KIMIA ANALITIK II MEMBRAN ULTRAFILTRASI
Kelompok
: VIII
Anggota
: 1. 2. 3. 4.
Aditya Eka Septiriana Annisa Miftahul Jannah Aulia Sabrina Edolfin Manulang
Tanggal
: 19 April 2016
Dosen
: 1. Sri Haryati, S.Pd, M.Si 2. Dr. Rini, S.Si, M.Si
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA JURUSAN PENDIDIKAN MIPA FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN UNIVERSITAS RIAU 2016
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, yang mana berkat rahmat dan karunia-Nya kami dapat menyelesaikan makalah kami yang berjudul “Membran Ultrafiltrasi” Dalam makalah ini kami menjelaskan mengenai pengertian membrane secara umum dan juga penjelasan mengenai membrane ultrafiltrasi ult rafiltrasi . Adapuan tujuan kami menulis makalah ini yaitu untuk memenuhi tugas dari dosen pengampu yang membimbing kami dalam mata kuliah Kimia Analitik Ii. Di sisi lain, kami menulis makalah ini untuk mengetahui lebih rinci mengenai Membran Ultrafiltrasi. Kami menyadari makalah ini masih jauh dari keempurnaan. Oleh sebab itu, kami mengharapkan kritik dan saran para pembaca demi kesempurnaan makalah Kami untuk ke depannya. Mudah-mudahan makalah ini bermanfaat bagi kita semua terutama bagi mahasiswamahasiswa yang mengikuti mata kuliah Kimia Analitik.
Pekanbaru, April 2016
Penyusun
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................................ i DAFTAR ISI ....................................................................................................................... ii DAFTAR GAMBAR ........................................................................................................... ii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................................... 1 1.1 Kata Pengantar ............................................................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................................... 1 1.3 Tujuan ........................................................................................................................... 1 BAB II PEMBAHASAN ................................................................................................................. 2 2.1 Membran ....................................................................................................................... 2 2.2 Pengertian Membran Ultrafiltrasi .................................................................................. 5 2.3 Prinsip Kerja Membran Ultrafiltrasi .............................................................................. 6 2.4 Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Membran Ultrafiltrasi ........................................ 6 2.5 Deskripsi Proses Membran Ultrafiltrasi ........................................................................ 8 2.6 Tipe-tipe Membran Ultrafiltrasi ..................................................................................... 10 2.6 Kelebihan Penerapan Membran Ultrafiltrasi ................................................................. 10 2.7 Permasalahan pada Penggunaan Membran Ultrafiltrasi dan Penanggulangannya ........ 12 2.8 Aplikasi Membran Ultrafiltrasi ...................................................................................... 13 BAB III PENUTUP..............................................................................................................................15 3.1 Kesimpulan .....................................................................................................................15 3.2 Saran ...............................................................................................................................15 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................................16
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Bagan filtrasi dari berbagai tingkat. .....................................................................3 Gambar.2 Ilustrasi Proses Pemisahan dengan Membran .......................................................6 Gambar 3. Proses Filtrasi dengan Membran ..........................................................................8 Gambar 4. Proses Ultrafiltrasi................................................................................................9 Gambar 5. Diagram alir proses ultrafiltrasi dengan sistem backwash ...................................9 Gambar 6. Tipe Penyaringan Membran Ultrafiltrasi .............................................................11
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah
Teknologi membran telah tumbuh dan berkembang secara dinamis sejak pertama kali dikomersilkan Sartorius-Werke di Jerman pada tahun 1927. Pengembangan dan aplikasi teknologi ini semakin beragam dan penemuan-penemuan baru pun semakin banyak dipublikasikan. Teknologi membran pada akhirnya menjadi salah satu teknologi alternatif yang paling kompetitif saat ini dan telah memberikan beragam solusi bagi manusia dalam pemenuhan kebutuhan sehari-hari. Membran ultrafiltrasi dan reverse osmosis merupakan beberapa jenis dari teknologi membran yang memiliki spesifikasi ukuran membran berturutturut, 0.001-0.1 µm dan 0,0001-0,001 µm. Secara umum ultrafiltrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur- unsur partikulat dari larutannya dengan memanfaatkan beda tekan dalam proses kerjanya. Untuk membran reverse osmosis digunakan untuk memisahkan zat terlarut berukuran kecil. Secara umum, ultrafiltrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur-unsur partikulat, makromolekul (fraksionasi), koloid, dan polimer organik maupun anorganik dari larutannya. Aplikasi proses ultrafiltrasi di industri di antaranya adalah untuk proses sterilisasi obat-obatan dan produksi minuman, klarifikasi ekstrak juice, pemrosesan air ultramurni pada industri semi konduktor, metal recovery, dan sebagainya. Sedangkan membran reverse osmosis sendiri sudah banyak diterapkan pada berbagai industri pengolahan misalnya desalinisasi air laut dan demineralisasi air. Pada proses pemurnian harus diperhatikan kondisi operasi yang optimal agar membran dapat memurnikan suatu cairan secara optimal yang ditunjukkan oleh parameter berupa fluks, permeabilitasm dan faktor rejeksi dari membran. 1.2 Rumusan Masalah 1. Apa yang dimaksud dengan membran dan membrane ultrafiltrasi? 2. Bagaimana prinsip dan proses kerja dalam membrane ultrafiltrasi? 3. Bagaimana pengaplikasian membrane ultrafiltrasi?
