T
T
eknolo
eknologi M
gi Membran
embran
Membran ialah sebuah penghalang selektif antara dua fasa. Membran memiliki ketebalan 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 yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis serta ada yang homogen dan ada juga
juga yang yang heterogen. heterogen. Ditinjau Ditinjau dari dari bahannya bahannya membran membran terdiri terdiri dari dari bahan bahan alami alami dan dan bahanbahan sintetis. Bahan alami yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas sedangkan bahan sintetis. Bahan alami yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas sedangkan bahan sintetis dibuat dari bahan kimia, misalnya polimer.
sintetis dibuat dari bahan kimia, misalnya polimer.
Membran berfungsi untuk memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, Membran berfungsi untuk memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut permeat.
permeat. Filtrasi Filtrasi dengan dengan menggunakan menggunakan membran membran selain selain berfungsi berfungsi sebagai sebagai sarana sarana pemisahanpemisahan juga
juga berfungsi berfungsi sebagai sebagai sarana sarana pemekatan pemekatan dan dan pemurnian pemurnian dari dari suatu suatu larutanyang larutanyang dilewatkandilewatkan pada membran tersebut.
pada membran tersebut.
Beberapa keunggulan Teknologi Membran: Beberapa keunggulan Teknologi Membran:
-- Pemisahan dapat dilakukan secara kontinyuPemisahan dapat dilakukan secara kontinyu -- Konsumsi energi umumnya relatif rendahKonsumsi energi umumnya relatif rendah
-- Proses membran dapat dengan mudah digabungkan denga proses pemisahan lainnyaProses membran dapat dengan mudah digabungkan denga proses pemisahan lainnya (hybrid processing)
(hybrid processing)
-- Pemisahan dapat dilakukan dengan kondisi operasi yang dapat diaturPemisahan dapat dilakukan dengan kondisi operasi yang dapat diatur -- Tidak memerlukan bahan tambahanTidak memerlukan bahan tambahan
-- Pemakaiannya mudah diadaptaasikan karena material penyusun membran yangPemakaiannya mudah diadaptaasikan karena material penyusun membran yang bervariasi
bervariasi
Dengan banyaknya keunggulan, penggunaan membran juga mempunyai keterbatasan yaitu Dengan banyaknya keunggulan, penggunaan membran juga mempunyai keterbatasan yaitu terjadinya fouling atau polarisasi konsentrasi pada membran, dan jangka hidup membran terjadinya fouling atau polarisasi konsentrasi pada membran, dan jangka hidup membran yang relatif singkat.
yang relatif singkat.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja membran antara lain: Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja membran antara lain:
1.
1. Ukuran molekulUkuran molekul 2.
2. Bentuk molekulBentuk molekul 3.
4. Karakteristik larutan
5. Parameter operasional (tekanan, suhu, konsentrasi, ph, polarisasi)\ Klasifikasi membran :
Membran diklasifikasikan menjadi beberapa golongan sebagai berikut : 1. Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatan
2. Jenis membran berdasarkan fungsi 3. Jenis membran berdasarkan morfologi
4. Jenis membran berdasarkan prinsip pemisahannya Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatan
Berdasarkan bahan dasar pembuatannya, membran dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu :
1. Membran biologis
Merupakan membran yang sangat kompleks pada struktur dan fungsinya. Banyak dijumpai dalam sel mahluk hidup yang terdiri atas struktur dasar dari dua lapisan lemak. Contoh : sel kulit, ginjal, jantung dan lain sebagainya (Wenten,1996)
2. Membran sintesis
Membran sintesis merupakan membran buatan yang sengaja dibuat untuk kepentingan tertentu. Membran sintesis dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : membran organik dan membran anorganik ( Mulder, 1996). Membran organik adalah membran yang bahan penyusun utamanya adalah polimer dan makromolekul dengan bahan baku senyawa
organik yang dibuat pada suhu rendah (suhu kamar ). Contoh : membran selulosa asetat, PAN, PA, dan lain sebagainya ( Mulder, 1996 ). Membran anorganik tersusun dari senyawa anorganik contoh : membran keramik ( seperti ZrO2 dan γ-Al2O3 ), membran gelas ( seperti SiO2 ) ( Mulder, 1996).
Jenis membran berdasarkan fungsi
Berdasarkan fungsinya, membran terbagi menjadi empat jenis, yaitu : membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan reserve osmosis ( Mulder, 1996). Ciri-ciri khusus seperti ukuran pori, tekanan, dan fungsi masing-masing membran ditunjukkan pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Jenis membran berdasarkan fungsi ( Mulder, 1996 ) NO Jenis Membran Ukuran Pori Tekanan Fungsi
1 Mikrofiltrasi 0,05-10 µm < 2 bar Memisahkan suspensi dan koloid
2 Ultrafiltrasi 1 -100 nm 1-10 bar Memisahkan makromolekul 3 Nanofiltrasi < 2 nm 5-25 bar Memisahkan kompononen
terlarut yang mempunyai berat molekul rendah
4 Reverse osmosis < 2 nm Air payau : 15-25 bar Air laut : 40-80 bar
Memisahkan komponen terlarut dengan berat molekul rendah
Definisi Nanofiltrasi
Nanofiltarsi merupakan proses khusus yang dipilih ketika proses Reverse Osmosis dan Ultrafiltrasi bukan merupakan pilihan yang tepat untuk operasi separasi. Nanofiltrasi bisa digunakan untuk beberapa jenis pemisahan seperti demineralisasi, penghilangan zat pewarna dan desalinasi. Pada larutan yang terdiri solute organik, suspended solid, dan ion polyvalen, permeat yang dihasilkan mengandung ion monovalen dan berupa larutan organik dengan BM
rendah seperti alkohol (Baker, 2004 )
Nanofiltrasi adalah proses yang menggunakan tekanan sebagaidriving force. Proses separasi didasarkan pada ukuran molekul. Membran yang digunakan dalam proses nanofiltrasi memiliki retensi yng tidak terlalu besar terhadap garam univalen ( Dasilva dkk, 2007 ).
