PENGOLAHAN AIR ASIN ATAU PAYAU
DENGAN SISTEM OSMOSIS BALIK
Oleh
Drs. Robertus Haryoto Indriatmoko dan Ir. Arie Herlambang, M.S
Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair
Direktorat Teknologi Lingkungan, Deputi Bidang Teknologi
Informasi, Energi, Material dan Lingkungan
Badan Pengkajian Dan Penerapan Teknologi
PENGOLAHAN AIR ASIN ATAU PAYAU
DENGAN SISTEM OSMOSIS BALIK
ABSTRAK
PENDAHULUAN
Latar Belakang Tujuan dan Sasaran Manfaat
Potensi
Pohon Komoditi Kontak Personil
BAHAN
Bahan Utama
Bahan Tambahan
METODOLOGI
TAHAPAN
PERMASALAHAN
CARA PEMBUATAN
ORGANISASI/PERSONIL PELAKSANA
ABSTRAK
Proses mengolah air asin/payau menjadi air tawar atau sering dikenal
dengan istilah desalinasi dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga) macam yaitu 1.
Proses destilasi (suling). 2. Proses penukar ion dan 3. Proses filtrasi. Proses
destilasi memanfaatkan energi panas untuk menguapkan air asin. Uap air
tersebut selanjutnya didinginkan menjadi titik-titik air dan hasil ditampung
sebagai air bersih yang tawar.
Proses desalinasi menggunakan teknik penukar ion memanfaatkan proses
kimiawi untuk memisahkan garam dalam air. 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 desalinasi yang ke tiga
menggunakan filter semipermeabel untuk memisahkan molekul garam dalam air.
Proses ketiga ini lebih dikenal dengan sistem osmose balik (Reverse Osmosis).
Keistimewaan dari proses ini adalah mampu nyaring molekul yang lebih besar
dari molekul air.
Model pengolahan air asin/payau yang diuraikan pada tulisan ini adalah
hasil rancangan tim Kelompok Air Bersih dengan kapasitas 7,5 - 10 m3/hari.
Unit ini sudah dipasang di Kepulauan Seribu Jakarta Utara (Pulau Tidung,
Pramuka dan Kelapa), di Palembang (Unit RO bergerak) dan di Cilacap Jawa
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Sumber air tersebut ada yang diperoleh dari air tanah, mata air air sungai, danau dan air laut. Sumber air di bumi tersebut berasal dari suatu siklus air dimana tenaga matahari merupakan sumber panas yang mampu menguapkan air. Air baik yang berada di darat maupun laut akan menguap oleh panas matahari. Uap kemudian naik berkumpul menjadi awan. Awan mengalami kondensasi dan pendinginan akan membentuk titik-titik air dan akhirnya akan menjadi hujan. Air hujan jatuh kebumi sebagian meresap kedalam tanah menjadi air tanah dan mata air, sebagian mengalir melalui saluran yang disebut air sungai, sebagian lagi terkumpul dalam danau/rawa dan sebagian lagi kembali ke laut.
Manusia sering dihadapkan pada situasi yang sulit dimana sumber air tawar sangat terbatas dan di lain pihak terjadi peningkatan kebutuhan. Bagi masyarakat yang tinggal didaerah pantai, pulau kecil seperti kepulauan seribu air tawar merupakan sumber air yang sangat penting. Sering terdengar ketika musim kemarau mulai datang maka masyarakat yang tinggal di daerah pantai atau pulau kecil-kecil mulai kekurangan air. Air hujan yang merupakan sumber air yang telah disiapkan di bak penampung air hujan (PAH) sering tidak dapat mencukupi kebutuhan pada musim kemarau.
Padahal kita mengetahui bahwa sebenarnya sumber air asin itu begitu melimpah, kenyataan menunjukkan bahwa ada banyak daerah pemukiman yang justru berkembang pada daerah pantai. Melihat kenyataan semacam itu manusia telah berupaya untuk mengolah air asin/payau menjadi air tawar mulai dari yang menggunakan teknologi sederhana seperti menyuling, filtrasi dan ionisasi (pertukaran ion). Sumber air asin/payau yang sifatnya sangat melimpah telah membuat manusia berfikir untuk mengolahnya menjadi air tawar.