1.3 Tujuan 1. Untuk mengetahui definisi membrane dan membrane ultrafiltrasi. 2. Untuk mengetahui prinsip dan proses kerja dalam membrane ultrafiltrasi. 3. Untuk mengetahui pengaplikasian membrane ultrafiltrasi.
BAB II PEMBAHASAN
2. 1 Membran
Pada pertengahan abad 18 diketahui adanya fenomena membran sebagai penghalang yang selektif untuk proses pemisahan. Penelitian tentang hal ini awalnya dilakukan oleh ahli biologi, biokimia dan zoology. Periode sejarah perkembangan membran : 1. Tahun 1848-1960 : untuk keperluan penelitian saja 2. Tahun 1960-1980 : terjadi pengembangan baik pengembangan material maupun teknologi prosesnya 3. Tahun 1980-sekarang : teknologi membran untuk pemisahan Teknologi membran telah tumbuh dan berkembang secara dinamis sejak pertama kali dikomersilkan oleh Sartorius-Werke di Jerman pada tahun 1927. Pengembangan dan aplikasi teknologi ini semakin beragam dan penemuan-penemuan baru pun semakin banyak dipublikasikan. Teknologi membran pada akhirnya menjadi salah satu teknologi alternatif yang paling kompetitif saat ini akibatnya adanya permintaan yang sangat besar terutama untuk aplikasi proses desalinasi. Membran secara umum didefinisikan sebagai pemisah yang bersifat selektif berada di antara dua fasa yaitu fasa I (umpan) dan fasa II (permeat). Membran bisa tipis atau tebal dan strukturnya bisa homogen atau heterogen serta transpornya bisa aktif atau pasif. Mulder (1996) mendefinisikan membran sebagai penghalang atau pembatas selektif yang diletakkan diantara dua fasa. Membran merniliki kemampuan untuk melewatkan suatu komponcn dengan mudah dan cepat daripada komponen lain. Hal ini disebabkan oleh adanya perbedaan sifat fisik atau kimia diantara komponen yang tertahan (retentat) dengan komponen yang berpermeasi (permeat). Membran merupakan alat pemisah berupa penghalang yang bersifat selektif yang dapat memisahkan dua fase dari berbagai campuran, dimana campuran ini dapat bersifat homogen/heterogen dan dapat berupa padatan, cairan maupun gas yang berubungan dengan kedua sisinya (sisi umpan dan sisi permeat). Generasi pertama dari proses membran adalah : 1. Microfiltration (MF) : proses yang mengurangi kadar polutan dari fluida (liquid dan gas) dengan cara melewatkannya pada sebuah microporous membran yang berukuran 0.1 - 1 mikron 2. Ultrafiltration (UF) : teknik pemisahan dengan menggunakan membran untuk menghilangkan zat terlarut dengan bobot molekul (BM) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air larutan dimana membran yang digunakan berukuran 0.001 – 0.01 mikron 3. Nanofiltration (NF) : proses filtrasi membran yang relatif baru yang sering digunakan pada air yang mengandung total padatan terlarut rendah seperti air permukaan dan air
4.
5.
6.
7.
tanah yang segar, bertujuan untuk pelunakan (penghilangan kation polivalen) dan penghilangan disinfeksi oleh produk precursor seperti bahan organik alami dan bahan organik sintetik dimana ukuran pori membran sekitar 1 nanometer Reverse Osmosis (RO) : suatu metode penyaringan yang dapat menyaring berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan cara memberi tekanan pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran seleksi (lapisan penyaring) dimana memiliki ukuran pori 0.001 – 0.0001 mikron Electrodialysis (ED) : proses pemisahan ion-ion dari suatu larutan dengan mempergunakan arus listrik melalui membran semipermeabel yang bersifat permeable terhadap ion tertentu Membrane Electrolysis (ME) : membran ini mengijinkan kation terhidrasi untuk melewati kompartemen antara anoda dan katoda, tetapi tidak untuk ion OH -dan Cl-, dimana proses ini menghasilkan natrium hidroksida tanpa kontaminasi ion klorida. Dialysis : proses perpindahan molekul terlarut dari suatu campuran larutan yang terjadi akibat difusi pada membran semipermeabel. Dimana laju difusinya ditentukan oleh konsentrasi, luas permukaan dan volume pelarut.
