BAB II PEMBAHASAN
2.1 PENGERTIAN DESALINASI Apa desalinasi air laut dan bagaimana cara kerjanya?
Desalinasi adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu sehingga air dapat digunakan. Desalinasi Desalinasi air laut l aut mengacu pada proses pembuatan air minum dari air laut asin. Garam-garam dan kotoran lainnya dikeluarkan melalui proses yang dikenal sebagai Reverse (RO) filtrasi membran Osmosis. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air garam (misalnya air laut), produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/l garam terlarut). Para air umpan garam diambil dari sumber kelautan atau bawah tanah. Hal ini dipisahkan oleh proses desalinasi menjadi dua aliran output: rendah salinitas air dan aliran produk konsentrat sangat garam. Penggunaan desalinasi mengatasi paradoks yang dihadapi oleh masyarakat pesisir banyak, yang memiliki akses ke suplai praktis tak habis-habisnya air garam tetapi tidak memiliki cara untuk menggunakannya. Meskipun beberapa zat terlarut dalam air, seperti kalsium karbonat, dapat dihilangkan dengan pengobatan kimia, unsur umum lainnya, seperti natrium klorida, membutuhkan metode yang lebih teknis canggih, yang dikenal sebagai desalinasi. Di masa lalu, kesulitan dan biaya menghapus garam terlarut dari air membuat berbagai perairan garam sumber air minum tidak praktis. Namun, mulai tahun 1950-an, desalinasi mulai muncul secara ekonomi praktis untuk penggunaan biasa, dalam keadaan tertentu. Air produk dari proses desalinasi air umumnya kurang dari 500 mg / 1 padatan terlarut, yang cocok untuk sebagian besar menggunakan domestik, industri, dan pertanian.
Sebuah produk sampingan dari desalinasi adalah air garam. Air garam adalah larutan garam terkonsentrasi (dengan lebih dari 35 000/1 padatan terlarut mg) yang harus dibuang, biasanya dengan debit ke dalam akuifer garam dalam atau permukaan air dengan kadar garam tinggi. Air garam juga dapat diencerkan dengan diperlakukan efluen dan dibuang oleh penyemprotan di lapangan golf dan / atau daerah ruang terbuka. Deskripsi Teknis Ada dua jenis proses membran yang digunakan untuk desalinasi: reverse osmosis (RO) dan elektrodialisis (ED). Yang terakhir ini tidak umum digunakan di Amerika Latin dan Karibia. Dalam proses RO, air dari larutan garam bertekanan dipisahkan dari garam dilarutkan dengan mengalir melalui membran permeabel air. Permeat (cairan yang mengalir melalui membran) didorong untuk mengalir melalui membran dengan perbedaan tekanan yang diciptakan antara feedwater bertekanan dan air produk, yang berada di dekat-atmosfer tekanan. Yang tersisa feedwater terus melalui sisi bertekanan reaktor sebagai air garam. Tidak ada perubahan pemanas atau fase berlangsung. Kebutuhan energi utama adalah untuk bertekanan awal air umpan itu. Untuk desalinasi air payau tekanan operasi kisaran 250-400 psi, dan untuk desalinasi air laut 800-1 000 psi. Dalam prakteknya, air umpan yang dipompa ke dalam wadah tertutup, terhadap membran, untuk menekan hal itu. Sebagai produk air melewati membran, air umpan yang tersisa dan solusi air garam menjadi lebih dan lebih terkonsentrasi. Untuk mengurangi konsentrasi garam terlarut yang tersisa, sebagian dari solusi ini feedwater-air garam pekat ditarik dari wadah. Tanpa debit ini, konsentrasi garam terlarut dalam air umpan akan terus meningkat, membutuhkan input energi yang semakin meningkat untuk mengatasi tekanan osmotik alami meningkat.
2.2 PENYEBAB DILAKUKANNYA DESALINASI
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.
