MAKALAH UNIT PROSES
PENGOLAHAN AIR SECARA KIMIA REVERSE OSMOSIS
OLEH:
KELOMPOK XV
DESI RATNA KOMALA
(0910941014)
WILDA UTAMI NURHUDA
(0910942032)
FACHRUDIE PUTRA NASEVY
(07 174 019)
DOSEN: DR. PUTI SRI KOMALA
JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2012
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Proses penjernihan air untuk mendapatkan air yang berkualitas telah dilakukan oleh manusia beberapa abad yang lalu. Pada tahun 1771, di dalam edisi pertama Encyclopedia Britanica telah dibicarakan fungsi filter (filtrasi) sebagai sistem penyaring untuk mendapatkan air yang lebih jernih. Perkembangan selanjutnya dari proses pengolahan air minum, telah menghasilkan bahwa pembubuhan zat pengendap atau penggumpal (koagulan) dapat ditambahkan sebelum proses penyaringan (filtrasi). Selanjutnya proses penggumpalan yang ditambahkan dengan proses pengendapan (sedimentasi) dan penyaringan (filtrasi) serta menggunakan zat-zat organik dan anorganik adalah merupakan awal dari cara pengolahan air. Sekarang, ilmu pengetahuan telah berkembang dengan cepatnya dengan menciptakan sarana pengolahan air minum dengan berbagai sistem. Pada tahun 1784, seorang ahli fisika dari Perancis bernama Jean Antoinne Nollet menemukan suatu kejadian yang saat ini dikenal sebagai osmosis, yaitu sebuah kejadian dimana air mengalir melewati membran semi permeable. Air tersebut mengalir dari keadaan air yang encer (soluble water) menuju kepada keadaan air yang pekat sampai keseimbangannya atau disebut juga equilibriumnya tercapai. Dua ratus tahun kemudian, sekitar tahun 1950-an, para ilmuwan memodifikasi kejadian tersebut untuk menciptakan sistem reverse osmosis yang pertama kalinya. Para ilmuwan menemukan bahwa sistem osmosis konvensional dapat di rekayasa menjadi sebaliknya (reverse), yaitu dengan cara memberikan tekanan pada air yang pekat. Dengan kata lain sistem tersebut dapat menghasilkan air bersih yang telah tersaring. 1.2 Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Mengetahui dan memahami prinsip kerja sistem reverse osmosis dalam menghasilkan air bersih; 2. Mengetahui dan memahami mekanisme atau cara kerja sistem reverse osmosis dalam menghasilkan air bersih;
3. Mengetahui dan memahami aplikasi penerapan sistem reverse osmosis pada pengolahan air.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA Membran ialah sebuah penghalang selektif antara dua fasa. Membran memiliki ketebalan yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis serta ada yang homogen dan ada juga ada heterogen. Menurut Siti Agustina dkk dalam Workshop Teknologi Industri Kimia dan Kemasan, membran berfungsi memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat. Filtrasi dengan menggunakan membran selain berfungsi sebagai sarana pemisahan juga berfungsi sebagai sarana pemekatan dan pemurnian dari suatu larutan yang dilewatkan pada membran tersebut. Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3 kategori (Wahyu Hidayat, 2007): a. 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. b. 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. c.
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.
