Teknologi Reverse Osmosis untuk pengolahan air bersih di Pesisir dan pulau-pulau Kecil

Teknologi Reverse Osmosis untuk pengolahan air bersih di Pesisir dan pulau-pulau Kecil

By : Dhany R

 Air merupakan kebutuhan dasar yang sangat penting bagi manusia dan makhluk hidup lainnya. Tidak semua daerah mempunyai sumberdaya air yang baik. Wilayah pesisir pantai dan pulau-pulau kecil di muara sungai atau di tengah lautan lepas merupakan daerah-daerah yang sangat miskin akan sumber air bersih, sehingga timbul masalah pemenuhan kebutuhan air bersih terutama pada musim kemarau panjang. Kualitas air tanahnya sangat bergantung dari curah hujan. Pada musim kemarau, air tawar yang berasal dari air hujan sudah tidak tersedia lagi, sehingga air tanah dengan mudah akan terkontaminasi oleh air laut. Pencemaran kualitas air tanah akibat dari kontaminasi air laut disebut intrusi. Ciri adanya intrusi air laut adalah air tanah yang terasa payau atau mengandung kadar garam khlorida dan TDS (Total Dissolved Solid) yang tinggi. Sumber air yang terdapat di daerah-daerah seperti itu umumnya berkualitas buruk (payau atau asin, yaitu TDS > 3000 ppm), baik air tanahnya maupun air permukaannya.

Indonesia merupakan negara kepulauan terbesar di dunia yang memiliki panjang pantai lebih dari 80.000 km. Sebagian besar penduduk Indonesia tinggal di daerah pesisir. Daerah pesisir di Indonesia identik dengan masyarakat miskin dan pemukiman kumuh. Pada daerah pesisir dan pulau-pulau kecil, sering dihadapkan dengan persoalan penyediaan air bersih. Untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih, masyarakat di di pesisir dan pulau-pulau kecil terpaksa menampung air hujan atau mengambil dari tempat lain yang relatif jauh dan mahal. Kurangnya akses terhadap air minum yang layak konsumsi berdampak pada munculnya masalah kesehatan.

Sumber air di pesisir sebenarnya tersedia dalam jumlah yang sangat melimpah, yaitu air laut. Namun air tersebut bukanlah air yang dapat langsung dikonsumsi. Air laut merupakan air yang di dalamnya terlarut berbagai zat padat dan gas, contoh : dalam 1000 gram air laut akan terdapat 35 gram senyawa terlarut yang secara kolektif disebut garam, atau di dalam air laut 96,5 persen berupa air dan 3,5 persen berupa zat-zat terlarut. Untuk itu, sebagai upaya dalam mengatasi permasalahan pemenuhan kebutuhan air tawar terutama bagi penduduk yang bertempat tinggal di pesisir dan pulau-pulau kecil, maka perlu dikembangkan sistem pengolahan air asin/air payau yang tepat guna dan secara ekonomis dapat diterapkan.

Secara sederhana, proses pengolahan air asin menjadi air tawar tersebut dikenal sebagai proses desalinasi. Air asin atau air payau adalah larutan yang mengandung beberapa jenis zat terlarut seperti garam-garam, yang jumlahnya rata-rata 3 sampai 4,5 %. Desalinasi berarti pemisahan air tawar dari air asin. Metoda yang digunakan pada proses ini disebut desalinasi air asin. Dalam pemisahan air tawar dari air asin, ada beberapa teknologi proses desalinasi yang telah banyak dikenal antara lain, yakni porses distilasi atau penguapan, teknologi proses dengan menggunakan membran, proses pertukaran ion dll.

Untuk memenuhi kebutuhan akan air tawar para ahli telah mengembangkan sistem pengolahan air laut/payau dengan teknologi membran semipermeabel. Membran (selaput) semipermeabel adalah suatu selaput penyaring air skala molekul yang dapat ditembus oleh molekul air dengan mudah, akan tetapi tidak dapat atau sulit sekali dilalui oleh molekul lain yang lebih besar dari molekul air. Teknik tersebut kemudian dikenal dengan sistem reverse osmosis. Teknologi ini menerapkan sistem osmosis balik dengan memberi tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosis air asin/air payau. Air asin/air payau tersebut ditekan sehingga melewati membran semipermeabel yang mampu menyaring padatan ataupun kandungan berbahaya dalam air tersebut sehingga air dapat aman dikonsumsi.