Teknologi pengolahan air asin/payau yang akan dibahas pada tulisan ini terutama yang menggunakan teknologi filtrasi membran semipermeabel. Teknologi pengolahan air asin/payau ini lebih dikenal dengan sistem osmosa balik (Reverse Osmosis disingkat RO).
Teknologi ini menerapkan sistem osmosis yang dibalik yaitu dengan memberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmosis air asin/payau. Air asin/payau tersebut ditekan supaya melewati membran yang bersifat semi permeabel, molekul yang mempunyai diameter lebih besar dari air akan tersaring.
Tujuan dan Sasaran
Tujuan penerapan teknologi RO adalah :
1. Pemenuhan kebutuhan dasar manusia yaitu kebutuhan air bersih. Maksudnya adalah untuk mencukupi kebutuhan akan air bersih sebagai bagian dari kebutuhan dasar setiap manusia.
2. Pengenalan teknologi pengolahan air asin/payau. Teknologi pengolahan air asin/payau ada tiga macam yaitu : 1. Penyulingan. 2. Penyaringan dan 3. Pertukaran ion. Pengenalan yang dilakukan disini adalah yang menggunakan teknik penyaringan tingkat molekul.
Sasaran dari penerapan teknologi ini adalah:
1. Pemenuhan air minum yang sehat, sebab air hasil olahan dengan teknologi ini berupa air bersih yang sehat, tidak berbau, jernih, tidak berasa, bebas bakteri, dan tidak asin.
2. Pemanfaatan sumberdaya yang ada, maksudnya adalah memanfaatkan sumberdaya air yang berasal dari air payau, atau asin. Padahal kita mengetahui bahwa sumber air asin merupakan sumberdaya yang sangat melimpah.
Manfaat
Manfaat lainnya yang dapat dinikmati oleh manusia dengan diterapkannya pengolah air sistem RO berupa peningkatan mutu kualitas air hasil olahan. Hasil tersebut dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Paduan Kualitas Air Hasil Pengolahan Sistem RO
Air Perkotaan Air Payau Air laut
Recocery 75 % 50 % 30 %
Tekanan 40 Bar 40-50
Bar
60 Bar
Parameter Satuan Air Baku Air Hasil Air Baku Air Hasil Air Baku Air Hasil
Conduct S/cm 753 13 14.190 193 48.900 920
Tabel 2. Paduan Kualitas Air Hasil Uji Coba di Kelapa Gading Jakarta Utara
Parameter Satuan Air Baku I Air Olahan I Air Baku II Air Olahan II 13. Mangan ppm Mn++ Negatif Negatif Negatif Negatif 14. Sulphate ppm SO4 950 Negatif 1250 Negatif 15. Phospate ppm PO4 Negatif Negatif Negatif Negatif 16. Ammonium ppm NH4 0,25 Negatif 0,25 Negatif
17. Nitrite ppm NH4 0 0 0 0
18. D.O ppm O2 - - - -
19. Silika ppm SiO2 - - 25 1
20. Chlorida ppm Cl 2215,2 110,76 2680 116,44
Potensi
Potensi yang dapat diambil dari penerapan teknologi ini berupa nilai tambah sebagai hasil dari pengembangan dan rekayasa komponen utama unit RO. Adapun macam-macam komponen yang mungkin masih dapat dikembangkan di Indonesia adalah:
1. Studi membran semipermeable yang mengarah pada produksi lokal. Jantung filter dari sistem RO adalah terletak pada teknologi membran. Saat ini teknologi membran belum dapat diproduksi di Indonesia, hal ini disebabkan karena kita belum menguasai teknologi tersebut terutama untuk skala produksi. Untuk itu perlu segera dilakukan transfer teknologi pembuatan membran semipermeabel dari negara lain.
