APLIKASI TEKNOLOGI MEMBRAN UNTUK DESINFEKSI AIR
Jaka Rukmana*
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10, Bandung, Indonesia
*Corresponding Author: jakarukmana@students.itb.ac.id
Abstrak
Pengolahan air merupakan suatu upaya untuk mendapatkan air bersih dan sehat dengan standar mutu air yang memenuhi syarat kesehatan. Proses pengolahan air merupakan proses perubahan fisik, kimia, dan biologi air baku. Adapun tujuan pengolahan air adalah memperbaiki derajat keasaman, mengurangi bau, mematikan mikroorganisme serta mengurangi kadar bahan-bahan terlarut. Pengolahan air dilakukan dalam beberapa tahap meliputi proses pemisahan benda-benda yang tercampur dan tidak larut serta proses pemisahan padatan tersuspensi, persenyawaan organik dan anorganik. Penyaringan dengan menggunakan membran adalah suatu proses pemisahan bahan-bahan tersuspensi dalam air melalui media berpori sehingga dapat menghasilkan air yang berkualitas baik. Penyaringan air dengan menggunakan membran merupakan teknologi yang dikembangkan oleh ilmuan untuk menggantikan teknologi konvensional. Penerapan membran dalam proses pengolahan air memiliki peran desinfeksi untuk pengolahan air.
Kata kunci: pengolahan air,membran, desinfeksi air
1. Pendahuluan
Air merupakan sumber daya alam yang sangat vital untuk kelangsungan hidup manusia dan organisme hidup lainnya, oleh karena itu keberadaannya perlu dipertahankan, baik secara kuantitas, kualitas maupun kontinuitasnya. Disamping bermanfaat secara positif yang dapat mempertahankan kehidupan, namun apabila pengelolaannya kurang baik dan air menjadi tercemar oleh bahan-bahan yang berbahaya, maka air tersebut dapat berakibat buruk bagi kehidupan.Air adalah sumber kehidupan. Air adalah senyawa sederhana (H2O) tetapi manfaatnya sangat banyak. Air bersih dan air murni merupakan bahan yang semakin penting dan juga langka dengan semakin majunya IPTEK, masyarakat dan peradaban industri. Sebaliknya berkat perkembangan IPTEK mutu air pun semakin dapat diperbaiki. Keberadaan air bagi manusia sangat penting di setiap harinya. Di Indonesia kebutuhan air untuk setiap orang mencapai 40– 120 liter setiap harinya. Namun persediaan air dari
berbagai sumber air bersifat terbatas dan tersebar secara tidak merata secara ruang dan waktu, diakibatkan adanya perbedaan iklim dan kemampuan tanah menyimpan air. Selain itu, semakin meluasnya wilayah pencemaran air akan mengurangi daya dukung air bersih bagi kehidupan manusia, karena ketersediaan air seringkali tidak mencukupi.
Menurut Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia nomor 416 tahun 1990, tentang syarat-syarat kualitas air, disebutkan bahwa air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan dapat diminum apabila setelah dimasak. Persyaratan air bersih yang dimaksud adalah persyaratan mikrobiologis, fisik, kimia dan radioaktif [1]. Kualitas air minum sudah menjadi isu nasional bahkan internasional dengan komitmen internasional yang dikenal dengan MDGs (Millennium Development
Goals) yaitu memastikan kelestarian
lingkungan yang salah satunya adalah tentang sanitasi dan aksesibilitas terhadap
air yang aman.Salah satu langkah penting pengolahan untuk mendapatkan air bersih adalah dengan membunuh bakteri yang tidak dikehendaki ada didalam air bersih, seperti bakteri patogen sebagai penyebab berbagai macam penyakit. Proses-proses yang dapat dilakukan untuk mengolah air baku adalah koagulasi-flokulasi, filtrasi, sedimentasi, aerasi, dan lain sebagainya. Tetapi proses-proses tersebut tidak menjamin hilangnya bakteri patogen dalam air bersih melainkan hanya sebatas menurunkan kekeruhan dan kandungan BOD-COD serta kandungan TSS (Total
Soluble Solid) dalam air baku.
Proses-proses tersebut masih bisa meloloskan bakteri atau mikroorganisme yang tidak diharapkan ada didalam air bersih [2].
Bakteri patogen harus dihilangkan dalam proses pengolahan air baku menjadi air bersih. Proses menghilangkan bakteri patogen yang kemudian menimbulkan bau yang tidak sedap dapat dilakukan dengan desinfeksi. Hal yang perlu diperhatikan dalam konteks desinfeksi adalah bagaimana mencegah terjadinya pemindahan bibit penyakit ke tubuh manusia melalui air bersih dengan memutus rantai antara keduanya dengan cara desinfeksi. Ada 3 kategori mikroorganisme patogen di usus manusia yaitu bakteri, virus, dan kista amoeba [2].