Gambar 2.1 Membran Sweep (berupa cairan atau gas) digunakan untuk membawa permeate hasil pemisahan. Sumber: (Wahyu Hidayat, 2007)
Menurut Siti Agustina teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain, antara lain : a. Pemisahan dapat dilakukan secara kontinu; b. Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah; c. Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya ( hybrid processing); d. Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan; e. Mudah dalam scale up; f. Tidak perlu adanya bahan tambahan; g. Material membran bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya. Kekurangan teknologi membran antara lain : 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. Proses pemisahan dengan membran yang memakai gaya dorong berupa beda tekan umumnya dikelompokkan menjadi empat jenis diantaranya mikrofiltrasi, osmosis balik (reverse osmosis), ultrafiltrasi dan nanofiltrasi. Pada tahun 1784, seorang ahli fisika dari Perancis bernama Jean Antoinne Nollet menemukan suatu kejadian yang saat ini dikenal sebagai osmosis, yaitu sebuah kejadian dimana air mengalir melewati membran semi permeable. Air tersebut mengalir dari keadaan air yang encer (soluble water) menuju kepada keadaan air
yang pekat sampai keseimbangannya atau disebut juga equilibriumnya tercapai. Dua ratus tahun kemudian, sekitar tahun 1950-an, para ilmuwan memodifikasi kejadian tersebut untuk menciptakan sistem reverse osmosis yang pertama kalinya. Para ilmuwan menemukan bahwa sistem osmosis konvensional dapat di rekayasa menjadi sebaliknya (reverse), yaitu dengan cara memberikan tekanan pada air yang pekat. Hal ini dilakukan dengan dasar pemikiran, air yang pekat tersebut diberi tekanan tertentu (dapat berbentuk tekanan ataupun mesin vaccum) agar berkontak dengan membran semi permeable yang ada, sehingga air dapat menembus dinding semi permeable tersebut. Walaupun air dapat menembus dinding semi permeable, kandungan yang menyebabkan kepekatan air tersebut dapat tertahan di dinding karena diameternya lebih kecil dari diameter membran, sehingga menghasilkan air bersih yang telah tersaring. Dengan kata lain, air bisa dilewatkan menembus membran yang sangat tipis sekalipun dengan cara diberi tekanan dan dapat menyaring partikel kecil seperti kadar garam, virus, pestisida dan sebagian besar material organik lainnya (Miftahhurrahman, 2008). Menurut Abdul Malik Maulana dan Ariyanto S. Widodo, sistem reverse osmosis umumnya terdiri dari 4 proses, yaitu : 1. Pengolahan Awal (pratreatment) Air umpan terlebih dahulu diolah agar sesuai dengan kondisi membran dengan menghilangkan padatan tersuspensi, menyesuaikan pH operasi dan menambahkan inhibitor untuk control scaling yang disebabkan konstituenkonstituen seperti kalsium sulfat. 2. Pemberian Tekanan Air umpan yang sudah diolah dinaikkan tekanannya dengan pompa sampai tekanan operasi yang diinginkan agar sesuai dengan membran dan kadar garam air umpan. 3. Separasi Membran Membran semipermeabel menghambat jalannya air umpan yang melewatinya. Air hasil keluaran dari membran berupa air bersih yang disebut permeate, dan yang tertahan pada membran disebut concentrate. Namun, karena tidak ada membran yang dapat bekerja 100% sempurna, maka ada sebagian kecil garam yang masih dapat melewati membran.
4. Stabilisasi Air hasil keluaran membran (air produk) biasanya disesuaikan pHnya terlebih dahulu sebelum ditransfer ke sistem distribusi.
Gambar 2.2 Sea Water Desalinantion Sumber: (Wahyu Hidayat, 2007)
Kelebihan dan kekurangan sistem reverse osmosis, yaitu: 1. Kelebihan • Proses reverse osmosis tergolong mudah; • Biaya instalasi rendah; • Tanpa material non-metalik dalam konstruksi; • Energi yang digunakan untuk mengolah air payau antara 1-3 kWh tiap 1 m3 air produk; • Dapat menghasilkan rasio kapasitas produksi yang besar, antara 25.000 – 60.000 liter per hari per m2; •
Teknologi
RO
dapat
digunakan
untuk menghilangkan kontaminan
kontaminan organik maupun anorganik; • Tidak mempunyai dampak terhadap lingkungan. 2. Kekurangan • Membran sensitif atau tidak efisien bila digunakan berlebihan; • Air umpan harus diolah terlebih dahulu untuk menghilangkan partikulatpartikulat;
• Operasi RO membutuhkan material dan alat dengan kualitas standar yang tinggi; • Ada kemungkinan terjadi pertumbuhan bakteri pada membran itu sendiri. Sebelum memahami cara kerja proses reverse osmosis, terlebih dahulu kita ketahui proses terjadinya osmosis. Kedua proses tersebut dapat diilustrasikan berdasarkan gambar di bawah ini.