2. Fabrikasi pretreatmen dan filter. Pretreatment atau pengolahan awal mempunyai peranan yang sangat penting dalam pengolahan air ini. Air asin sebelum masuk pada unit RO harus diolah terlebih dahulu. Syarat air baku sebelum masuk ke unit utama harus tidak boleh keruh, tidak boleh berwarna, tidak berbau, kandungan zat besi/mangan kurang dari 0.01 ppm. Berdasarkan kriteria tersebut maka pengolahan tingkat awal menjadi hal yang begitu penting, sehingga peranan fabrikasi oleh perusahaan lokan akan menunjang penerapan teknologi ini. Untuk fabrikasi pembuatan pretreatmen dan filter dapat dibuat dengan bahan dari “stainless stell”, paralon maupun “fiber glass”.
3. Fabrikasi media. Media filter sangat diperlukan sebagai media filter. Media filter biasanya terdiri dari pasir silika, mangan aktif dan karbon aktif. Teknologi untuk mengolah media tersebut sudah dikuasai oleh bangsa Indonesia. Sumber bahan yang dapat diolah menjadi media filter juga banyak terdapat di Indonesia.
Pohon Komoditi
Gambar 1. Pohon Komoditi Sistem Pengolahan Air Berdasarkan Kadar Salinitas
Gambar 1 menunjukkan pohon komoditi sistem pengolahan air berdasarkan kadar salinitas (kegaraman terlarut) dalam air baku. Batas kelarutan garam dalam air baku untuk standart air minum adalah untuk DHL = 400 - 1250 mmhos dan Cl - =600 ppm. Pembagian kualitas air berdasarkan kadar salinitas air adalah : 1. Air Tawar (DHL < 1250 mmhos). 2. Air Payau (DHL 1250 - 12.000 mhos). dan Air Asin > 12.000 mmhos), sehingga untuk menentukan jenis teknologi yang akan digunakan salah satunya ditentukan oleh kadar salinitas tersebut.
Kontak Personil
Ir. Arie Herlambang, MS,
Kelompok Tekologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair, Direktorat Teknologi Lingkungan,
Kedeputian Bidang Teknologi Informasi, Energi dan Material Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
JL. M.H. Thamrin No. 8. Jakarta
Tel. 021-3169769, 3169770 Fax. 021-3169760 Email : air@pentium.as.bppt.go.id
BAHAN
Bahan Utama
Komponen Utama Unit RO dibagi menjadi 4 macam yaitu:
A. Pengolahan Tingkat Awal
No Nama Barang Spesifikasi Keterangan
1 Pompa Air Baku Kapasitas 25 l/menit, 380 V, Kapasitas = 4,7 l/jam
Hypallon , Sebanyak 5 buah
7 Tangki kimia Model BT 502510, Volume 30 lt Polyethylene 8 Perlengkapan Titik Jumper, Kelistrikan, Pipa
PVC, Pipa Fleksibel
Plastik, PVC, Logam
B. Komponen RO
No Nama Barang Spesifikasi Keterangan
1 Membran RO Thin Film Composit, Tekanan Operasi 1-24 Bars, Temp 40 oC, Air payau/Payau, Toleransi besi, mangan, klorida 0,01 ppm
Jumlah elemen 3 buah
2 Panel Listrik dan Kontrol operasi
Kelistrikan, indikator meter dan lampu.
Semi otomatis
3 Pompa Tekanan Tinggi
C. Komponen Desinfeksi dan Tangki Penampung Air Minum
No Nama Barang Spesifikasi Keterangan
1 Ultra Violet 20 Watt -
2 Perlengkapan Pipa PVC, Lem, Tape, Jet, Valve, Panel automatis, Kabel dan Kelistrikan
PVC, Stainlees Steel
3 Bak Penampung Air Olahan
Bahan Stainless steel Stainless steel
D. Pembangkit Listrik
No Nama Barang Spesifikasi Keterangan
1 Generator Kapasitas Min 7,5 KVA, 15-19 PK, 3 Phase, 380 V/220 V, Hopper
Bahan bakar Solar
2 Panel Kelistrikan Phase 3 380 V dan 220 V Manual
3 Pendingin Bahan besi
Bahan Tambahan
TAHAPAN
Untuk membuat suatu alat pengolah air sistem RO persiapan yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Analisis kualitas air baku: hasil analisa kualitas air sangat menentukan jenis teknologi yang akan dipakai serta biaya yang akan dikeluarkan untuk mendesain alat. Jika air baku yang akan digunakan mempunyai kualitas yang jelek sudah dapat dipastikan bahwa biaya yang akan dikeluarkan banyak. Sebagai contoh jika kualitas air baku mempunyai TDS diatas 35.000 ppm maka jenis membra yang dipakai harus membran untuk air asin, pompa tekanan tinggi yang digunakan tentu saja harus besar sehingga biaya yang diperlukan menjadi besar.