Ketersediaan air asin yang melimpah dan adanya persoalan krisis air tawar di daerah pessisir dan pulau pulau kecil, telah membuat manusia mengembangkan teknlogi dalam mengolah air asin menjadi air tawar. Salah satunya dengan teknik reverse osmosis. Untuk itu, dalam tulisan ini akan dibahas tentang mekanisme dan proses kerja dalam pengolahan air asin menjadi air tawar dengan teknologi reverse osmosis (RO).

Teknologi pengolahan Air Laut Menjadi Air Tawar

Teknologi Desalinasi

          Desalinasi merupakan teknologi penyulingan air laut untuk menghilangkan kadar garam berlebih pada air sehingga menghasilkan air tawar yang dapat dikonsumsi dengan hasil produksi tinggi tetapi menggunakan energi yang murah dan ramah lingkungan (Direktorat Pendayagunaan Pulau-pulau Kecil, 2013)

Sumber air payau yang biasa digunakan adalah berasal dari air tanah, air tanah ini menjadi salin atau berasa asin karena intrusi air laut atau merupakan akuifer air payau alami. Air permukaan yang payau jarang dipergunakan tetapi mungkin dapat terjadi secara alami. Air payau dapat memiliki range kadar TDS yang cukup panjang yakni (1000-10.000 mg/L) dan secara tipikal terkarakterisasi oleh kandungan karbon organik rendah dan partikulat rendah ataupun kontaminan koloid. Beberapa komponen yang terdapat dalam air payau seperti boron dan silika memiliki konsentrasi yang bervariasi dan dapat memiliki nilai yang beragam dari satu sumber dengan sumber lainnya, faktor penting dalam optimasi sistem reverse osmosis air payau adalah karakterisasi akurat dari air umpan yang spesifik.

Proses reverse osmosis untuk desalinasi air payau memiliki beberapa karakteristik yang berbeda dengan desalinasi air laut, diantaranya :

• Rancang bangun modul membran reverse osmosis untuk desalinasi air payau pada umumnya hanya terdiri dari satu tahap saja mengingat kadar garam umpan yang tidak terlalu tinggi.

• Recovery air lebih tinggi bila dibandingkan dengan desalinasi air laut

• Suhu umpan kadang-kadang sangat tinggi sehingga harus diturunkan terlebih dahulu agar tidak merusak modul [Wenten, 1999]

          Desalinasi secara sederhana dapat dipahami sebagai proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu sehingga air dapat digunakan. 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, yaitu larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35.000mg/l garam terlarut).

            Pada intinya, desalination plant memisahkan air laut menjadi dua aliran/keluaran: pertama yang mengandung garam terlarut dengan konsentrasi rendah (the fresh water stream) dan yang kedua berisi sisa garam terlarut dan bahan lainnya (the concentrate or brine stream). Proses ini membutuhkan energi yang cukup besar.

Proses desalinasi air laut dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) macam yaitu:

1. Pengolahan air laut Proses destilasi air laut (penyulingan)

Proses destilisasi air laut memanfaatkan energi panas untuk menguapkan air asin. Uap air tersebut selanjutnya didinginkan menjadi titik-titik air dan hasil ditampung sebagai air bersih yang tawar.

Pemurnian air laut teknik destilasi menggunakan tenaga thermal dengan proses evaporasi ataupun kondensasi, adapun metode yang termasuk dalam kategori ini adalah multistage flash evaporation (MSF), multieffect distillation (MED atau MEE), vapor compression distillation, solar thermal distillation.

2. Pengolahan air laut Proses penukar ion

Ion exchange merupakan suatu proses dimana ion-ion dari suatu larutan elektrolit diikat pada permukaan bahan padat. Sebagai pengganti ion-ion tersebut, ion-ion dari bahan padat diberikan ke dalam larutan. Pertukaran hanya dapat terjadi di antara ion-ion yang sejenis dan berlangsung dalam waktu yang singkat, yaitu pada saat terjadi kontak antara larutan dengan penukar ion.