Gambar 1. Bagan filtrasi dari berbagai tingkat. Se makin ke bawah ukuran zat yang difiltrasi semakin kecil, sampai pada ion valensi satu.
Sedangkan yang termasuk generasi kedua adalah : 1. Gas Separation (GS) : pori-pori yang digunakan relatif besar yaitu dari 0.1 – 10 mikrometer, permeat gas membran dengan aliran konvektif dan tidak terjadi pemisahan. Jika pori-pori mmbran sangat kecil, sekitar 5-20 Ǻ maka gas dapat dipisahkan dengan molecular sieving (pengayakan molekular). Transport melalui tipe membran yang kompleks dan termasuk difusi pada fasa gas dan difusi jenis adsorb pada permukaan dari pori. 2. Pervaporation (PV) : teknologi membran yang mampu memisahkan suatu senyawa secara selektif dari campurannya, khususnya pada ekstraksi/pemisahan senyawa kimia yang sulit dilakukan dengan cara konvensional seperti distilasi.
3. Membrane Destillation (MD) : membran yang digunakan pada proses ini adalah membran porous hidrofobik yang didasarkan pada pertimbangan tekanan operasi dimana tekanan osmosis yang terjadi antara sisi distilat dan umpan akan besar. 4. Membrane Contractors (MC) : membran berfungsi sebagai antarmuka antara dua fasa tapi tidak dikontrol kecepatan dari bagian melintang permeat membran, membran yang digunakan merupakan fiber hollow microporous yang memisahkan oksigen yang mengandung air dari gas nitrogen. 5. Carrier Mediated Process : reaksi pengangkutan dengan dan dibantu untuk transport satu dari komponen dari umpan melintang membran. Kerja dari transport pengangkutan yaitu fase liquid membran termasuk melarutkan pengangkut yang disebabkan oleh aksi kapiler pada pori dari film microporous. Proses membran adalah pemisahan pada tingkat molekular atau partikel yang sangat halus. Molekul atau partikel yang dipindahkan melalui membran dari satu fasa ke fasa lain, disebabkan oleh adanya : 1. Gradien temperatur (ΔT) Aplikasi penggunaan : thermo-osmosis dan distilasi membran. Kinerja instalasi berupa 2.
fluks (J) dan selektivitas (α) Gradien konsentrasi (ΔC) Aplikasi penggunaan : pervaporasi, permeasi gas, permeasi uap, dialysis, dialysis-difusi.
3.
Kinerja instalasi berupa fluks (J) dan selektivitas (α) Gradien tekanan (ΔP) Aplikasi penggunaan : mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan reverse osmosis. Kinerja instalasi berupa fluks (J) dan rejeksi (R)
4.
Gradien energi (ΔE) Aplikasi penggunaan : elektrodialisis, elektro-osmosis dan membran-elektrolisis. Kinerja
instalasi berupa fluks (J) dan selektivitas (α) Tujuan proses pemisahan dengan membran berdasarkan fungsinya : 1. Konsentrasi : komponen yang diinginkan berada pada konsentrasi yang rendah sehingga pelarutnya yang akan dikeluarkan 2. Purifikasi : terdapat bahan pengotor yang tidak diinginkan dan harus dikeluarkan 3. Fraksionasi : suatu campuran yang harus dipisahkan menjadi dua komponen yang samasama diinginkan 4. Mediasi reaksi : kombinasi reaksi kimia/biokimia dengan komponen tertentu untuk meningkatkan laju reaksi Teknologi pemisahan menggunakan membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses pemisahan konvensional lain seperti destilasi dan evaporasi. Keunggulan yang dimiliki antara lain : 1) Pemisahan berdasarkan ukuran molekul, sehingga pemisahan dapat beroperasi pada temperature rendah (temperature ambient ). Hal ini dapat menghindari kerusakan zat pelarut maupun partikel terlarut yang sensitif terhadap panas.
2)
Pemakaian energi yang relatif lebih rendah, karena biasanya pemisahan menggunakan membran tidak melibatkan perubahan fasa. Meskipun terjadi perubahan fasa seperti pada destilasi membran, namun temperatur yang dibutuhkan jauh lebih rendah daripada titik larutan yang akan dipisahkan. 3) Tidak menggunakan zat bantu kimia dan tidak ada tambahan produk buangan. 4) Bersifat modular, artinya di scale-up dengan memperbanyak unitnya. 5) Dapat digabungkan dengan jenis operasi lainnya.