Untuk pertimbangan praktis, desinfeksi harus memenuhi persyaratan seperti dapat membunuh berbagai jenis dan semua populasi patogen yang ada didalam air bersih dalam waktu dan suhu tertentu, selain itu desinfeksi tidak bersifat racun pada manusia dan juga kadarnya dalam air mudah dianalisa dan diketahui. Air dapat didesinfeksi dengan berbagai cara yaitu pemanasan, penyaringan menggunakan membran, pemaparan ke sinar ultraviolet, dan reaksi dengan bahan kimia tertentu seperti bahan kimia oksidasi, ion logam, asam atau basa, dan bahan aktif permukaan.
Air yang telah tercemar, tidak memenuhi syarat untuk dipergunakan masyarakat. Apabila dipergunakan akan
menimbulkan akibat yang segera tampak (akut) dan akibat yang tampak secara perlahan-lahan atau dalam waktu yang lama (kronis). Air berperan dalam terjadinya penyebaran penyakit yaitu air sebagai penyebar bakteri patogen, air sebagai sarang insekta penyebar penyakit, dan air sebagai sarang sementara penyakit [3]. Jenis mikroba yang dapat menyebar melalui air yaitu virus, bakteri, protozoa dan metazoa. Penyakit bawaan air yang banyak terdapat di Indonesia dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Beberapa Penyakit Bawaan Air dan Agennya Agen Penyakit Virus : Rotavirus Virus hepatitis A Virus poliomyelitis Diare Hepatitis A Polio Bakteri : Vibiro cholerae Escherichia coli enteropatogenik Salmonella typhi Salmonella paratyphi Shigella dysenteriae Kolera Diare Tipus Paratipus Disentri Protozoa : Entamoeba histolytica Balantidia coli Giardia lambia Disentri Balantidiasis Giardiasis Metazoa : Ascaris lumbricoides Clonorchis sinensis Dyphyllobothrium latum Taenia saginata Schistomasoma Ascariasis Clonorchiasis Dipilobothriasis Teaniasis Schistosomiasis Sumber: [3]
Proses pengolahan air bertujuan untuk mengurangi kadar bahan pencemar seperti COD-BOD, partikel tercampur, serta membunuh organisme patogen. Diperlukan pengolahan tambahan untuk menghilangkan komponen beracun serta bahan yang tidak dapat didegradasi supaya konsentrasinya menjadi rendah. Pengolahan yang perlu dilakukan adalah secara bertahap yaitu pengolahan pertama (primer), pengolahan kedua (sekunder), dan pengolahan ketiga (tersier).
Pengolahan pertama bertujuan untuk membersihkan air dari benda-benda yang tercampur dan tidak larut (benda-benda padat dan benda-benda yang terapung) dengan cara pengendapan ataupun pengapungan. Pengolahan kedua merupakan proses biologis dengan tujuan untuk mengurangi bahan-bahan organik melalui mikroorganisme yang ada di dalamnya. Pengolahan ketiga merupakan pengolahan secara khusus sesuai dengan kandungan zat yang terbanyak dalam air dan bertujuan untuk memisahkan padatan tersuspensi, persenyawaan organik dan anorganik (senyawa-senyawa fosfat, nitrat dan bahan-bahan lainnya). Pengolahan dilakukan dengan menggunakan saringan (membran) dan proses penyerapan (adsorption) serta proses osmosis balik, sehingga air yang dihasilkan sesuai dengan yang diinginkan.
Penyaringan membran adalah suatu proses pemisahan bahan-bahan tersuspensi dalam air melalui bahan atau media berpori tertentu, sehingga dapat menghasilkan air yang berkualitas lebih baik. Membran yang digunakan pada proses filtrasi umumnya dibuat dari polimer alami dan modifikasinya, polimer sintetis, dan bahan inorganik. Pemilihan bahan baku pembentuk membran penting dilakukan karena jenis bahan baku dapat berpengaruh terhadap karakteristik membran yang dihasilkan. 2. Pengolahan Air Bersih dan Proses
Desinfeksi
Pengolahan air bersih pada dasarnya dilakukan untuk menghilangkan materi yang terbawa di dalam badan air. Sehingga perlu diketahui materi yang perlu dihilangkan, hal ini menyangkut beberapa parameter fisik,kimia mikroba dalam air.