Pada tahun 1852, Way menemukan bahwa menghilangkan ammonia dalam larutan air yang meresap melalui tanah sesungguhnya berupa pertukaran ion dengan kalsium yang terkandung di dalam sejenis silica tertentu dalam tanah. Dewasa ini penukaan ion pada air sudah menjadi proses konversi kimia yang sangat bermanfaat. Proses ini digunakan secara luas dan skala besar di industry

Teknik penukar ion memanfaatkan proses kimiawi untuk memisahkan garam dalam air laut. Pada proses ini ion garam (Na Cl) ditukar dengan ion seperti Ca+2 dan SO4-2. Materi penukar ion berasal dari bahan alam atau sintetis. Materi penukar ion alam misalnya zeolit sedangkan yang sintetis resin (resin kation dan resin anion).

Proses pertukaran ion merupakan reaksi kimia yang ionnya terhidrata dan bersifat mobil bergerak di dalam zat padat, dipertukarkan atas dasar ekuivalen dengan ion yang bermuatan sama yang terdapat di dalam larutan air. Zat padat mempunyai struktur seperti jala terbuka dan ion yang bergerak itu menetralisir muatan, atau muatan potensial, gugus yang terpasang di dalam matriks zat padat itu disebut penukar ion.

3. Pengolahan Reverse Osmosis

Pada tahun 1748, Ilmuwan Perancis  Abbe Nollett, menemukan peristiwa reverse osmosis yang alami. Proses pengolahan air laut ini terjadi ketika aliran air melalui suatu membran semi permeable ke larutan konsentrat yang kemudian airnya menjadi tawar. Lebih dari 200 tahun kemudian, peristiwa ini telah dikenali sebagai cara untuk mengolah / pengolahan air laut, air asin, air payau, atau air yang berwarna.

Cara Kerja Reverse Osmosis : Daya penggerak di belakang reverse osmosis memberikan tekanan hidrostatik yang berbeda. Tanpa adanya pengaruh dari tekanan luar, air asin seperti yang terlihat pada gambar akan menerobos membran untuk menetralkan/menawarkan / pemurnian air laut yang mengandung  garam melalui  proses osmosis. Perbedaan pada permukaan air dalam kaitan dengan perpindahan ini disebut dengan osmotic pressure head, dan tekanan hidrostatik yang menyebabkan kenaikan pada permukaan air adalah osmotic pressure. Dalam beberapa kasus air laut yang  mempunyai kandungan garam tinggi, tekanan osmotis dapat menjadi sebesar  1000 psi.

 

Skema dalam proses desalinasi dengan metode RO

Prinsip Kerja Reverse Osmosis

1.      Proses Osmosis

Untuk memahami proses reverse osmosis, sebaiknya kita mengkaji terlebih dahulu proses osmosis. Proses osmosis dapat dijelaskan dengan menggunakan ilustrasi di bawah ini.

 

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.

2.      Reverse Osmosis

Teknologi penjernihan air yang umum dikenal sejak lama antara lain adalah : Disinfektansi (dimasak, Chlorinisasi, Ozonisasi, Sinar Ultra Violet), Destilasi, Mikrofiltrasi, dan Filterisasi (Activated Alumina, Activated Carbon, Anion & Cation Exchange). Metoda Reverse Osmosis (RO) dikembangkan sejak tahun 1950an dalam rangka mencari metoda yang ekonomis untuk desalinasi air laut. Metoda ini yang juga dikenal sebagai “hyperfiltration”  ini kemudian terus dikembangkan untuk membuang hampir semua kontaminan dari air yang akan diolah.

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 pressure ) 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.

Proses dari teknologi Reverse Osmosis menggunakan membran semi-permeable yang diameternya lebih kecil dari 0.0001 mikron (500,000 kali lebih kecil dibandingkan dengan sehelai rambut atau sama dengan penyaring mikron, berfungsi membuang berbagai kotoran, bahan mikro, bakteri, virus dan sebagainya) dan diberikan tekanan tinggi agar proses penyaringan dapat berjalan. Proses ini dapat menghilangkan partikel garam dan partikel-partikel pencemar lainnya dimana ukuran dari partikel-partikel tersebut lebih besar dari membran Reverse Osmosis. Karena itu, Reverse Osmosis disebut sebagai metode pemurnian air yang paling efektif.