2. 2 Pengertian Membran Ultrafiltrasi
Membran Ultrafiltrasi adalah suatu teknologi filtrasi dengan besaran pori 0.01 mikron, dimana proses pemisahan menggunakan membran dengan tekanan, bias anya digunakan untuk menyaring makro molekul. Membran ultrafiltrasi merupakan proses pemisahan membran untuk menghilangkan atau menahan komponen dengan BM (berat molekul) tinggi sedangkan molekul dengan BM rendah akan terlewatkan. Membran ultrafiltrasi dapat menyaring aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air misalnya protein, makro molekul dan polisakarida. Membran ultrafiltrasi ini secara efektif dapat menyaring sedimen, karat, logam berat dan menyaring cemaran warna, bau, bakteri, virus, serta zat berbahaya lainnya, namun tetap mempertahankan mineral penting sehingga dapat digunakan untuk konsumsi langsung . Membran semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting. Proses pemisahan dalam modul ultrafiltrasi terjadi secara cross flow dimana umpan mengalir secara tangensial sepanjang permukaan membran. Membran ultrafiltrasi dapat digolongkan berpori, namun strukturnya lebih asimetris dibandingkan membran mikrofiltrasi. Proses ultrafiltrasi biasanya digunakan untuk memisahkan partikel dengan ukuran berkisar anta ra 0,05 μm – 1 nm. Proses pemisahan menggunakan membran ultrafiltrasi biasanya digunakan di bidang industri dan penelitian untuk penjernihan air karena ukuran yang dapat diolah adalah air pekat yang mengandung makromolekul yang memiliki berat atom sekitar 103-106 Da (1 Da = 0,000714 gram). Pengolahan menggunakan ultrafiltrasi pada umumnya menggunakan membran berukuran 0.001 mikron – 0.01 mikron. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah yaitu 10-100 psi (70-700 kPa) maka dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Membran ultrafiltrasi sehubungan dengan pemurnian air dipergunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling ), mikroba, pirogen, dan partikel modul higienis. Membran ultrafiltrasi dapat menghasilkan fluks yang sangat tinggi, namun pada umumnya membran ini hanya digunakan untuk menghasilkan fluks antara 50-200 galon perhari dengan tekanan operasi sekitar 50 psi. Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak membran selulosa asetat (SA) sebagai lembaran tipis. Membran selulosa asetat mempunyai sifat pemisahan namun sayangnya dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia serta rentan terhadap pH. Adapula membran dari polimer polisulfon, akrilik, polikarbonat, PVC, poliamida, poliviniliden fluorida, kopolimer AN-VC,
poliasetal, poliakrilat, kompleks polielektrolit, dan PVA ikat silang. Selain itu, membran dapat dibuat dari keramik, aluminium oksida, zirkonium oksida, dan sebagainya.
2. 3 Prinsip kerja membrane ultrafiltrasi
Membran ultrafiltrasi adalah proses pemisahan yang memisahkan molekul berdasarkan ukuran molekul terlarut. Membran Ultrafiltrasi dapat menyaring molekul berukuran kecil dan membuat molekul besar tertahan. Berikut ini adalah gambar ilustrasi dari proses pemisahan dengan membran :
Gambar.2 Ilustrasi Proses Pemisahan dengan Membran Aliran umpan masuk ke dalam membran, dengan adanya gaya dorong ( driving force) molekul atau partikel dalam umpan dapat berpindah dari fasa 1 ke fasa 2. Dimana driving force dapat berupa konveksi/difusi dari masing-masing molekul, adanya tarik menarik antar muatan komponen atau larutan dan perbedaan suhu atau tekanan. Kemudian molekul atau partikel yang dapat melewati membran dinamakan aliran permeat sedangkan yang tertahan dipermukaan membran disebut retentat.