Air bersih yang dikonsumsi dan dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari harus memenuhi keseluruhan persyaratan yang telah ditetapkan oleh Permenkes. Air yang tidak memenuhi salah satu persyaratan tersebut sebelum
digunakan sebagai air minum masih perlu dilakukan pengolahan selanjutnya. Salah satu syarat sebelum digunakan sebagai air minum adalah persyaratan mikrobiologi dan yang perlu diperhatikan keberadaan bakteri coliform dalam air yang diperbolehkan kadar maksimum 0 per 100 ml untuk air minum dan 10 per 100 ml untuk air bersih. Organisasi kesehatan dunia (WHO) telah menetapkan kebutuhan air per orang per hari untuk kebutuhan hidup sehat adalah 60 liter.
Secara umum pengolahan air bersih dibedakan menjadi dua, yaitu pengolahan lengkap dan pengolahan tak lengkap. Pengolahan lengkap biasanya digunakan untuk mengolah air permukaan dan pengolahan tak lengkap biasanya digunakan untuk mengolah air tanah.
Proses pengolahan air minum yang dilakukan untuk air permukaan adalah proses pengolahan lengkap. Proses pengolahan air melalui tahapan proses koagulasi, flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi. Koagulasi merupakan proses pencampuran koagulan dalam air melalui pengadukan cepat. Untuk menentukan dosis koagulan digunakan analisa Jartest. Yang mempengaruhi dosis koagulan adalah pH, kekeruhan, lama pengadukan dan suhu air. Flokulasi merupakan proses pembentukan flok melalui pengadukan lambat setelah proses koagulasi. Flokulasi berfungsi untuk mengendapkan flok-flok dari pengadukan lambat yang ukuran, bentuk dan beratnya berubah selama pengendapan. Effisiensi pengendapan menentukan pembebanan ke filter, periode pencucian filter dan kualitas effluen filter. Sedangkan pemisahan flok tergantung pada kedalam bak dan kecepatan aliran permukaan. Unit saringan (filter) merupakan proses pemisahan akhir padatan tersuspensi yang ada di dalam air pada instalasi pengolahan air minum.
Desinfeksi merupakan metode untuk membunuh bakteri yang tidak dikehendaki yang ada di dalam air minum, seperti bakteri patogen sebagai
penyebab berbagai penyakit. Berbeda dengan sterilisasi yang berarti membunuh semua mikroorganisme hidup.
Desinfeksi sendiri dapat diartikan sebagai inaktivasi mikroorganisme patogen yang terdapat dalam air. Semula proses ini bertujuan untuk membunuh mikroorganisme penyebab penyakit (patogen), baik dari instalasi pengolahan atau yang masuk melalui jaringan distribusi.Mikroorganisme tersebut dapat berupa virus, bakteri dan mikroorganisme lain.
Dalam perkembangan selanjutnya tujuan proses desinfeksi berkembang untuk oksidasi materi organik dan anorganik (Fe, Mn), destruksi bau dan rasa, serta kontrol terhadap pertumbuhan mikroorganisme. Dari tujuan desinfeksi tersebut, maka terdapat beberapa macam desinfeksi yang dapat diterapkan untuk pengamanan dalam air minum antara lain secara fisik yaitu dengan pemanasan (pendidihan), irradiasi dengan ultraviolet, ion logam dengan menggunakan Cu2+ dan Ag2+, alkali dan asam, dan dengan bahan kimia pengoksidasi yaitu bromine, klorine, iodine dan ozon. Hal yang perlu diperhatikan dalam konteks desinfeksi adalah bagaimana mencegah terjadinya pemindahan bibit penyakit ke tubuh manusia melalui air minum dengan memutus rantai antara keduanya dengan desinfeksi.
Kemampuan desinfeksi dipengaruhi beberapa faktor yaitu konsentrasi desinfektan, waktu kontak, jenis dan jumlah mikroorganisme dan temperatur. Semakin besar konsentrasi desinfektan semakin besar pula laju desinfeksinya, sedangkan jenis desinfektan akan menentukan nilai koefisien pemusnahan spesifik.Waktu kontak adalah waktu yang diperlukan desinfektan untuk membunuh mikroorganisme. Jenis dan konsentrasi mempengaruhi kemampuan desinfeksi. Setiap jenis mikroorganisme misalnya bakteri, virus, parasit, mempunyai kepekaan yang berbeda terhadap
desinfektan. Jumlah mikroorganisme yang besar, terutama yang patogen akan memerlukan dosis desinfektan yang besar pula. Temperatur mempengaruhi aksi desinfeksi karena meningkatnya temperatur akan mempercepat kematian mikroorganisme.
3. Teknologi Membran
Membran adalah selaput semi permeabel yang melewatkan spesi tertentu dan menahan spesi yang lain berdasarkan ukuran spesi yang akan dipisahkan. Spesi yang berukuran besar akan tertahan dan yang ukurannya lebih kecil akan dilewatkan [4].
