Penggolahan Air Asin Menjadi Air Minum Dengan Sistem Osmosis

PENDAHULUAN

Alat pengolah air asin ada banyak dan macamnya. Selama ini untuk mengolah air asin dikenal dengan cara destilasi, pertukaran ion, elektrodialisis, dan osmosa balik. Masing-masing teknologi mempunyai keunggulan dan kelemahan. Pemanfaatan teknologi pengolahan air asin harus disesuaikan dengan konsidi air baku, biaya yang tersedia, kapasitas dan kualitas yang diinginkan oleh pemakai air. Di antara berbagai macam teknologi tersebut yang banyak dipakai adalah teknologi destilasi dan osmosa balik. Teknologi destilasi umumnya banyak dipakai ditempat yang mempunyai energi terbuang (pembakaran gas minyak pada kilang minyak), sehingga dapat menghemat biaya operasi dan skala produksinya besar (>500 m3/hari). Sedangkan teknologi osmosa balik banyak dipakai dalam skala yang lebih kecil.

Keunggulan teknologi membran osmosa balik adalah kecepatannya dalam memproduksi air, karena menggunakan tenaga pompa. Kelemahannya adalah penyumbatan pada selaput membran oleh bakteri dan kerak kapur atau fosfat yang umum terdapat dalam air asin atau laut. Untuk mengatasi kelemahannya pada unit pengolah air osmosa balik selalu dilengkapi dengan unit anti pengerakkan dan anti penyumbatan oleh bakteri. Sistem membran reverse yang dipakai dapat berupa membran hollow fibre, lempeng/plate atau berupa spiral wound. Membran ini mampu menurunkan kadar garam hingga 95-98%. Air hasil olahan sudah bebas dari bakteri dan dapat langsung diminum. Teknologi pengolahan air asin sistem osmosa balik banyak dipakai di banyak negara seperti Amerika, Jepang, Jerman dan Arab. Teknologi ini banyak dipakai untuk memasok kebutuhan air tawar bagi kota-kota tepi pantai yang langka sumber air tawarnya. Pemakai lain adalah kapal laut, industri farmasi, industri elektronika, dan rumah sakit.

Unit Bergerak Pengolah Air Asin dimaksudkan sebagai UNIT EMERGENSI yang dapat membantu dalam penyediaan air bersih pada keadaan bencana alam, wabah diare atau muntaber pada suatu wilayah, kekurangan air tawar selama musim kemarau terutama pada daerah pantai.

PROSES DESALINASI OSMOSIS BALIK

Pada proses dengan membran, pemisahan air dari pengotornya didasarkan pada proses penyaringan dengan skala molekul. Di dalam proses desalinasi air laut dengan sistem osmosis balik, tidak memungkinkan untuk memisahkan seluruh garam dari air lautnya, karena akan membutuhkan tekanan yang sangat tinggi sekali. Pada prakteknya untuk menghasilkan air tawar, air asin atau air laut dipompa dengan tekanan tinggi ke dalam suatu modul membran osmosis balik yang mempunyai dua buah pipa keluaran, yakni pipa keluaran untuk air tawar yang dihasilkan dan pipa keluaran untuk air garam yang telah dipekatkan.

Di dalam membran Osmosa Balik 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 ikut ke dalam air buangan. Oleh karena itu air yang akan masuk ke dalam membran osmosa balik harus mempunyai persyaratan tertentu, misalnya kekeruhan harus nol, kadar besi harus < 0,1 mg/l, pH harus dikontrol agar tidak terjadi pengerakan kalsium karbonat dan lainnya.

Pengolahan air minum dengan sistem Osmosa Balik terdiri dari dua bagian, yakni unit pengolahan awal dan unit Osmosa Balik. Salah satu contoh diagram proses pengolahan air dengan sistem Osmosa Balik dapat dilihat seperti pada Gambar 1. Air laut, terutama yang dekat dengan pantai masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral, plankton dan lainnya, maka air baku tersebut perlu dilakukan pengolahan awal sebelum diproses di dalam unit Osmosa Balik. Unit pengolahan pendahuluan tersebut terdiri dari beberapa peralatan utama yakni pompa air baku, tangki reaktor (kontaktor), saringan pasir, filter mangan zeolit, dan filter untuk penghilangan warna (color removal), dan filter cartridge ukuran 0,5 µm. Sedangkan unit Osmosa Balik terdiri dari pompa tekanan tinggi dan membran Osmosa Balik, serta pompa dosing klorine dan sterilisator ultra violet (UV).