Jika air yang diinginkan adalah air yang bebas mineral untuk air minum, proses Reverse Osmosis merupakan sistem yang paling tepat. Hal ini dikarenakan sebagian besar mineral (co: garam, lead, besi, dan kalsium) yang terkandung di dalam air, secara fisik, berukuran lebih besar dari molekul air sehingga proses Reverse Osmosis dapat memberikan menyaring mineral-mineral tersebut. Reverse Osmosis juga dapat menghilangkan kandungan kimia berbahaya yang terkandung di dalam air seperti fluoride.

Teknologi RO biasanya dipakai pada pesawat ruang angkasa, perlengkapan perang negara-negara maju, penyediaan air pada bencana alam, dan lain-lain. Reverse Osmosis mampu untuk menyingkirkan beragam kontaminan aestetik yang menimbulkan rasa yang tidak sedap, warna, dan problim bau seperti rasa asin atau rasa soda yang disebabkan oleh chlorides atau sulfat. Sistem RO pada umunya, efektif untuk menyingkirkan kontaminan yang menyangkut kesehatan seperti arsenic, asbestos, atrazine (herbisida/pesticida), fluoride, lead, mercury, nitrate, dan radium, dan lain-lain. Dengan kemampuannya tersebut, Reverse Osmosis merupakan teknologi pengolahan air yang sangat umum digunakan guna menghasilkan air yang berkualitas tinggi.

Di dalam proses desalinasi air laut dengan sistem osmosis balik (RO), tidak memungkinkan untuk memisahkan seluruh garam dari air lautnya, karena akan membutuhkan tekanan yang sangat tinggi sekali. Oleh karena itu pada kenyataanya, untuk mengasilkan air tawar maka air asin atau air laut dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam sutu modul membrane osmosis balik yang mempunyai dua buah outlet yakni outlet untuk air tawar yang dihasilkan dan outlet untuk air garam yang telah dipekatkan (reject water).

3.      Proses Penyaringan pada membran RO

Di dalam membran RO tersebut terjadi proses penyaringan dengan ukuran molekul, yakni partikel yang molekulnya lebih besar dari pada molekul air, misalnya molekul garam dan lainnya, akan terpisah dan akan terikut ke dalam air buangan (reject water). Oleh karena itu air yang akan masuk kedalam membran RO harus mempunyai persyaratan tertentu misalnya kekeruhan harus nol, kadar besi harus < 0,1 mg/l, pH harus dikontrol agar tidak terjadi pengerakan calsium dan lainnya.

Dalam prakteknya, proses pengolahan air minum dengan sistem reverse osmosis terdiri dari dua bagian yakni unit pengolahan pendahuluan dan unit RO. Oleh karena air baku yakni air laut, terutama yang dekat dengan pantai masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral, plankton dan lainnya, maka air baku tersebut perlu dilakukan pengolahan pendahuluan sebelum diproses di dalam unit RO. 

Unit pengolahan pendahuluan tersebut terdiri dari : pompa air baku, bak koagulasi-flokulasi, tangki reaktor (kontaktor), saringan pasir, filter mangan zeolit, dan filter untuk penghilangan warna (color removal), dan filter cartridge ukuran 0,5 μm. Sedangkan unit RO terdiri dari : pompa tekanan tinggi, membran RO, pompa dosing untuk anti scalant, anti biofouling dan sterilisator ultra violet (UV).

Air baku (air laut) dipompa ke bak koagulasi-flokulasi untuk mengendapakan zat padat tersuspenssi, selanjutnya di alirkan ke rapaid sand filter, selanjutnya ditampung di dalam bak peampung. Dari bak penampung air laut dipompa ke pressure filter sambil diinjeksi dengan larutan kalium permanganat agar zat besi atau mangan yang larut dalam air baku dapat dioksidasi menjadi bentuk senyawa oksida besi atau mangan yang tak larut dalam air. Selain itu dijinjeksikan larutan anti scalant, anti biofouling yang dapat berfungsi untuk mencegah pengkerakan serta membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan biofouling di dalam membrane RO.

Dari pressure filter, air dialirkan ke saringan filter multi media agar senyawa besi atau mangan yang telah teroksidasi dan juga padatan tersuspensi (SS) yang berupa partikel halus, plankton dan lainnya dapat disaring.  Dengan adanya filter multi media ini, zat besi atau mangan yang belum teroksidasi dapat dihilangkan sampai konsentarsi <0,1 mg/l. Zat besi dan mangan ini harus dihilangkan terlebih dahulu karena zat-zat tesebut dapat menimbulkan kerak (scale) di dalam membran RO.