2. 4 Faktor yang Mempengaruhi Kinerja Membrane Ultrafiltrasi
Kinerja membran dapat dilihat dari dua parameter yaitu aliran melalui membran (fluks) dan selektifitas. 1. Fluks Fluks adalah jumlah volume permeat yang melewati satu satuan permukaan luas membran dengan waktu tertentu dengan adanya gaya dorong dalam hal ini berupa tekanan. Secara umum fluks dapat dirumuskan sebagai berikut:
Dimana:
J V A t
= fluks (L/m2.jam) = Volume permeat (Liter) = Luas permukaan membran (m2) = waktu (jam)
Untuk proses filtrasi dengan membran yang menggunakan beda tekan sebagai driving force, fluks merupakan fungsi dari beda tekan dan konstanta permeabilitas yang dapat dinyatakan dengan persamaan:
Konstanta permeabilitas merupakan konstanta yang menyatakan kemampuan membrane untuk melewatkan aqua dm. Sejalan dengan waktu, permeabilitas membran akan berkurang. Hal ini disebabkan oleh pembentukan fouling . Fouling merupakan proses dimana zat terlarut atau partikel terdeposisi pada permukaan membran atau pada pori membran sehingga terjadi penurunan kinerja membran. Foaling dapat disebabakan oleh zat koloid, biologis, organik, dan mineral. Untuk meningkatkan kembali kinerja membran, membran dapat dibersihkan dengan secara hidrolik (back wash dengan aqua dm), kimiawi, mekanik dan juga dengan menggunakan listrik. 2. Selektifitas Selektivitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu membran menahan suatu spesi atau melewatkan suatu spesi tertentu lainnya. Selektivitas membran tergantung pada interaksi antar muka dengan spesi yang akan melewatinya, ukuran spesi dan ukuran pori permukaan membran. Selektifitas membran ditentukan oleh dua parameter yaitu faktor
rejeksi (R) dan factor pemisahan (α). Persen rejeksi adalah persen dari konsentrasi yang terpisahkan dari umpan ( feedwater ) oleh membran. Secara matematis persen rejeksi dinyatakan oleh persamaan:
Dimana: R = koefisien rejeksi Cp = konsentrasi zat terlarut dalam permeat Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan Dengan harga R berkisar antara 0 sampai 1. Jika harga R = 1 berarti zat kontaminan ditahan oleh membran secara sempurna. Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi kinerja sistem ultrafiltrasi: 1) Arus seberang (cross flow) Permukaan Membran . Kenaikan Tingkat serapan dengan kecepatan aliran cairan di permukaan membran Arus kecepatan (flowrate) hal ini sangat penting diperhatikan untuk cairan yang mengandung emulsi atau suspensi Aliran yang lebih tinggi juga berarti konsumsi energi
yang lebih tinggi dan pompa yang lebih besar. Peningkatan kecepatan aliran juga mengurangi fouling/kegagalan dari permukaan membran. Umumnya, kecepatan aliran optimum dicapai oleh keseimbangan antara besarnya pompa dan peningkatan laju serapan. 2) Tekanan operasi. (OperatingPressure) Menembus tingkat berbanding lurus dengan tekanan diterapkan di seluruh permukaan membran namun , karena meningkatnya kegagalan dan pemadatan kotoran, tekanan operasi jarang melebihi 100 psig dan umumnya sekitar 50 psig karena akan merusak dan merobek pori membrane. 3) Suhu Operasional Air Hasil akan meningkat searah dengan meningkatnya suhu. Namun , suhu umumnya bukanlah variabel terkontrol. Hal ini penting untuk mengetahui pengaruh suhu pada membran fluks untuk membedakan antara penurunan serapan karena penurunan suhu dan pengaruh parameter lainnya. Sistem Ultrafiltrasi ( Ultrafiltration) yang bisa menghasilkan output hasil yang besar menggunakan lebih sedikit ruang dan energy serat berongga. UF membran yang banyak digunakan untuk menggantikan metode pengolahan air tradisional dan sebagai pra penyaringan reverse osmosis.
2. 5 Deskripsi Proses Membran Ultrafiltrasi
Sistem kerja dari membran ultrafiltrasi sebagai berikut : Air masuk dengan tekanan rendah melalui lubang halus dengan diameter 0.5-2 mm. Ukuran pori filter 0.01- 0.05 μm (sebagai pembanding sehelai rambut memiliki besar 50μm, jadi pori -pori dari UF ini 500 kali
lebih kecil). Kontaminasi dengan ukuran yang lebih besar dari 0.05μm akan tertahan dan terbuang secara berkala pada saat dilakukan back flushing ataupun forward flushing. Keunggulan dari sistem UF ini adalah pori-pori yang memiliki nilai absolut dibandingkan dengan filter biasa. Filter UF memiliki ukuran sangat kecil dibandingkan dengan bakteri sehingga lebih steril dari filterisasi biasa. Unit ultrafiltrasi berfungsi untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, bakteri, organic,logam berat, turbidiby matters yang masih ada di dalam air.