Skema pengolahan air asin menjadii air minum



Gambar 1. Contoh Sistem Pengolah Air Asin



PROSES PENGOLAHAN

Air baku (air laut) dipompa ke tangki reaktor (kontaktor), sambil diinjeksi dengan larutan klorin atau 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, pembubuhan Klorin atau Kalium Permanganat dapat berfungsi untuk membunuh mikroorganisme yang dapat menyebabkan biofouling (penyumbatan oleh bakteri) di dalam membran Osmosa Balik.

Dari tangki reaktor, air dialirkan ke saringan pasir cepat agar senyawa Besi atau Mangan 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. Dengan adanya filter Mangan Zeolit ini, zat Besi atau Mangan yang belum teOsmosa Balikksidasi 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 Osmosa Balik.

Dari filter Mangan Zeolit, air dialirkan ke filter penghilangan warna. Filter ini mempunyai fungsi untuk menghilangkan senyawa warna dalam air baku yang dapat mempercepat penyumbatan membran Osmosa Balik. 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 Osmosa Balik 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 air tawarnya dipompa ke tangki penampung sambil dibubuhi dengan klorine dengan konsentarsi tertentu agar tidak terkontaminasi kembali oleh mikroba, sedangkan air garamnya dibuang lagi ke laut.

KUALITAS AIR BAKU

Kualitas air baku menentukan proses yang akan dilakukan untuk menghasilkan air yang siap diminum. Oleh karena itu pengambilan contoh air dari lokasi pengoperasian sangat dibutuhkan untuk desain alat. Jika kualitas air berubah-ubah sebaiknya dipilih lokasi yang paling stabil kualitasnya dan kalau perlu dibangun stasiun pengambilan air baku. Dengan demikian peralatan dapat bekerja secara efektif dan efisien. Air asin yang akan diolah oleh membran harus jernih, oleh karena itu pada kasus-kasus dimana air tidak jernih atau keruh perlu dilakukan pengolahan awal atau pretreatmen karena pretreatmen yang terpasang terbatas kemampuannya.

SUMBER TENAGA

Tenaga yang dibutuhkan untuk menjalankan seluruh unit osmosa balik sangat bervariasi tergantung dari kapasitas alat yang diinginkan, sebagai contoh alat pengolah air sistem osmosa balik kapasitas 10 m3/hari membutuhkan Genset dengan kapasitas 10 KVA dengan fasilitas 3 phase dan tegangan 380 volt.

CARA KERJA SISTEM DAN SPESIFIKASI TEKNIS

Berdasarkan analisa kualitas air baku, maka unit-unit berikut ini yang dilengkapi dengan perangkat pendukungnya dapat menurunkan kadar parameter-parameter yang tidak memenuhi syarat standar kualitas air minum yang berlaku.

