan kedalam kantong. Partikel zat terlarut akan hanyut dan keluar dari kantong sedangkan partikel koloid tertahan. Proses ini akan berlangsung sampai terjadi keseimbangan antara konsentrasi partikel zat terlarut di luar dan di dalam kantong (proses dialisis tidak berlangsung tuntas) Gambar 2.10 (b)

Kantong yang sama dimasukkan kedalam wadah berisi air yang mengalir perlahan melalui system hal ini dilakukan agar lebih banyak partikel kecil yang dapat melewati selaput semipermeabel. Proses dialysis berlangsung tuntas, hanya partikel koloid yang tersisa dalam kantong 2.3.2. Elektrodialisis Pada dasarnya proses ini adalah proses dialysis di bawah pengaruh medan listrik. Cara kerjanya; listrik tegangan tinggi dialirkan melalui dua layer logam yang menyokong selaput semipermiabel. Sehingga pertikel-partikel zat terlarut dalam sistem koloid berupa ion-ion akan bergerak menuju elektrode dengan muatan berlawanan. Adanya pengaruh medanlistrik akan mempercepat proses pemurnian sistem koloid. Elektrodialisis hanya dapat digunakan untuk memisahkan partikel-partikel zat terlarut elektrolit karena elektrodialisis melibatkan arus listrik. Skema Sistem Elektrodialisis :

Gambar 2.11. Skema Sistem Elektrodialisis

Keterangan : Listrik tegangan tinggi dialirkan melalui dua layar logam yang menyokong selaput semipermiabel. Akibatnya, partikel-partikel zat terlarut dalam sistem koloid berupa ion-ion akan bergerak menuju elektroda dengan muatan berlawanan. Adanya pengaruh medan listrik mempercepat proses pemurnian koloid.