Gambar 3. Proses Filtrasi dengan Membran
Secara umum prosesnya tergolong sederhana, dimana air yang akan di olah dimasukkan ke bejana yang berisi membran semipermeabel, dengan memberikan tekanan. Ini merupakan proses fisis yang memisahkan zat terlarut dari pelarutnya. Membran hanya dilalui pelarut, sedangkan zat terlarutnya, baik elektrolit maupun organik, akan ditolak (rejeksi), juga praktis untuk menghilangkan zat organik. Kontaminan lainnya seperti koloid akan tertahan oleh struktur pori yang berfungsi sebagai penyaring (sieve) molekul BM nominal. Membran yang dipakai untuk ultrafiltrasi mempunyai struktur membran berpori dan asimetrik.
Gambar 4. Proses ultrafiltrasi
Gambar 5. Diagram alir proses ultrafiltrasi dengan sistem backwash
Berdasarkan diagram alir proses, tahapan proses pada system ultrafiltrasi dapat dideskripsikan sebagai berikut :
1) Filter Guard Sebagai primary barier, filter guard berfungsi untuk menahan parikel – partikel tersuspensi kasar yang ada didalam air. Unit ini mampu menahan partikel berukuran 75 micron atau lebih besar . Air yang keluar dari unit filter guard diharapkan bebas dari partikel – pertikel kasar yang berpotensi menyumbat lubang “ Lumen “ fiber membran ultrafilrasi. Dalam jangka waktu tertentu, filter guard akan kotor sehingga perlu dibersihkan. 2) Pompa Filter UF Pompa ini digunakan untuk mensuplay air dari tangki baku dan memberikan tekanan kerja untuk mengindari water hammer . Pompa dilengkapi dengan indikator tekanan untuk memonitor tekanan kerja Pompa. 3) Unit Ultrafiltrasi Unit ultrafiltrasi merupakan unit low pressure membranes yang berfungsi menghasilkan ultra filtered water murni melalui proses fisik, tanpa bantuan bahan kimia. Membranes ultrafiltrasi memiliki ukuran pori 0,01 mikron sehingga membranes ultrafiltrasi dapat digunakan untuk pemisah makromolekul, koloid, logam teroksidasi, bakteri, virus, organic dan emulsi dari dalam air. Proses filtrasi dan backwash pada unit ini berlangsung secara manual, maupun otomatis. Durasi dan frekuensi backwash ditentukan berdasarkan kualitas air baku yang diolah. Siklus filtrasi dan backwash akan berulang – ulang secara teratur sesuai interval waktu yang ditentukan. 4) Sistem Backwash Selama proses operasi normal, membranes UF dapat mengalami proses kontaminasi oleh berbagai foulant yang mengakibatkan terjadinya deposisi material tersuspensi, organic dan biologis, serta deposisi partikel koloid. Peristiwa ini berdampak pada penurunan produktivitas dan selektivitas membranes UF. Jika hal ini terjadi, proses cleaning secara periodic perlu dilakukan untuk mengembalikan kinerja membranes UF. Unit Backwash berfungsi untuk memfasilitasi proses cleaning dan flushing membranes UF. Unit Backwash terdiri dari tanki Backwash dan pompa Backwash. Tangki Backwash digunakan sebagai tempat penyediaan larutan pencuci. Pompa Backwash berfungsi mengalirkan lalrutan pencuci kedalam membranes UF. Penyediaan/ pembuatan larutan kimia, proses sirkulasi dan drain larutan kimia pencuci dilakukan secara manual.
2. 6 Tipe-tipe Membran Ultrafiltrasi
Ultrafiltrasi memiliki beberapa tipe penyaringan dan material dasar. Tipe-tipe penyaringannya antara lain Cross Flow dan Dead end.
1.
Tipe “Dead End flow” Ultrafiltrasi
Tipe pengaplikasi “ Dead end ” digunakan oleh para ahli pada saat dimana seorang user memiliki keterbatasan akan sumber daya air. Dengan digunakannya sistem “ Dead end ” maka penghematan air dapat dilakukan. Kelemahannya adalah membrane ultrafiltrasi tersebut akan lebih cepat terjadi penumpukan kotoran dan tersumbat, sehingga membrane harus lebih intensif dilakukan backwash dan flushing. Normalnya adalah 5 jam pengoperasian sesuai dengan kapasitas setiap membrane ultrafiltrasi tersebut. Sistem “ Dead end ” di rekomendasikan pada kondisi air yang tidak banyak mengandung koloid, bakteria dan protein. 2.
Tipe “Cross Flow” Ultrafiltration
Jenis ini banyak digunakan saat ini, dimana aliran air dilewatkan menyamping membrane semipermeable. Sehingga penumpukan kotoran dapat di minimalisasi, tetapi kelemahan dari sistem ultrafiltrasi “ Cros Flow”, Kapasitas produksi per unit membrane ultrafiltrasi akan semakin rendah dan terjadi pemborosan air yang cukup tinggi dibandingkan dengan tipe “ Dead End ”. System “Cross Flow” di rekomendasikan di kondisi air banyak mengandung koloid dan total suspended solid yang tinggi.