Gambar 2.3 Proses Osmosis dan Reverse Osmosis Sumber: (Agung Arif Wijaya, 2010)
Terdapat dua jenis larutan yang berbeda diletakkan secara berdampingan dan diantara kedua jenis larutan tersebut diletakkan membran semi permeable sebagai pembatas. Pada wadah sebelah kiri disebut concentrated solution, yaitu larutan dengan kadar garam tinggi. Sedangkan pada wadah sebelah kanan disebut dilute solution, yaitu larutan dengan kadar garam rendah. Membran semi permeable merupakan membrane molekul yang bisa dilewati oleh molekul air tapi tidak bisa dilewati oleh molekul garam. Proses osmosis ini merupakan proses mengalirnya molekul air dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi. Sedangkan proses reverse osmosis pada prinsipnya adalah kebalikan dari proses osmosis, yaitu proses mengalirnya molekul air dari larutan berkonsentrasi tinggi ke larutan berkonsentrasi rendah dengan cara memberikan tekanan pada larutan yang berkonsentrasi tinggi. Oleh karena itu, komponen utama dari alat reverse osmosis adalah tekanan tinggi dan membran semi permeable (Agung Arif Wijaya, 2010). Pada proses reverse osmosis juga terdapat kendala-kendala yang menyebabkan kesulitan dalam penerapan proses tersebut. Pada saat reverse osmosis molekul air mengalir menembus membrane semi permeable yang mengakibatkan
tertahannya molekul garam pada membrane tersebut. Setelah beberapa waktu, pada wadah sebeleah kiri akan mengalami pengurangan volume air, sementara jumlah garam tetap sama . Hal ini mengakibatkan konsentrasi garam menjadi meningkat. Peningkatan konsentrasi garam akan terus berlanjut seiring berkurang jumlah air. Peningkatan konsentrasi garam inilah yang menjadi penyebab utama terjadinya “scalling” pada membran semi permeable. Scalling merupakan peristiwa dimana terbentuknya padatan atau endapan yang disebabkan pertemuan antara ion positif dan ion negatif. Misalnya padatan Calcium
Carbonat
(CaCO3).
Endapan
tersebut
dapat
menyebabkan
terhambatnya (kebuntuan) aliran molekul air pada membran semi permeable. Secara umum penyebab terjadinya kebuntuan membran dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu scalling dan fouling. Fouling sendiri terjadi disebabkan karena adanya beberapa zat tertentu di dalam air yang memiliki kecendrungan dapat menempel dipermukaan membran. Misalnya zat organik, zat besi, silika, dan lainlain (Agung Arif Wijaya, 2010). Pada saat ini penerapan teknologi reverse osmosis ini telah banyak digunakan. Adapun aplikasi dari teknologi reserve osmosis, antara lain (Wahyu Hidayat, 2007): 1. Pemurnian air minum dan air buangan; 2. Di bidang industri, teknologi reserve osmosis dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler; 3. Pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi); 4. Dialisis untuk proses cuci darah penderita penyakit ginjal.
BAB III METODOLOGI PENULISAN Dalam penyusunan makalah ini, penulis menggunakan metode penulisan sebagai berikut: a. Studi kepustakaan. Studi ini merupakan pedoman teori yang dibutuhkan untuk penulisan makalah ini dengan mengambil dari berbagai literatur mengenai reserve osmosis. b. Melakukan analisa atau pembahasan. Pembahasan yang akan dilakukan pada laporan mengacu pada literatur-literatur yang dirangkum dalam bab II tinjauan pustaka yang terdiri dari prinsip, mekanisme, dan aplikasi pada pengolahan air. c. Pengambilan kesimpulan. Dari literatur dan analisa maka diambil beberapa poin penting mengenai teknologi reserve osmosis. d. Flow chart/ Diagram Alir Mulai/ Start
Studi Literatur
Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
BAB IV PEMBAHASAN 4. 1. STUDI KASUS Teknologi Reserve Osmosis untuk Delinasi Air Laut Menjadi Air Tawar Desalinasi dalam bahasa sederhananya dapat diartikan sebagai proses pengurangan kadar garam berlebih yang terlarut di dalam air sehingga diharapkan akan diperoleh kadar air yang lebih bebas garam. Proses Desalinasi Air laut ada bermacam macam, tapi yang paling sering digunakan adalah: 1. Proses Evaporasi proses ini menggunakan evaporator untuk dipekatkan atau bisa juga menggunakan
flash
drum,
diuapakn,
uap
ditampung
kemudian
dikondesasi lagi menghasilkan air agak tawar. 2. Proses Reverse Osmosis proses ini menggunakan membran sebagai unit pemisah. Biasanya digunakan membran nanofiltrasi. Dua metode diatas memiliki kelebihan dan kekurangannya masingmasing. Seperti di Timur Tengah, kondisi di sana memang banyak memiliki sumber energi sehingga digunakan proses RO. Sedangkan di Industri digunakan proses evaporasi karena penggunaannya tidak banyak mengacu ke air minum, lebih ke bagian utilitas. R.O atau Reverse Osmosis atau osmosis balik adalah kebalikan dari proses Osmosis itu sendiri. Osmosis adalah perpindahan massa cairan dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi melalui membran. Sehingga nantinya pada proses reverse osmosis ini terjadi perpindahan massa dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah melalui membran dengan cara ditekan. Dengan proses RO diharapkan ion-ion Natrium akan tertahan di membran, dan hanya airnya saja yang akan melewati celah-celah di membran itu. Makanya di RO memakai membran dengan diameter hingga ukuran nano. Dan beberapa unsur mineral juga tertahan di membran sehingga nantinya didapat produk pure water. Didal pure water ini sudah tidak menagndung unsur mineral yang tersisa, tidak ada bakteri dan virus karena sudah tertahan di membran. Sebagian orangorang tidak terlalu suka dengan pure water karena rasanya yang tidak enak di
lidah. Kecuali di daerah tertentu misal di Australi, atau daerah lain yang sudah terbiasa menggunakan pure water. 4. 2.