Membran dapat diklasifikasikan berdasarkan keberadaan (eksistensi), morfologi, fungsi, dan bentuk [5].
Berdasarkan keberadaannya membran dapat dibedakan menjadi dua golongan, yaitu membran alamiah yang terdapat di dalam jaringan tubuh organisme, berfungsi melindungi isi sel dari pengaruh lingkungan dan membantu proses metabolisme, membran sintetik yang dibuat secara sengaja untuk kebutuhan dan disesuaikan dengan sifat membran alamiah. Membran sintetik dapat dibuat dari polimer seperti polikarbonat, polipropilen, polietilen, poliamida, nilon, selulosa asetat dan polisulpon.Bahan-bahan lain yang dapat digunakan antara lain keramik, gelas, logam, dan lain-lain.
Membran juga dapat dibagi berdasarkan morfologinya menjadi dua golongan yaitu membran asimetrik yang mempunyai struktur pori yang tidak seragam, dan membran simetrik yang mempunyai struktur pori yang seragam.
Pada proses membran berbasis gaya dorong tekanan, proses dapat dikelompokkan berdasarkan ukuran pori, dimana ukuran pori masing-masing mengikuti urutan mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan reverse osmosis [6].
Membran mikrofiltrasi (MF) adalah membran yang memisahkan
partikel berukuran mikron atau submikron (makromolekul lebih dari 500.000 g/mol atau partikel dengan ukuran 0,1-10 μm). Lazimnya berbentuk cartridge, gunanya untuk menghilangkan partikel dari air bersih yang berukuran 0,04 sampai 100 mikron, asalkan kandungan TSS (total
suspended solid) tidak melebihi 100 ppm
[4]. Membran ultrafiltrasi (UF), ialah proses pemisahan menggunakan membran untuk menghilangkan berbagai zat terlarut yang memiliki BM (berat molekul) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari cairan. Membran semipermeabel dipakai untuk
memisahkan makromolekul
(makromolekul lebih dari 5.000 g/mol atau partikel dengan ukuran 0,001-0,1 μm) dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting retensinya [4].
Membran berdasarkan bentuknya dapat dibagi menjadi dua golongan yaitu membran datar yang mempunyai penampang lintang dan bentuknya melebar dan membran tubular yang berbentuk pipa memanjang. Membran datar dapat terbagi menjadi tiga macam, yaitu membran datar yang terdiri dari satu lembar saja, membran datar bersusun, dan membran spiral bergulung. Membran tubular dibagi menjadi tiga macam, yaitu membran berongga dengan diameter kurang dari 0,5 mm, membran kapiler dengan diameter 0,5-5,0 mm, dan membran tubular dengan diameter lebih dari 5 mm [4]. Membran juga dibedakan berdasarkan ukuran porinya, yaitu makropori, yaitu membran dengan ukuran pori yang lebih besar dari 50 nm, mesopori, yaitu ukuran pori berkisar 2-50 nm, dan mikropori, yaitu ukuran pori yang lebih kecil dari 2 nm [4]. Membran berdasarkan gaya penggeraknya dapat dibedakan atas 4 kelompok, yaitu gaya penggerak berupa perbedaan tekanan (ΔP), perbedaan konsentrasi (ΔC), perbedaan temperatur (ΔT), dan perbedaan potensial kimia.
Kinerja (performance) membran dalam pemisahan terutama dipengaruhi oleh karakteristik membran yang digunakan, selain itu juga dipengaruhi oleh disain proses, dan aspek teknik kimianya. Penilaian terhadap karakteristik membran meliputi struktur dan ukuran pori serta sifat fisik mekanik dan kimia membran [7].
Sifat-sifat kimia membran yang penting antara lain sifat hidrofilik atau hidrofobik, ada atau tidaknya muatan ion, ketahanan terhadap suhu tinggi dan zat-zat kimia tertentu, serta daya tarik terhadap partikel dalam umpan. Kandungan mineral yang terdapat dalam membran dan zat yang dapat larut dalam larutan yang dipisahkan perlu diperhatikan, sifat-sifat kimia membran terutama dipengaruhi oleh bahan yang digunakan untuk pembuatan membran [7]. Beberapa sifat mekanik membran yang penting meliputi kekuatan tarik (tensile strength) dan elongasi. Selain itu dapat juga dilakukan pengujian terhadap kekuatan lentur, kekuatan patah, dan modulus elastisitas terutama untuk keperluan operasi secara fabrikasi. Sifat-sifat mekanik membran dapat diperbaiki dengan beberapa cara antara lain pemanasan (annealing) dan dengan cara meningkatkan derajat kristalinitas bahan yang digunakan [7]. Karakteristik membran dipengaruhi oleh jenis bahan pembuat dan proses pembuatan memban tersebut. Membran yang dibuat dari selulosa dan turunannya pada umumnya mempunyai kekuatan tarik yang lebih tinggi dari membran polimer sintetis. Sebaliknya membran polimer sintetis umumnya lebih tahan terhadap pH umpan dibandingkan membran selulosa. Masing-masing membran mempunyai kelebihan dan kekurangan [7].