Prinsip kerja nanofiltrasi
Nanofiltrasi merupakan proses yang terjadi akibat perbedaan tekanan untuk memisahkan solut berukuran lebih besar dari larutan dengan menggunakan membran semipermeabel. Proses ini dilakukan dengan cara mengalirkan larutan sepanjang permukaan membran dengan memanfaatkan beda tekanan. Filtrasi membran aliran crossflow menggunakan laju alir yang besar untuk meningkatkan laju permeate dan mengurangi kemungkinan terjadinya fouling . Partikel solut yang terinjeksi ( misal : garam terlarut )
terpisah bersama dengan arus aliran yang keluar dan tidak terakumulasi dipermukaan membran ( Norman dkk, 2008 ).
Pori pada membran nanofiltrasi tidak bisa diamati dengan menggunak mikroskop, walaupun begitu air masih bisa melewati membran sedangkan garam multivalent dan bahan organik dengan BM rendah akan terinjeksi.
Membran nanofiltrasi dengan ukuran pori sekitar 0,001 mikrometer memiliki keterbatasan dalam mengolah air baku menjadi air minum. Membran nanofiltrasi hanya dapat memisahkan air dari padatan terlarut, bakteri, virus, ion multivalensi seperti Ca2+, Mg2+ dll yang menyebabkan kesadahan atau molekul yang mempunyai berat moleku dengan rentang 200-5000 dan tidak dapat memisahkan ion monovalensi seperti Na+, K + dll. Hal ini berarti, membran nanofiltrasi hanya dapat mengolah air baku yang berupa air tawar ( Ren dan Wang, 2011).
Sulit untuk memprediksi performansi dari membran nanofiltrasi, terutama bila terdapat lebih dari tiga macam solut dalam larutan tersebut karena rejeksi membran di pengaruhi oleh ukuran , struktur, dan muatan dari komponen dalam larutan. Akibatnya, proses piloting sangat direkomendasikan pada aplikasi nanofiltrasi, apalagi bila hasil analisa
air umpan tersedia secara lengkap. Aplikasi membran dalam industri
Nanofiltrasi merupakan teknik yang ditemukan beberapa tahun yang lalu. Sekarang, nanofiltrasi banyak diterapkan diberbagai aplikasi pada proses pemurnian air seperti pelunakan air, penghilangan warna dan penghilangan makropolutan pada tabel 2.3 akan
disajikan aplikasi membran dalam industri.
Tabel 2.3 aplikasi membran dalam industri ( Norman dkk, 2008) No Aplikasi Permeat Konsentrat
(Retentat)
keterangan
1 Whey / whey permeat
Air limbah yang mengandung garam
Concentrate whey
tanpa garam
Memungkinkan recovery
konsentrat laktosa dan protein dengan reduksi
kandungan garam
COD menghilangkan garam dari zat warna sehingga didapatkan produk bernilai tinggi
3 Larutan kaustik Larutan kaustik BOD, COD,
suspended solids,
pembersih kaustik
Memungkinkan larutaan kaustik dapat direcycle
sehingga dapat mengurangi biaya pembersihan secara kimia 4 Recycle dari larutan asam
Larutan asam BOD, COD, kalsium,
suspended solids, air asam
Memungkinkan larutan asam dapat direcycle sehingga dapat mengurangi pembersihan secara kimia
5 Air (laut dan payau)
Air lunak Air sadah Produksi air secara portable. Air lunak dapat mengurangi terjadinya kerak pada permukaan
Heat Exchanger
6 Antibiotik Limbah yang mengandung garam
Antibiotik pekat tanpa garam
Menghasilkan produk farmasi bernilai tinggi
Nanofiltrasi dapat menghasilkan proses pemisahan yang sangat terjangkau secara ekonomis. Tetapi Nanofiltrasi belum dapat mengolah mineral terlarut, warna dan salinasi air, sehingga air hasil olahan (permeate) masih mungkin mengandung ion monovalen dan larutan dengan pencemar yang memiliki berat molekul rendah seperti alkohol. Pengolahan menggunakan Nanofiltrasi pada umumnya menggunakan membran berukuran 0.0001 mikron – 0.001
Teknologi Pemisahan dengan Membran untuk Pengolahan Air Buangan
Feature MF UF NF RO
Per-vaporation
Pemisahan zat padat tersuspensi
Sangat baik
Tidak praktis Tidak praktis Tidak praktis Tidak cocok
Pemisahan zat organic terlarut
Tidak cocok
Sempurna Sangat baik Sangat baik Baik
Pemisahan Volatile Organic Carbon
(VOC)
Tidak cocok
Buruk Cukup Cukup-baik Sangat baik
Pemisahan zat inorganic terlarut
Tidak cocok
Tidak cocok Baik (untuk garam inorganic terlarut) Sangat baik (pemisahan 90-99%) Tidak cocok Efek tekanan osmosis
Tidak ada Kecil Signifikan High Tidak ada
Batasan konsentrasi total solid sampai dengan 5% total organic sampai dengan 50% sampai dengan 15% sampai dengan 15% Tidak cocok
Kualitas Permeate Sangat baik
Sangat baik Baik Sangat baik Sangat baik
Tekanan Kerja 1-3 bars 3-7 bars 5-10 bars 15-70 bars <25% dari proses Biaya capital
($/gallon per hari)
0.15-1.5 0.15-1.85 0.15-1.5 0.15-1.5 1.85-4.00
Biaya operasi ($/1000 liter input)