Gambar 6. Tipe penyaringan membrane ultrafiltrasi
Ultrafiltrasi juga dibedakan menurut pengaplikasian prosesnya, antara lain Inside out dan Outside in. 1.
“Inside Out”
Untuk pengaplikasian Inside out, maka ultrafiltrasi itu didesain dimana air yang masuk dari dalam membrane dan keluar melalui dinding membrane semipermeablenya. Sistem ini tidak dapat digunakan untuk air baku yang nilai TSS nya cukup tinggi, maksimal 150ppm. Ultrafiltration membutuhkan pretreatment yang cukup baik diawal sebelum masuk kedalam membrane yang bersistem “ Inside Out ”. 2.
“Outside In” Ultrafiltration
Sedangkan “ Outside in“, Ultrafiltration di desain dengan memasukkan air dari dinding luar kedalam membrane semipermeablenya. Sistem ini memiliki toleransi yang tinggi terhadap TSS, tidak membutuhkan filter awal yang intensif, memiliki area filtrasi yang lebih besar, membutuhkan tekanan angin saat proses pencucian dan membutuhkan air yang cukup banyak pada saat pencucian membrane ultrafiltrasi. Membran ultrafiltrasi dapat berbentuk plateand frame, spiral-wound, dan tubular . Setiap konfigurasi memiliki aplikasinya masing-masing. Untuk air dengan kemurnian tinggi, spiralwound lebih umum untuk digunakan. Konfigurasi dipilih berdasarkan jenis dan konsentrasi dari material berkoloid atau emulsi. Untuk semua konfigurasi, desain sistem yang optimum harus memperhatikan laju alir, hilang tekan, konsumsi energi, fouling, dan juga harga membran itu sendiri.
2. 7 Kelebihan Penerapan Membran Ultrafiltrasi
Aplikasi teknologi ultrafiltrasi secara teknik dan ekonomi sangat kompetitif. Penggunaan proses ultrafiltrasi dalam proses filtrasi air memiliki berbagai keuntungan antara lain : 1. 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. 2. Teknologi membran ini sederhana, praktis, dan mudah dilakukan. Dalam sistem yang dirangkai secara lengkap dapat menurunkan biaya investasi dan juga biaya perawatan. 3. Kualitas filtrasi yang konsisten pada berbagai variasi kondisi umpan. 4. Proses pemisahan padatan tersuspensi dan mikroorganisme dilakukan tanpa menggunakan bahan kimia. 5. Kemampuann membrane merejeksi seluruh bakteri dan virus sekaligus merupakan proses desifeksi, sehingga proses desinfeksi lanjut hampir tidak dilakukan. 6. Ultrafiltrasi juga dapat membuang chlorine resistant germs seperti cryptosporidium. Konsentrat (air limbah) juga akan terbuang . 7. Dapat membuang hampir semua film-forming pada membrane reverse osmosis, sehingga dapat memperpanjang umur membrane
2. 8 Permasalahan pada Penggunaan Membran Ultrafiltrasi dan Penanggulanngannya
Sistem membran ultrafiltrasi memiliki beberapa kekurangan, salah satu masalah besar yang sering terjadi pada masalah ultrafiltrasi, khususnya ultrafiltrasi dengan umpan multi komponen, adalah fouling. Fouling adalah suatu fenomena yang disebabkan oleh deposisi dan akumulasi secara irreversible dari partikel-partikel submikron pada permukaan membran atau kristalisasi serta prepitasi dari partikel-partikel yang berukuran kecil pada permukaan atau di dalam membran-membran itu sendiri.