Parameter utama yang digunakan dalam penilaian kinerja membran filtrasi adalah harga fluks dan rejeksi [6]. Secara umum nilai fluks dinyatakan sebagai permeabilitas hidraulik (hydraulic
sebagai aliran cairan yang melalui unit luas permukaan membran pada tekanan tertentu.
Proses pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai beberapa kelebihan dan kelemahan. Secara umum proses pemisahan dengan menggunakan membran mempunyai beberapa kelebihan dibanding dengan proses pemisahan yang lain, diantaranya adalah konsumsi energi relatif kecil, karena tidak terjadi perubahan fase dalam proses pemisahannya, biaya operasi relatif rendah karena tidak menggunakan bahan kimia, tidak menimbulkan pencemaran lingkungan karena dalam prosesnya tidak memerlukan aditif, proses dapat berlangsung secara kontinu, dan tidak memerlukan ruang instalasi yang besar [6]. Kelemahan proses pemisahan dengan menggunakan membran hanyalah mudah timbulnya polarisasi konsentrasi di permukaan membran yang dapat menurunkan fluks zat yang dipisahkan.
Umpan adalah larutan yang berisi satu atau lebih campuran molekul atau partikel yang akan dipisahkan, permeat adalah bagian-bagian yang dilewatkan oleh membran dan rentetat adalah bagian yang ditahan oleh membran [4].
Proses perpindahan suatu molekul atau partikel di dalam membran disebabkan kerena adanya gaya yang bekerja pada molekul atau partikel di dalam membran [5]. Gaya dorong (driving
force) didefinisikan sebagai besarnya beda
potensial pada membran (ΔX) dibagi dengan ketebalan membran (l). Driving
force = ΔX/ l, [N/mol].Gaya-gaya
pendorong ini dapat berasal dari gradien tekanan, gradien konsentrasi, gradien potensial listrik atau gradien temperatur antara dua sub sistem yang dipisahkan.
Kinerja dan efisiensi membran ditentukan oleh dua parameter yaitu permeat atau fluks dan selektivitas atau rejeksi [4]. Fluks adalah jumlah permeat yang diperoleh pada operasi membran per satuan luas permukaan membran dan per satuan waktu. Kisaran fluks dan tekanan
yang dibutuhkan oleh beberapa jenis membran filtrasi dapat dilihat pada Tabel 2. Parameter membran yang penting lainnya adalah selektivitas atau rejeksi. Selektivitas merupakan kemampuan untuk memilih zat yang harus tersaring. Selektivitas membran terhadap campuran ditentukan dengan parameter tahanan[4]. Rejeksi adalah kemampuan membran untuk menahan suatu komponen agar tidak melewati membran [5].
Tabel 2. Jenis Membran Berdasarkan Selang fluks dan Tekanan Selang fluks dan tekanan Selang tekanan (bar) Selang fluks (l.m-2.h-1) Mikrofiltrasi 0,1-2,0 >50 Ultrafiltrasi 1,0-5,0 10-50 Nanofiltrasi 5,0-20 1,4-12 Reverse osmosis 10-100 0,02-1,4 Sumber : [4]
Jenis material pembuat membran terdiri dari membran polimer, membran inorganik, mixed-matrix membrane, membran cair dan membran biologis [8]. Membran dapat diproduksi dari bahan organik maupun anorganik. Membran anorganik terdiri dari 4 macam tipe yaitu membran keramik, membran gelas, membran metal (termasuk karbon), dan membran ziolit. Sedangkan membran yang dihasilkan dari bahan organik diantaranya adalah selulosa asetat (CA), selulosa triasetat (CTA), regenerated selulosa (RA), poliakrilonitril (PAL), polivinilidinedifluoride (PVDF), PTFE, poliamida (PA), polisulfon (PS), polietersulfon (PES), sulfonated
polietersulfon (PSS) dan poliolefin (PO) [5].
4. Aplikasi Teknologi Membran untuk Desinfeksi Air
Proses membran yang dikenal luas dalam proses pengolahan air adalah proses membran berbasis gaya dorong tekanan seperti mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), nanofiltrasi (NF), dan
reverse osmosis (RO) [5]. Khususnya untuk produksi air minum, salah satu isu penting yang berkembang saat ini adalah semakin ketatnya standar kualitas yang harus dipenuhi. Salah satu metode konvensional yang biasa ditempuh untuk memenuhi persyaratan kualitas air adalah penambahan dosis klorin sebagai desinfektan, akan tetapi peningkatan dosis desinfektan juga akan mengakibatkan semakin tingginya kemungkinan terbentuknya produk samping dari desinfektan. Pembentukan produk samping desinfektan seperti trihalometan (THM) juga menjadi isu penting karena berkaitan dengan masalah kesehatan [9].