1. Pompa Air Baku
Pompa air baku adalah pompa sentrifugal biasa dengan kapasitas yang sesuai dengan kapasitas maksimum dari Unit Pengolah Awal. Pompa air baku minimal mempunyai daya tarik minimal 9 meter dan daya dorong 40 meter. Pada kondisi daya hisap kurang, sebaiknya dilengkapi pula oleh pompa celup yang dipasang pada selang air baku. Unit-unit yang harus dilalui oleh air baku adalah tangki pencampur (reactor tank), saringan pasir cepat (rapid sand filter), saringan mangan-zeolit cepat dan saringan karbon aktif/resin. Sebagai contoh kasus dalam proses pengolahan awal (Kapasitas 10 m3/hari) kehilangan tekanan sekitar 2,5 bar. Sehingga minimal pompa air baku harus bertekanan 5 bar, sehingga pada saat memasuki unit osmosa balik tekanan masih tersisa sekitar 2 - 2,5 bar.
2. Tangki Pencampur
Tangki Pencampur adalah alat untuk mengakomodasikan terjadinya proses pencampuran antara air baku dan bahan-bahan kimia tertentu. Biasanya dipakai Kalium permanganat atau klorin yang berfungsi sebagai zat oksidator untuk menurunkan kandungan bahan organik dan soda ash yang digunakan untuk menaikkan pH kearah netral. Penggunaan Kalium permanganat atau klorin dimaksudkan untuk membunuh bakteri-bakteri pathogen, sehingga tidak menimbulkan masalah penyumbatan di sistem penyaringan berikutnya karena terjadinya proses biologi (terbentuknya jamur dll.). Tangki pencampur didisain khusus agar waktu kontak sesingkat mungkin dan pencampuran antara air baku dan bahan-bahan kimia tersebut dapat terjadi sebaik mungkin (homogen). Sistem pencampuran disini adalah sistem hidrolika (hydraulic mixing), sehingga dapat menghemat pemakaian energi listrik.
3. Penyaring Pasir Cepat
Air dari tangki pencampur masuk ke unit penyaringan pasir cepat dengan tekanan maksimum sekitar 4 Bar. Unit ini berfungsi menyaring partikel kasar yang berasal dari air baku dan hasil oksidasi kalium permanganat atau klorin, termasuk besi dan mangan. Unit filter berbentuk silinder dan terbuat dari bahan fiberglas. Unit ini dilengkapi dengan keran multi purpose (multiport), sehingga untuk proses pencucian balik dapat dilakukan dengan sangat sederhana, yaitu dengan hanya memutar keran tersebut sesuai dengan petunjuknya. Tinggi filter ini mencapai 120 cm dan berdiameter 30 cm. Media penyaring yang digunakan berupa pasir silika dan terdiri dari 4 ukuran, yaitu dari diameter terbesar 2 - 3 cm, kemudian 0,5 - 1 cm, 3 - 5 mm dan yang terkecil 1 - 2 mm. Unit filter ini juga didisain secara khusus, sehingga memudahkan dalam hal pengoperasiannya dan pemeliharaannya. Dengan dilengkapi oleh 2 (dua) buah water moore, maka penggantian media filter dapat dilakukan dengan mudah.
4. Penyaring Mangan Zeolit
Unit ini mempunyai bentuk dan dimensi yang sama dengan unit penyaring pasir cepat, namun mempunyai material media filter yang sangat berbeda. Media filter adalah mangan zeolit yang berdiameter sekitar 0,3 - 0,5 mm. Dengan menggunakan unit ini, maka kadar besi dan mangan, serta beberapa logam-logam lain yang masih terlarut dalam air dapat dikurangi sampai sesuai dengan kandungan yang diperbolehkan untuk air minum.
5. Penyaring Karbon Aktif atau Resin
Unit ini khusus digunakan untuk penghilang bau, warna, logam berat dan pengotor-pengotor organik lainnya. Ukuran dan bentuk unit ini sama dengan unit penyaring lainnya. Media penyaring yang digunakan adalah karbon aktif granular atau butiran dengan ukuran 1 - 2,5 mm atau resin sintetis, serta menggunakan juga media pendukung berupa pasir silika pada bagian dasar.
6. Filter Kartridge
Penyaring ini merupakan penyaring pelengkap untuk menjamin bahwa air yang akan masuk ke proses penyaringan osmosa balik benar-benar memenuhi syarat air baku bagi sistem osmosa balik. Alat ini mempunyai media penyaring dari bahan sintetis selulosa. Alat ini juga berbentuk silinder dengan tinggi sekitar 25 cm dan diameter sebesar 12 cm. Kemampuan filtrasi filter ada dua macam, yaitu 0,45 mm dan 0,1 mm. Unit ini dipasang sebelum pompa tekanan tinggi dan membran osmosa balik.