Kekurangan teknologi membran yang lain yaitu fluks dan selektifitas karena pada proses membran umumnya terjadi fenomena fluks berbanding terbalik dengan selektifitas. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah mempertinggi fluks dan selektifitas. Untuk mengurangi penumpukan materi pada permukaan membran, ada dua cara yang dapat diambil, yaitu: a. Menjaga partikel mengenai membran. Untuk menjaga partikel mengenai membran, ada beberapa teknik yang digunakan seperti proses filtrasi, proses koagulasi dimana upaya-upaya tersebut lazim disebut sebagai pretreatment. Sebagai contoh, pada kasus limbah emulsi minyak-air, pretreatment yang dilakukan ditujukan untuk memecahkan ikatan emulsi antara minyak dan air, sehingga diharapkan fasa minyak dan fasa air dapat terpisah. Untuk memecahkan emulsi minyak/air secara kimia, maka faktor penstabil harus terlebih dahulu dinetralisasi untuk membuka jalan bagi droplet teremulsi untuk bergabung . Muatan elektrik dari droplet teremulsi dapat dinetralisasi dengan memberikan muatan berlawanan melalui penambahan bahan kimia pemecah emulsi. Karekteristik dielektrik dari air akan mengakibatkan droplet emulsi minyak memiliki muatan negatif, sehingga pemecah emulsi kationik atau bermuatan positif diperlukan untuk proses pemecahannya. Setelah emulsi minyak/air terpecahkan, secara ideal akan terbentuk dua lapisan yang sangat berbeda, sebuah lapisan air dan sebuah lapisan minyak. Jadi pretreatment disini ditujukan untuk mengurangi beban membran, meningkatkan fluks dan diharapkan dapat memperpanjang waktu operasi (running time) dari membran. b. Membersihkan membran. Untuk membersihkan membran dapat digunakan pembersihan membran secara periodik, atau meningkatkan tegangan geser (shear stress) pada permukaan membran dimana konstituen yang telah tertahan (fouling) akan tergeser oleh turbulensi aliran sehingga tidak terjadi penumpukan partikel. Contohnya dengan memakai aliran cross-flow yang ditujukan untuk mengurangi fouling sehingga fluks membran dapat dikurangi laj u penurunannya.
2. 9 Aplikasi Membrane Ultrafiltrasi
Ultrafiltrasi memiliki fungsi aplikasi yang luas dan beragam, berkisar dari pemrosesan makromolekul biologis hingga pengolahan air limbah. Dari sudut pandang operasional, ultrafiltrasi dimanfaatkan untuk membuat suatu senyawa terkonsentrasi (mengurangi jumlah zat pelarut), menghilangkan garam (desalting) yang biasanya digunakan untuk menghilangkan partikel dengan berat molekul rendah dari larutan protein, mencerahkan dan memurnikan suatu senyawa, dan yang terakhir adalah fraksinasi atau pemisahan bagian bagian tertentu dari suatu senyawa.
Aplikasi yang dapat dilakukan dengan menggunakan teknologi Ultrafiltrasi sangat beragam dari pemprosesan makro yang sederhana hingga pengolahan limbah. Aplikasi ini seperti, depot air minum isi ulang, pengolahan air bersih, penyaring dari air sungai, air minum dalam kemasan (AMDK), pengolahan air limbah, dll.
BAB III PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Membran Ultrafiltrasi adalah suatu teknologi filtrasi dengan besaran pori 0.01 mikron, dimana proses pemisahan menggunakan membran dengan tekanan, biasanya digunakan untuk menyaring makro molekul. 2. Membran ultrafiltrasi dapat menghasilkan fluks yang sangat tinggi, namun pada umumnya membran ini hanya digunakan untuk menghasilkan fluks antara 50-200 galon perhari dengan tekanan operasi sekitar 50 psig 3. Prinsip Kerja Membran Ultrafiltrasi adalah proses pemisahan molekul berdasarkan molekul terlarut. Membran Ultrafiltrasi
dapat menyaring molekul berukuran kecil
dan membuat molekul besar tertahan. 4. Keunggulan dari sistem UF ini adalah pori-pori yang memiliki nilai absolut dibandingkan dengan filter biasa. Filter UF memiliki ukuran sangat kecil dibandingkan dengan bakteri sehingga lebih steril dari filterisasi biasa.
3.2 Saran
Dalam penulisan makalah ini penulis masih banyak kekurangan terutama dalam mendapatkan referensi. Diharapkan kepada para pembaca untuk dapat menambah kekurangan yang ada.
DAFTAR PUSTAKA
Notodarmojo, Suprihanto. 2004. Penurunan Zat Organik dan Kekeruhan Menggunakan Teknologi Membran Ultrafiltrasi dengan Sistem Aliran Dead-End . ITB. Bandung Pabby AK, Rizvi SSH, Sastre AM. 2009. Handbook of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications. Boca Raton. Taylor & Francis. Raymond D. Letterman (ed.).1999. Water Quality and Treatment 5th Ed .: American Water Works Association and McGraw-Hill. New York. I Gede Wenten. 2013. Teknologi Membran Untuk Pengelolaan Air . http://www. Igwenten .com /2013/02/ teknologi-membran-untuk-pengelolaan-air.html (diakses 17April 2016) Ndaru Candra Sukmana. 2009. Membran Ultrafiltrasi. http://ndarucs.blogspot.co.id/2009/10/ membran-ultrafiltrasi.html