Produk samping desinfektan terbentuk ketika material organik alami dalam air bereaksi dengan klorin atau senyawa kimia oksidator lain yang digunakan untuk desinfeksi [9]. Tidak semua senyawa organik alami merupakan prekursor produk samping ini akan tetapi pengendaliannya dapat dilakukan dengan penghilangan senyawa organik alami atau penghilangan prekursor produk samping. Penyisihan senyawa organik alami tidak hanya mengurangi pembentukan produk samping desinfektan tapi juga mengurangi kebutuhan klorin pada sistem distribusi. Proses membran merupakan pilihan yang tepat untuk produksi air minum dengan kemampuannya untuk merejeksi kontaminan organik dan anorganik yang berasal dari air [9].
Material membran yang digunakan menjadi pertimbangan yang sangat penting pada saat melakukan pemilihan membran. PVDF merupakan material membran yang resisten terhadap oksidan yang seringkali digunakan sebagai desinfektan kimia, di negara maju seperti Amerika Serikat, proses membran nanofiltrasi (NF) merupakan proses membran yang telah mendapat pengakuan dari EPA (‘Environmental Protection
Agency’) sebagai ‘Best Available Technology’ untuk proses pengolahan air
[9]. Pada tahun 1996, kapasitas seluruh plant NF yang ada di Florida, Amerika
Serikat mencapai 60 juta galon/hari. NF menjadi aplikasi proses membran terbesar kedua di Amerika Serikat [10].
Tabel 3 diambil dari tulisan Wenten pada tahun 2005 yang berjudul “Teknologi Membran dalam Pengolahan Air dan Limbah” menunjukkan plant-plant aplikasi teknologi membran dalam pengolahan air dengan kapasitas berkisar dari 40-250.000 m3/hari dengan berbagai jenis umpan seperti air sumur dalam, air tanah, air payau, dan air laut. Pertumbuhan proses membran untuk proses purifikasi air sebenarnya telah dimulai sejak tahun 1960-an dengan diaplikasikannya Reverse Osmosis (RO) untuk desalinasi air laut [11]. RO dikenal sebagai proses membran bertekanan tinggi, baru pada sekitar tahun 1985, proses membran mikrofiltrasi (MF) atau ultrafiltrasi (UF) yang merupakan membran bertekanan rendah mulai digunakan untuk purifikasi air [9]. Wenten menuturkan dari tahun ke tahun, penerapan proses membran untuk purifikasi air meningkat secara eksponensial dari segi kapasitas kumulatif.
Tabel 3. Beberapa Aplikasi Membran Dalam Proses Pengolahan Air
Lokasi Umpan Proses Kapasitas (m3/hari) Vero Beach, Florida Air sumur dalam RO 24.000 Fort Meyer,
Florida Air tawar NF 80.000 Haute Saone,
Prancis Air tanah UF 280 Douchy,
Loire, Prancis
Air tanah UF 1520 Gracay, Cher,
Prancis Air tanah UF 760 Sauve, Gard,
Prancis Air tanah UF 2000 Stonehaugh,
Inggris Air tanah UF 40 Bernay,
Prancis Air tanah UF 3480 Fontgombault
Lokasi Umpan Proses Kapasitas (m3/hari)
Corfu, Yunani Air tanah EDR 14.800 Suffolk,
Virginia Air tanah EDR 15.100 Macao, Asia Tenggara Air permukaan UF 2760 La Nive, Prancis Air permukaan UF 5280 Avoriaz,
Prancis permukaan Air UF 3600 New York, Amerika Serikat Air permukaan UF 320 California, Amerika Serikat Air permukaan UF 520 Prancis Air permukaan UF 29.600 UK Clasified surface water UF 10.560 Prancis Clasified surface water UF 58.120 Yuma, AS Air payau RO 250.000
Riyadh-Salbukh, Arab Saudi
Air payau RO 50.000 Jeddah, Arab
Saudi Air payau RO 18.000 Ras Abu-
Jarjur, Bahrain
Air payau RO 45.420 Al Dur,
Bahrain Air payau RO 56.000 Son Tugores,
Spanyol Air payau RO 30.000 Manfouha I,
Arab Air payau RO 27.300 Manfouha II,
Arab Air payau RO 36.400 Malez, Arab Air payau RO 18.200 Jubail, Arab Air payau RO 15.000 Berri, Arab Air payau RO 6800 Riyadh, Arab Air payau RO 4500 Mekah, Arab Air payau RO 15.000 Daesan,
Korea Air payau RO 95.000 Bayswater,
Australia Air payau RO 36.000 Malta Air laut RO 20.000
Cina Air laut EDR 200
Lokasi Umpan Proses Kapasitas (m3/hari) Florida, Amerika Serikat Air laut RO 13.600 Jeddah, Arab
Saudi Air laut RO 57.000 Al-Birk, Arab Air laut RO 2300 Umm Lujj,
Arab Air laut RO 4400
Doha, Kuwait Air laut RO 3000 Yanbu, Arab Air laut RO 5000 Key West,
Florida Air laut RO 11.400 Jean Prince
Hospital, Tahiti
Tap water UF 120 Sumber: [9]
Penghilangan partikel berupa parikel biologi dan koloid non-biologis dengan menggunakan membran tergantung pada banyak faktor termasuk ukuran pori dari membran. Untuk disinfeksi air menggunakan membran diketahui bahwa parameter yang paling penting adalah pori-pori dan ukuran mikroorganisme, diameter pori dari membran harus lebih kecil dari ukuran mikro organisme [12]. Ukuran pori nominal mungkin 2-3 kali lebih besar dari ukuran partikel [13].