Berikut adalah parameter untuk air garam: Air Segar: Kurang dari 1.000 ppm Air sedikit garam: Dari 1.000 ppm menjadi 3.000 ppm Air moderatly garam: Dari 3.000 ppm sampai 10.000 ppm Air angat garam: Dari 10.000 ppm sampai 35.000 ppm
2.3 MACAM-MACAM CARA DESALINASI
Distilasi merupakan metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan. Distilasi adalah metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Berbagai macam proses distilasi yang umum digunakan, seperti multistage flash, multiple effect distillation, dan vapor compression umumnya menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada temperatur yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan. A. TEKNOLOGI MEMBRAN
Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Osmosis adalah proses alami yang terjadi pada semua sel hidup. Air merembes melalui membran yang mengecualikan padatan tersuspensi, garam terlarut dan molekul organik yang lebih besar. Membran ini memiliki pori-pori semipermeabel sekitar 0,0005 mikron dalam ukuran. Molekul air memiliki kecenderungan kuat untuk melarikan diri dari air murni dari dari larutan garam. Air mengalir melalui membran semipermeabel dari larutan murni ke dalam larutan garam dalam upaya untuk menyamakan tekanan osmotik dari dua solusi. Teknologi membran telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun terakhir ini. Hal itu mungkin dipicu fakta bahwa pemisahan dengan membran memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan lainnya. Keunggulan tersebut yaitu pemisahan dengan membran tidak membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-
keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan mudah dilakukan. Definisi Membrane separation yaitu suatu teknik pemisahan campuran 2 atau lebih
komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen akan terpisah berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi permeable. Hasil pemisahan berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati membran). Struktur Membran
Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3 kategori:
Membran. Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan.
Porous membrane. Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat yang akan dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores (>50nm), mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membrane digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration. Non-porous membrane. Dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan ukuran yang sama, baik gas maupun cairan. Pada non-porous membrane, tidak terdapat pori seperti halnya porous membrane. Perpindahan molekul terjadi melalui mekanisme difusi. Jadi, molekul
terlarut di dalam membran, baru kemudian berdifusi melewati membran tersebut. Carrier membrane. Pada carriers membrane, perpindahan terjadi dengan bantuan carrier molecule yang mentransportasikan komponen yang diinginkan untuk melewati membran. Carrier molecule memiliki afinitas yang spesifik terhadap salah satu komponen sehingga pemisahan dengan selektifitas yang tinggi dapat dicapai.
B. Reverse Osmosis Salah satu teknologi membran yang banyak digunakan saat ini yaitu reverse osmosis (RO). Proses ini merupakan kebalikan dari osmosis. Pada osmosis, pelarut berpindah dari daerah berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah berkonsentrasi tinggi (hipertonik) sehingga konsentrasi di kedua daerah menjadi berimbang. Proses ini terjadi secara alami sehingga tidak membutuhkan energi. Contoh osmosis yang terjadi di alam yaitu penyerapan air oleh akar tanaman. Berbeda dengan osmosis, RO terjadi dengan arah yang berlawanan yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Untuk melawan gradien konsentrasi, dibutuhkan energi eksternal berupa tekanan. Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water-permeable. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi. Dalam praktiknya, umpan dipompa ke dalam container tertutup, pada membran, untuk meningkatkan tekanan. Saat produk berupa air bersih dapat mengalir melalui membran, sisa umpan dan larutan brine menjadi semakin terkonsentrasi. Untuk mengurangi konsentrasi garam terlarut pada larutan sisa, sebagian larutan terkonsentrasi ini diambil dari container untuk mencegah konsentrasi garam terus meningkat.
desalinasi dengan RO
Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment , (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization. Pretreatment : Air umpan pada tahap pretreatment disesuaikan dengan membran dengan cara memisahkan padatan tersuspensi, menyesuaikan pH, dan menambahkan inhibitor untuk mengontrol scaling yang dapat disebabkan oleh senyawa tetentu, seperti kalsium sulfat. Pressurization: Pompa akan meningkatkan tekanan dari umpan yang sudah melalui proses pretreatment hingga tekanan operasi yang sesuai dengan membran
dan salinitas air umpan. Separation: Membran permeable akan menghalangi aliran garam terlarut, sementara membran akan memperbolehkan air produk terdesalinasi melewatinya. Efek permeabilitas membran ini akan menyebabkan terdapatnya dua aliran, yaitu aliran produk air bersih, dan aliran brine terkonsentrasi. Karena tidak ada membran yang sempurna pada proses pemisahan ini, sedikit garam dapat mengalir melewati membran dan tersisa pada air produk. Membran RO memiliki berbagai jenis konfigurasi, antara lain spiral wound dan hollow fine fiber membranes. Menerapkan feedwater hasil perakitan membran dalam aliran produk air tawar dan air garam terkonsentrasi menolak aliran. Karena membran tidak ada yang sempurna dalam penolakan garam terlarut, persentase kecil garam melewati membran dan tetap dalam air produk. Membran reverse osmosis datang dalam berbagai konfigurasi. Dua yang paling populer adalah spiral luka dan membran serat berlubang halus Mereka umumnya terbuat dari selulosa asetat, poliamida
aromatik, atau, saat ini, film tipis polimer komposit. Kedua jenis tersebut digunakan untuk air payau dan desalinasi air laut, meskipun membran spesifik dan pembangunan kapal tekanan bervariasi sesuai dengan tekanan operasi yang berbeda digunakan untuk dua jenis air umpan.
tipe membran RO
Stabilization: Air produk hasil pemisahan dengan membran biasanya membutuhkan penyesuaian pH sebelum dialirkan ke sistem distribusi untuk dapat digunakan sebagai air minum. Produk mengalir melalui kolom aerasi dimana pH akan ditingkatkan dari sekitar 5 hingga mendekati 7. Dalam banyak kasus, air ini dibuang ke sumur penyimpanan untuk digunakan nanti.