Dari filter multimedia, air dialirkan ke filter penghilangan warna. Filter ini mempunyai fungsi untuk menghilangkan warna senyawa warna dalam air baku yang dapat mempercepat penyumbatan membran RO. Setelah melalui filter penghilangan warna, air dialirkan ke filter cartridge yang dapat menyaring partikel dengan ukuran 0,5 μm.  Setelah melalui filter cartridge, air dialirkan ke unit RO dengan menggunakan pompa tekanan tinggi sambil diinjeksi dengan zat anti kerak dan zat anti biofouling. Air yang keluar dari modul membran RO ada dua yakni air tawar dan air buangan garam yang telah dipekatkan (reject water). Selanjutnya air tawarnya dipompa ke tangki penampung sambil dibubuhi dengan khlorine dengan konsentarsi tertentu agar tidak terkontaminasi kembali oleh mikroba, sedangkan air garamnya dibuang lagi ke laut.

Proses Desalinasi dengan RO

Di dalam proses desalinasi air laut dengan sistem osmosis balik (RO), tidak memungkinkan untuk memisahkan seluruh garam dari air lautnya, karena akan membutuhkan tekanan yang sangat tinggi sekali. Oleh karena itu pada kenyataanya, untuk mengasilkan air tawar maka air asin atau air laut dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam sutu modul membrane osmosis balik yang mempunyai dua buah outlet yakni outlet untuk air tawar yang dihasilkan dan outlet untuk air garam yang telah dipekatkan (reject water).

Di dalam membran RO tersebut terjadi proses penyaringan dengan ukuran molekul, yakni pertikel yang molekulnya lebih besar daripada molekul air, misalnya molekul garam dan lainnya, akan terpisah dan akan terikut ke dalam air buangan (brine/reject water). Oleh karena itu air yang akan masuk ke dalam membran RO harus mempunyai persyaratan tertentu misalnya kekeruhan harus nol, kadar besi harus < 0,1 mg/L, pH harus dikontrol agar tidak terjadi pengerakan kalsium dan lainnya [Said, 2008]. Membran RO bertindak sebagai “barrier” yang bersifat semi permeabel yang dengan mudah melewatkan komponen secara selektif (pelarut, biasanya air) dan menghalangi zat terlarut secara parsial maupun keseluruhan. Air akan berpindah dari sisi umpan ke sisi permeat dengan proses difusi dengan tekanan sebagai driving force atau gaya dorong yang dibutuhkan agar membran dapat bekerja

Di dalam prakteknya, proses pengolahan air minum dengan sistem reverse osmosis terdiri dari dua bagian yakni unit pengolahan pendahuluan dan unit RO. Oleh karena air baku yakni air laut, terutama yang dekat dengan pantai masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral, plankton dan lainnya, maka air baku tersebut perlu dilakukan pengolahan pendhuluan sebelum diproses di dalam unit RO.

Unit pengolahan pendahuluan tersebut terdiri dari beberapa peralatan utama yakni pompa air baku, bak koagulasi-flokulasi, tangki reaktor (kontaktor), saringan pasir, filter mangan zeolit, dan filter untuk penghilangan warna (color removal), dan filter cartridge ukuran 0,5 μm. Sedangkan unit RO terdiri dari pompa tekanan tinggi dan membran RO, serta pompa dosing untuk anti scalant, dan anti biofouling dan sterilisator ultra violet (UV).

Air baku (air laut) dipompa ke bak koagulasi-flokulasi untuk mengendapakan zat padat tersuspenssi, selanjutnya di alirkan ke rapaid sand filter, selanjutnya ditampung di dalam bak peampung. Dari bak penampung air laut dipompa ke pressure filter sambil diinjeksi dengan larutan kalium permanganat agar zat besi atau mangan yang larut dalam air baku dapat dioksidasi menjadi bentuk senyawa oksida besi atau mangan yang tak larut dalam air. Selain itu dijinjeksikan larutan anti scalant, anti biofouling yang dapat berfungsi untuk mencegah pengkerakan serta membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan biofouling di dalam membrane RO. Dari pressure filter, air dialirkan ke saringan filter multi media agar senyawa besi atau mangan yang telah teroksidasi dan juga padatan tersuspensi (SS) yang berupa partikel halus, plankton dan lainnya dapat disaring.