Ada dua mekanisme umum dikaitkan dengan penghilangan partikulat yaitu pertamana retensi saringan dan adsorpsi penyerapan ion [14]. Di dalam membran, retensi media berpori bertindak sebagai penghalang untuk penetrasi partikel. Partikel tertahan pada permukaan membran dan membentuk cake dengan ketebalan tertentu selama fltrasi berlangsung. Mekanisme kedua yaitu penangkapan partikel ke dalam matriks
membran. Sebagian besar
mikroorganisme memiliki sifat koloid, prinsip yang sama dapat diterapkan untuk kedua koloid biologis dan non-biologis [15].
Membran sangat efektif dalam menghilangkan koloid biologis baik yang lebih besar atau lebih kecil dari pori-pori membran. Untuk koloid non-biologis,
penolakan partikel lebih kecil dari ukuran pori membrane [16]. Untuk penghilangan partikel non-biologis yang lebih kecil dari ukuran pori membran dapat dilakukan dengan memodifikasi permukaan membran untuk memberikan muatan berlawanan untuk partikel [17]. Kondisi yang menguntungkan dapat dibuat dengan mengubah pH.
Membran secara teoritis mampu menghapus virus serta bakteri. Jika ukuran pori membran lebih kecil dari virus mereka dapat dihapus oleh eksklusi ukuran [18]. Membran yang bermuatan positif di pH netral, dapat digunakan untuk menghapus virus dari air yang bermuatan negatif meskipun ukuran pori relatif besar karena atraksi elektrostatik [19].
Alzahrani melakukan penelitian dengan membandingkan penyaringan air menggunakan dua membran yaitu nanofiltrasi yang sangat hidrofilik (NF) dan reverse osmosis (RO) untuk menilai efisiensi penyisihan dalam proses pra dan pasca filtrasi, dan untuk membandingkan kualitas air yang diperoleh terhadap standar untuk digunakan kembali sebagai air minum, hasil penelitian menunjukkan bahwa membran NF berhasil mencapai 96% dari standar air minum secara keseluruhan, meskipun inefisiensi nya dalam menghilangkan boron, molibdenum dan ammonia [20]. Studi ini juga menemukan bahwa membran NF bisa digunakan sebagai pra-perlakuan untuk membran RO untuk menghasilkan air berkualitas tinggi dan mengurangi konsentrasi kontaminan sehingga meminimalkan potensi fouling.
Sebaliknya, air yang dihasilkan oleh membran RO berhasil memenuhi standar kualitas peraturan untuk air minum, dengan pengecualian untuk parameter amonia dan molibdenum. Studi Alzahrani menyimpulkan bahwa air yang dihasilkan memiliki potensial untuk digunakan kembali sebagai air minum tidak langsung dan kedua membran hidrofilik yang
dipelajari (NF dan RO) cocok untuk menangani air.
Berbagai jenis air permukaan (sintetis dan alami) diuji untuk desinfeksi dengan menggunakan membran ultrafiltrasi, air dengan kekerasan yang berbeda (5°F sampai 50°F) dipelajari dan hasilnya menunjukkan bahwa ultrafiltrasi dapat dianggap sebagai proses yang handal untuk mendisinfeksi air permukaan [21].