Keunggulan dan Aplikasi Reverse Osmosis
Menurut Ir. Teuku Zulkarnain, MT, kandidat doktor teknik lingkungan Institut Teknologi Bandung, Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan
metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri. Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi). Pengolahan ini terdiri dari beberapa tahap:
Pre-treatment untuk memisahkan padatan-padatan yang terbawa oleh umpan. Padatan-padatan tersebut jika terakumulasi pada permukaan membran dapat menimbulkan fouling. Pada tahap ini pH dijaga antara 5,55,8. High pressure pump digunakan untuk memberi tekanan kepada umpan. Tekanan ini berfungsi sebagai driving force untuk melawan gradien konsentrasi. Umpan dipompa untuk melewati membran. Keluaran dari membran masih sangat korosif sehingga perlu di remineralisasi dengan cara ditambahkan kapur atau CO 2. Penambahan kapur ini juga bertujuan menjaga pH pada kisaran 6,8-8,1 untuk memenuhi spesifikasi air minum. Disinfection dilakukan dengan menggunakan radiasi sinar UV ataupun dengan cara klorinasi. Sebenarnya, penggunaan RO untuk desalinasi sudah cukup jitu untuk memisahkan virus dan bakteri yang terdapat dalam air. Namun, untuk memastikan air benar-benar aman (bebas virus dan bakteri), disinfection tetap dilakukan.
Sea Water Desalinantion: Concept Drawing of Membrane Distillation Sea Water Desalination.
Selain untuk desalinasi, RO juga digunakan dalam dialisis untuk proses cuci darah penderita penyakit ginjal. Ginjal berfungsi sebagai penyaring darah terhadap pengotor-pengotor hasil metabolisme tubuh seperti urea, yang kemudian dikeluarkan melalui urin. Mesin dialisis berfungsi sebagai “ginjal” tersebut. Darah dikeluarkan dari tubuh menuju mesin dialisis yang di dalamnya terdapat membran. Darah yang telah melewati membran dikembalikan lagi ke dalam tubuh. Teknologi membran berkembang dengan sangat pesat. Dewasa ini, banyak membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat dilakukan dengan lebih ekonomis. Terdapat keuntungan dan kerugian dalam proses ini, antara lain : Keuntungan
1. RO tanaman memiliki ruang yang sangat tinggi / rasio kapasitas produksi, mulai dari 25 000 sampai 60 000 l/day/m2. 2. Rendah pemeliharaan, bahan bukan logam digunakan dalam konstruksi. 3. Energi gunakan untuk memproses air payau berkisar dari 1 sampai 3 kWh per 1 0001 air produk. 4. RO teknologi dapat menggunakan menggunakan sumber air hampir tak terbatas dan dapat diandalkan, laut. 5. RO teknologi dapat digunakan untuk menghilangkan kontaminan organik dan anorganik. 6. Selain dari kebutuhan untuk buang air asin, RO memiliki dampak lingkungan diabaikan. 7. Teknologi ini memanfaatkan minim bahan kimia. 8. Membran memiliki lagi masa hidup ketika pra-pengobatan dilakukan 9. Waktu produksi instalasi diperpanjang 10. Tugas manajemen menjadi lebih sederhana 11. Biaya tenaga kerja lebih rendah
Kekurangan
1. Membran sensitif terhadap penyalahgunaan. 2. Sering kali ada kebutuhan untuk bantuan asing untuk merancang, membangun, dan mengoperasikan pabrik. 3. Ada risiko kontaminasi bakteri pada membran, sedangkan bakteri dipertahankan dalam pertumbuhan aliran air garam, bakteri pada membran sendiri dapat mengenalkan rasa dan bau ke dalam air produk. 4. RO teknologi membutuhkan sumber energi yang dapat diandalkan. 5. Desalinasi teknologi memiliki biaya tinggi bila dibandingkan dengan metode lain, seperti ekstraksi air tanah atau pemanenan air hujan.