Dengan adanya filter multi media ini, zat besi atau mangan yang belum teroksidasi dapat dihilangkan sampai konsentarsi <0,1 mg/l. Zat besi dan mangan ini harus dihilangkan terlebih dahulu karena zat-zat tesebut dapat menimbulkan kerak (scale) di dalam membran RO.  Dari filter multimedia, air dialirkan ke filter penghilangan warna. Filter ini mempunyai fungsi untuk menghilangkan warna senyawa warna dalam air baku yang dapat mempercepat penyumbatan membran RO. Setelah melalui filter penghilangan warna, air dialirkan ke filter cartridge yang dapat menyaring partikel dengan ukuran 0,5 μm.

Setelah melalui filter cartridge, air dialirkan ke unit RO dengan menggunakan pompa tekanan tinggi sambil diinjeksi dengan zat anti kerak dan zat anti biofouling. Air yang keluar dari modul membran RO ada dua yakni air tawar dan air buangan garam yang telah dipekatkan (reject water). Selanjutnya air tawarnya dipompa ke tangki penampung sambil dibubuhi dengan khlorine dengan konsentarsi tertentu agar tidak terkontaminasi kembali oleh mikroba, sedangkan air garamnya dibuang lagi ke laut.

Alur Pengolahan air dalam Sistem Reverse Osmosis

Berdasarkan kondisi air baku yang akan diolah proses pengolahan yang digunakan yakni kombinasi proses koagulasi-flokulasi, oksidasi zat besi dan mangan, filtrasi dan desalinasi dengan proses reverse osmosis (RO).  Air baku yang berasal dari air muara sungai atau sumur dipompa ke bak clarifier atau bak koagulasi berupa lumpur atau zat warna organik dapat digumpalkan menjadi flok atau gumpalan partikel sambil diinjeksi dengan larutan PAC (polyaluminium chloride) agar partikel kotoran yang kotoran yang akan mengendap di dasar bak clarifier. Air limpasan atau over flow dari bak clarifier selanjutnya dialirkan ke bak penampung air baku. Dari bak penampung air baku, air baku dipompa ke tangki reaktor sambil diinjeksi denganl arutan kalium permanganat dengan menggunakan pompa dosing, agar zat besi atau mangan yang larut dalam air baku dapat dioksidasi menjadi bentuk senyawa oksida Besi atau Mangan yang tak larut dalam air. Selain itu, pembubuhan Kalium Permanganat bersifat oksidator yang dapat juga dapat berfungsi untuk membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan biofouling (penyumbatan oleh bakteri) di dalam membran Osmosa Balik.

Dari tangki reaktor, air dm yang telah teroksidasi dan juga padatan tersuspensi (SS) yang berupa partikel halus, plankton dan lainnya dapat disaring. Air yang keluar dari saringan pasir selanjutnya dialirkan ke filter Mangan Zeolit (manganese greensand filter). Dengan adanya filter Mangan Zeolit ini, zat besi atau mangan yang belum teroksidasi di dalam tangki reaktor dapat dihilangkan sampai konsentrasi < 0,1 mg/l. Zat Besi dan Mangan ini harus dihilangkan terlebih dahulu karena zat-zat tesebut dapat menimbulkan kerak (scale) di dalam membran RO.

Dari filter Mangan Zeolit, air dialirkan ke filter karbon aktif (activated carbon filter) untuk menghilangkan bau atau warna serta polutan mikro. Filter ini mempunyai fungsi untuk menghilangkan senyawa warna dalam air baku yang dapat mempercepat penyumbatan membran Osmosa Balik secara adsorpsi. Setelah melalui filter penghilangan warna, air dialirkan ke filter cartridge yang dapat menyaring partikel kotoran sampai ukuran 0,5 mikron. Dari filter cartridge, selanjutnya, air dialirkan ke unit membrane RO dengan menggunakan pompa tekanan tinggi sambil diinjeksi dengan zat anti kerak (antiskalant) dan zat anti biofouling. Air yang keluar dari modul membran Osmosa Balik yakni air tawar dan air buangan garam yang telah dipekatkan. Selanjutnya produk air tawar dialirkan ke tangki penampung air produk yang terbuat dari bahan stainles steel. Sedangkan air baungan atau reject brine dibuang ke saluranatau sungai kembali.