Pembahasan
Gambar 1. Ilustrasi metode RO
Berkut ini adalah Proses Desalinasi Air Laut, alat yang biasa dipakai adalah: a.
Filter Digunakan untuk menyaring tumbuhan atau hewan atau semua beda asing agar tidak masuk ke pipa.
b. Pipa Digunakan pipa anti korosif untuk mengalirkan air laut. c. Unit Pretreatmen Digunakan untuk mematikan senyawa berbahaya dengan cara mengatur pH, memurnikan air laut dari suspended solid dengan cara sedimentasi, dan sebagainya. d. Pompa Pompa di sini sangat berperan penting dalam proses desalinasi. Bisa bisa pada nantinya ongkos untuk beli pompanya lebih malah dari membrannya karena untuk menekan air laut ke membran dibutuhkan tekanan yang tinggi. e. Membran Membran berperan penting dalam proses pemisahan air dari garam garamnya.
f.
Unit post treatment Unit ini digunakan untuk memproses produk air yang sudah berkurang kadar garamnya agar diperoleh air yang lebih bebas dari bakteri dan sebagainya.
g. Unit bypass dan adjustmen Unit ini digunakan kalau hasil olahan yang diinginkan bukan pure water. Caranya dengan diinjeksi pH, ditambahi mineral dari bebatuan gunung. Sehingga hasilnya bisa memenuhi standar air minum yang berlakumodul (rumah) membrannya.
Pemahaman Konsep Reserve Osmosis khususnya pada proses Delinasi pada air Laut menjadi Air Tawar
Gambar 3. Proses terjadinya RO Terdapat dua jenis larutan yang berbeda diletakkan secara berdampingan dan diantara kedua jenis larutan itu diletakan membrane semi permeable sebagai pembatas. Pada wadah sebelah kiri disebut concentrated solution, yaitu larutan dengan kadar garam tinggi. Sedangkan pada wadah sebelah kanan disebut dilute solution, yaitu larutan dengan kadar garam rendah. Fungsi membrane semi permeable diletakkan ditengah kedua larutan tersebut untuk mencegah terjadinya percampuran diantara kedua larutan tersebut. Membrane semi permeable adalah membrane yang bisa dilewati oleh molekul air tetapi tidak bisa dilewati molekul garam.
Proses osmosis adalah proses mengalirnya molekul air dari larutan berkadar garam rendah (dilute solution) menuju ke larutan berkadar garam tinggi (concentrated solution). Proses osmosis merupakan proses alamiah yang terjadi sebagai upaya untuk menyeimbangkan konsentrasi garam pada kedua sisi.