7. Pompa Tekanan Tinggi
Pompa Tekanan Tinggi digunakan untuk mengalirkan air dari sistem penyaringan konvensional ke sistem penyaringan skala molekuler (membrane polymer). Untuk menembus membran osmosa balik membutuhkan tekanan besar. Jika air baku payau (TDS < 12.000 ppm) maka tekanan yang dibutuhkan berkisar 20 - 30 bar, sedangkan untuk air laut dibutuhkan tekanan antara 30 - 60 bar. Tegangan listrik yang dibutuhkan oleh pompa ini adalah 380 Volt (tiga phasa).
8. Pompa Dosing
Dalam sistem pengolahan air payau dengan sistem osmosa balik ini, dibutuhkan 3 (tiga) buah pompa dosing. Masing-masing untuk klorin atau kalium permanganat, zat pengatur pH (soda ash), anti pengerakkan dan anti penyumbatan. Pompa dosing memerlukan energi listrik yang rendah, yaitu maksimum sebesar 30 Watt. Kapasitas dapat divariasikan dari 0,39 sampai dengan 12,0 liter per jam dan jumlah stroke maksimum 100 untuk setiap menit. Berat pompa masing-masing sekitar 2,6 kg. Tekanan 5 - 7 Bar.
9. Unit Osmosa balik
Unit Osmosa balik merupakan jantung dari sistem pengolahan air secara keseluruhan. Unit ini terdiri dari selaput membran yang digulung secara spiral dengan pelindung kerangka luar (vessel) yang tahan terhadap tekanan tinggi. Kapasitas tiap unit bermacam-macam tergantung disain yang diinginkan. Daya tahan membran ini sangat tergantung pada proses pengolahan awal. Jika pengolahan awalnya baik, maka membran ini dapat tahan lama.
10. Panel Kontrol
Seluruh rangkaian listrik dalam sistem osmosa balik ini berada dan berpusat dalam satu unit yang disebut panel kontrol. Panel ini dilengkapi dengan indikator-indikator tekanan dan sistem otomatis. Apabila tekanan pada membrane telah mencapai nilai maksimum, maka dengan sendirinya switch aliran listrik menghentikan suplainya dan seluruh sistem juga berhenti. Dalam keadaan seperti ini kondisi membran harus diamati secara khusus dan apakah sudah saatnya harus diganti.
11. Ultra Violet Sterilizer
Proses sterilisasi dalam sistem pengolahan air ini menggunakan lampu Ultra Violet. Lampu ini dapat membunuh semua bakteri dalam air minum. Ukuran dan dimensi alat ini sama dengan Filter Kartridge. Energi yang dibutuhkan maksimum sebesar 30 Watt. Lampu ini dipasang sebagai tambahan, terutama jika unit dipergunakan untuk air tawar dan tidak melalui membran osmosa balik.
12. Tangki Penampung Air Olahan
Air hasil pengolahan sistem osmosa balik ini ditampung pada tangki penampung air olahan. Jumlah tangki penampung disesuaikan dengan kebutuhan. Setiap tangki penampung ini bervolume 1000 liter. Tangki ini terbuat dari bahan fiberglas. Tangki penampung ini diletakkan ditempat yang agak tinggi (1 m atau lebih) agar supaya air hasil olahan tersebut dapat dialirkan secara gravitasi.
13. Tangki Bahan-Bahan Kimia
Tangki bahan kimia terdiri dari lima buah tangki fiberglas dengan volume masing-masing 30 liter. Bahan-bahan kimia utama adalah klorin, kalium permanganat, soda ash, anti penyumbatan dan anti pengerakkan. Sebuah tangki lagi dipersiapkan dan digunakan sebagai cadangan.
14. Sistem Jaringan Perpipaan
Sistem jaringan perpipaan terdiri dari empat bagian, yaitu jaringan inlet (air masuk), jaringan outlet (air hasil olahan), jaringan bahan kimia dari pompa dosing dan jaringan pipa pembuangan air pencucian. Sistem jaringan ini dilengkapi dengan keran-keran sesuai dengan ukuran perpipaan. Diameter yang dipakai sebagian besar adalah 3/4 “, sebagian lagi 1” dan 1/2”. Bahan pipa PVC tahan tekan, seperti rucika. Sedangkan keran yang dipakai adalah keran tahan karat terbuat dari plastik.