Salah satu masalah yang paling penting di negara berkembang adalah kurangnya air minum. Orang-orang biasa menggunakan air permukaan yang berisi sejumlah besar mikroorganisme yang dapat menyebabkan beberapa penyakit untuk dijadikan sumber air minum, Ultrafiltrasi (UF) adalah proses membran yang memisahkan partikel atas dasar ukuran dan dapat menghilangkan bakteri dan virus dari air. Oleh karena itu, UF dapat diterapkan untuk desinfektan air, menghindari beberapa penyakit atau epidemi di mana orang mengkonsumsi air ultrafiltrasi.
Kesimpulan
Membran mampu untuk menghapus berbagai zat biologis dan non-biologis dari suspensi berair. Banyak penelitian menunjukkan bahwa berbagai proses membran termasuk mikrofltrasi, ultrafltrasi, nanofltrasi dan reverse osmosis dapat menghilangkan virus,
bakteri dan mikroorganisme lainnya dari air dan air limbah.
Daftar Pustaka
[1] Pramitasari, D. (2007). Pengaruh Desinfektan Terhadap Coliform Dalam Air Tanah, Skripsi, Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP, UPN. Jatim, Surabaya.
[2] Hadi, W. (2000). Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, Jurusan Teknik Lingkungan FTSP, ITS, Surabaya.
[3] Slamet, J.S. (1996). Kesehatan Lingkungan. Gajahmada University Press. Yogyakarta.
[4] Mulder, M., (1996). Basic Principles
of Membrane Technology. Kluwer
Academic Publishers, Nederland.
[5] Wenten, I.G. (1999). Teknologi Membran Industrial. Teknik Kimia. ITB. Bandung.
[6] Wenten, I.G. dkk (2012). Teori perpindahan dalam membran. Teknik Kimia. ITB. Bandung.
[7] Brocks, T. D. (1983). Membran
Filtration: A User’s Guide and Reverence Manual. Science Tech. Ins. Madison.
[8] Wenten, I.G. dkk (2011). Proses pembuatan membran. Teknik Kimia. ITB. Bandung.
[9] Wenten, I.G. (2005). Teknologi membran dalam pengolahan air dan limbah, (October). Retrieved from http://www.researchgate.net/publication/2 81236230_TEKNOLOGI_MEMBRAN_ DALAM_PENGOLAHAN_AIR_DAN_L IMBAH, Akses 02 November 2015 [10] Saxena, S. and Bhardwaj, V. (2001) Tech Trends: Incerasing use of the
membrane process.
http://www.nrwa.org/2001/publications/ar ticles/TechTrends2nd.htm.
[11] Fane, A.G., (2005). Membranes in
the water cycle – achievements and challenges, in Regional Symposium of
Membrane Science and Technology. , ITB: Bandung.
[12] Madaem S. S., Fane A. G. and Grohmann G. S. (1995). Virus removal
from water and wastewater using
membranes. Journal of Membrane
Science 102, 65-75.
[13] Krivobok S. M., Volgin V. D., Sinyak Yu. E., Kanarskii A. V. and Smirnov D. V. (1986). Disinfecting water
by means of microroltration membranes.
Soviet Journal of Water Chemistry and Technology (English Translation of Khimiya) 8(4), 112-115.
[14] Tanny G. B., Strong D. K., Presswood W. G. and Meltzer T. H.
(1979) Adsorptive retention of pseudomonas diminuta by membrane fillters. Journal of Parenteral Drug
Association 33(1), 40-51.
[15] Daniels S. L. (1980). Mechanisms
involved in sorption of microorganisms to solid surfaces. In Adsorption of Microorganisms to Surfaces, ed. G. Bitton and K. C. Marshall. John Wiley, New York, pp. 7-58.
[16] Ho W. S. W. and Sirkar K. K. (1992). Membrane Handbook. Van Nostrand Reinhold, New York.
[17] Carazzone M., Arecco D., Fava M. and Sancin P. (1985). A new type of
positively charged fillter. Journal of
Parenteral Science and Technology 39(2), 69-74.
[18] Deinzer M., Schaumburg F. and Klein E. (1978). Environmental health
sciences centre task force review on halogenated organics in drinking water.
Environmental Health Perspectives 24, 209-239.
[19] Beeby J. P. (1989). Model studies of
fouling in cross¯ow microroltration.
Ph.D. Thesis, University of Sydney, Sydney.
[20] Alzahrani, S., Mohammad, A. W., Hilal, N., Abdullah, P., & Jaafar, O. (2013). Comparative study of NF and RO
membranes in the treatment of produced water—Part I: Assessing water quality.
Desalination, 315, 18–26.
http://doi.org/10.1016/j.desal.2012.12.004 [21] Di Zio, A., Prisciandaro, M., & Barba, D. (2005). Disinfection of surface
waters with UF membranes. Desalination,
179(1-3), 297–305.