Proses osmosis ini akan menyebabkan ketinggian permukaan air pada concentrated solution akan menjadi lebih tinggi daripada permukaan pada dilute solution. Secara alamiah air akan memberikan tekanan dari permukaan air yang lebih tinggi ( concentrated solution ) menuju ke permukaan air yang lebih rendah ( dilute solution ). Tekanan yang terjadi inilah biasa kita disebut sebagai osmotic pressure. Pada ketinggian air tertentu di concentrated solution), besarnya osmotic pressure ini akan menyebabkan proses osmosis berhenti. Proses reverse osmosis pada prinsipnya adalah kebalikan proses osmosis. Dengan memberikan tekanan larutan dengan kadar garam tinggi (concentrated solution) supaya terjadi aliran molekul air yang menuju larutan dengan kadar garam rendah (dilute solution). Pada proses ini molekul garam tidak dapat menembus membrane semipermeable, sehingga yang terjadi hanyalah aliran molekul air saja. Melalui proses ini, kita akan mendapatkan air murni yang dihasilkan dari larutan berkadar garam tinggi. Inilah prinsip dasar reverse osmosis. Berdasarkan penjelasan sederhana diatas, dalam proses reverse osmosis minimal selalu membutuhkan dua komponen yaitu adanya tekanan tinggi (high pressur ) dan membrane semi permeable. Itulah alasan kenapa pada mesin reverse Osmosis modern, membrane semi permeable dan pompa tekanan tinggi (high pressure pump ) menjadi komponen utama yang harus ada. Jika kita perhatikan ilustrasi gambar diatas, saat kita memberikan tekanan pada sisi larutan kadar garam tinggi (concentrated solution), maka terjadilah proses yang disebut reverse osmosis terjadi. Pada saat proses reverse osmosis molekul air mengalir menembus membrane semi permeable, akan tetapi pada saat yang bersamaan molekul garam tertahan di wadah sebelah kiri karena molekul garam tidak mampu melewati membran semi permeable. Sehingga setelah beberapa waktu, terjadi pengurangan vlolume air yang ada di wadah sebelah kiri, sementara itu jumlah garam tetap sama. Hal ini mengakibatkan konsentrasi garam menjadi meningkat tajam. Peningkatan konsentrasi ini akan terus berlanjut seiring berkurangnya jumlah air. Peningkatan konsentrasi garam inilah yang akan menjadi penyebab utama “scaling” di membrane semi permeable. Scaling sendiri merupakan peristiwa dimana terbentuknya padatan / endapan yang disebabkan pertemuan antara ion positif dan ion negatif. Misalnya ion Calsium yang bereaksi dengan ion karbonat, akan menghasilkan padatan Calsium Carbonat. Pada saat
konsentrasi ion Calsium dan Carbonate di air masih sangat rendah, kedua ion ini tidak bisa bereaksi membentuk padatan. Tetapi pada saat konsentrasinya meningkat tajam ( karena semakin berkurangnya jumlah molekul air ), maka terbentuklah endapan. Endapan yang terbentuk ini bisa menempel pada permukaan membrane, dan menjadi penyebab terjadinya kebuntuan pada membrane. Pada sistem Reverse Osmosis masalah utama yang sering terjadi adalah kebuntuan membrane ( membrane blocked ). Secara umum penyebab terjadinya kebuntuan membrane dapat dikategorikan menjadi dua, yaitu Scaling dan Fouling. Fouling sendiri terjadi disebabkan karena adanya beberapa zat tertentu di dalam air yang memiliki kecenderungan dapat menempel di permukaan membrane. Misalnya zat organik, zat besi, silika, dan masih banyak lagi. Untuk mengantisipasi serta mengatasi permasalahan ini, maka aspek desain system Reverse Osmosis menjadi sangat penting.
BAB V PENUTUP 5. 1.
KESIMPULAN
Dari penjelasan diatas, maka penulis dapat memberikan kesimpulan sebagai berikut: 1. Reserve Osmosis adalah peristiwa pemberikan tekanan larutan dengan kadar konsentrasi tinggi supaya terjadi aliran molekul air yang menuju larutan dengan kadar konsentrasi rendah dengan memanfaatkan fungsi dari lapisan semipermeabel. 2. Reserve Osmosis sering diterapkan dalam system pengolahan air, contohnya dalam mendelinasi air laut menjadi air tawar. 5. 2.
SARAN
Setelah mempelajari secara keseluruhan mengenai reserve osmosis, maka penulis menyarankan untuk meangantisipasi serta mengatasi permasalahan yang dapat ditimbulkan dari reserve osmosis seperti scaling dan fouling, maka desain sistem reverse osmosis harus lebih dipertimbangkan lagi.
DAFTAR PUSTAKA Agustina, Siti, dkk. Tanpa tahun. Penggunaan Teknologi Membran pada Pengolahan Air Limbah Industri Kelapa Sawit. Workshop Teknologi Industri Kimia dan Kemasan. Tanggal akses 29 Januari 2012 Hidayat,
Wahyu.
2007.
Teknologi
Membran.
http://majarimagazine.
com/2007/11/teknologi-membran. Tanggal akses 29 Januari 2012 Maulana, A.M.,dan Ariyanto S.W. Tanpa Tahun. Pengolahan Air Produk Reverse Osmosis Sebagai Umpan Boiler Dengan Menggunakan Ion exchange. http://eprints.undip.ac.id/3372/1. Tanggal akses 29 Januari 2012 Miftahhurrahman. 2008. Pengolahan Air minum Menggunakan Membran Reverse osmosi. http://www.sera-envirotama.com/2008/10/pengolahanair-minum-menggunakan.html. Tanggal akses 29 Januari 2012 Wijaya,
Agung
Arif.
2010.
Prinsip
Kerja
Reverse
Osmosis.
http://www.profil.waterindonesia.com. Tanggal akses 29 Januari 2012