Dari tangki penampung air produk, sebelum ke kran pengisian air di alirkan ke filter cartridge untuk air produk dengan menggunakan pompa, selanjutnya dilewatkan ke sterilisator Ultra Violet dan selanjutnya ke kran pengiasian.

Air produk yang sudah siap minum didistribusikan ke masyarakat dengan menggunakann botol galon 20 liter dan disegel dengan tutup plastik agar tidak terjadi rekontaminasi.

Bagan pengolahan air bersih dengan sistem Reverse Osmosis

Permasalahan Pada Penerapan Teknologi Reverse Osmosis

Sistem reverse osmosis memberikan beberapa keuntungan dalam pengolahan air yaitu; Menghasilkan air dengan kualitas sangat baik, memerlukan sedikit bahan kimia , kebutuhan energi lebih rendah untuk operasi dan pemeliharaan, dan mampu memproduksi air dengan kualitas konstan, serta mampu menyisihkan bahan kontaminan dengan cukup baik. Namun, dalam aplikasinya tentu mempunyai juga beberapa permasalahan dan kendala teknis yang dihadapi yang kemudian berdampak pada efisiensi proses produksi air.

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.

Kesimpulan

-   Unit alat pengolahan air siap minum tersebut sangat berpotensi sebagai usaha untuk mengatsai masalah penediaan air minum untuk daerah yang sulit air misalnya untuk wilayah pedesaan di kawasan pesisier pantai atau pulau-pulau terpencil.

-     Sistem Reverse Osmosis sangat baik dan efisien, tetapi membutuhkan konsumsi energi yang cukup besar dan biaya pengoperasiannya juga mahal, oleh karena itu pemanfaatannya hingga saat ini lebih banyak untuk industri.

-    Mengolah rawa atau air sungai yang payau menjadi air yang siap minum dapat dilakukan dengan kombinasi proses koagulasi – flokulasi, pengendapan, filtrasi dan proses reverse osmosis yang dilengkapi dengan UV sterilisator.

-    Unit alat alat pengolahan rawa payau menjadi air siap minum ini sangat cocok digunakan untuk wilayah antara lain :

•         Kawasan desa pesisir pantai

•         Kawasan desa rawa pasang surut.

•         Pemukiman padat penduduk di kawasan pesisir

•         Daerah pemukiman yang kualitas air tanahnya jelek, dll

-   Sistem RO tersebut mempunyai banyak keuntungan. Akan tetapi dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk operasi, agar alat dapat digunakan secara baik dan awet. Dalam operasional diperlukan biaya perawatan, Diantaranya : Biaya bahan kimia, bahan bakar, penggantian media penyaring, servis dan biaya operator.

-       

     Sistem pengolahan air sangat bergantung pada kualitas air baku yang akan diolah. Kualitas air baku yang buruk akan membutuhkan sistem pengolahan yang lebih rumit.

Daftar Pustaka

Dewi L.K., Rancang bangun Alat Pemurni Air payau Sederhana Dengan Membran Reverse Osmosis Untuk Memenuhi Kebutuhan Air Minum Masyarakat Miskin Daerah Pesisir, Jurusan Teknik Lingkungan, Fakutas Teknik Sipil dan Perencanaan, ITS Surabaya. 

Idaman Said Nusa., 2003. Aplikasi Teknologi osmosis balik untuk memenuhi kebutuhan air minum di kawasan pesisir atau pulau terpencil., Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair, Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Lingkungan, BPPT.

Indriatmoko Haryoto., 1999. Pengolahan Air Asin Atau Payau Dengan Siste Osmosis Balik., Kelompok teknologi Pengelolaan Air bersih dan limbah cair direktorat teknologi lingkungan, deputi bidang teknologi informasi, energi, material dan lingkungan badan pengkajian dan penerapan teknologi, Jakarta.

Maulana Malik., Pengolahan Air Produk Reverse Osmosis Sebagai Umpan Boiler Dengan Menggunakan Ion Exchange., Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, Semarang.

 http://nanosmartfilter.com/desalinasi-air-laut-menjadi-tawar/

http://lamiyamz.blogspot.com/2009/03/desalinasi-air-laut-menggunakan-metode.html

http://www.kamusilmiah.com/teknologi/instalasi-pengolahan-air-sistem-reverse-osmosis/