2. Desain dan Rencana: Desain dan Rencana dibuat berdasarkan data kualitas air dan permintaan dari user. Rancangan unit pengolah air di tuangkan ke dalam gambar desain untuk memudahkan pengerjaan di bengkel dan lapangan. Besar kecilnya desain rancangan unit pengolahan air dibuat berdasarkan pesanan. Kapasitas yang pernah dibuat adalah 2 m3/hari, 7,5 M3/hari dan 10 M3/hari. Meskipun kapasitas yang pernah dibuat masih tergolong kecil akan tetapi pernah merancang sampai kapasitas 3 Lt/dt.
Gambar 2.
Tahap Pelaksanaan Instalasi
3. Perakitan dan Instalasi : Pada
tahap perakitan ini dibagi menjadi 3 bagian yaitu 1. Perakitan Pretreatmen. 2. Perakitan Unit RO 3. Perakitan sistem elektrik dan pendingin.
METODOLOGI
Jika air murni dan larutan garam dipisahkan oleh selaput semipermeabel maka akan terjadi aliran yang mengalir dari zat cair dengan konsentrasi rendah menuju ke air garam (larutan air yang mengandung kadar garam tinggi) yang mempunyai konsentrasi tinggi. Aliran air melalui selaput semipermeabel tersebut dapat berlangsung karena adanya tekanan osmosis. Jika tekanan dilakukan sebaliknya yaitu air garam diberikan suatu tekanan buatan yang besarnya sama dengan tekanan osmosis, maka yang terjadi adalah tidak ada aliran dari air ke air garam atau sebaliknya.
Faktor yang mempengaruhi besar kecilnya tekanan osmosis adalah konsentrasi garam dan suhu air. Air laut umumnya mengandung TDS minimal sebesar 30.000 ppm. Sebagai contoh, untuk air laut dengan TDS 35.000 ppm pada suhu air 25o C, mempunyai tekanan osmose 26,7 kg/cm2, sedangkan yang mengandung 42.000 ppm TDS pada suhu 30o C mempunyai tekanan osmosis 32,7 kg/cm2.
Jika tekanan pada sisi air garam (air asin) diberikan tekanan sehingga melampaui tekanan osmosisnya, maka yang terjadi adalah air dipaksa keluar dari larutan garam melalui selaput semipermeabel. Proses memberikan tekanan balik tersebut disebut dengan osmosis balik. Prinsip osmosis balik tersebut diterapkan untuk pengolahan air payau atau air laut menjadi air tawar. Sistem tersebut disebut Reverse Osmosis atau RO.
Sistem RO tidak bisa menyaring garam sampai 100 % sehingga air produksi masih sedikit mengandung garam. Untuk mendapatkan air dengan kadar garam yang kecil maka diterapkan sistem dengan dua sampai tiga saluran. Jika ingin membuat air minum yang mengandung kira-kira 300 sampai 600 ppm TDS cukup menggunakan saluran tunggal.
RO mempunyai ciri-ciri yang sangat khusus sebagai model pengolah air asin yaitu:
1) Energi Yang Relatif Hemat yaitu dalam hal pemakaian energinya. Konsumsi energi alat ini relatif rendah untuk instalasi kemasan kecil adalah antara 8-9 kWh/T (TDS 35.000) dan 8-9-11 kWh untuk TDS 42.000.
2) Hemat Ruangan. Untuk memasang alat RO dibutuhkan ruangan yang cukup hemat.
3) Mudah dalam pengoperasian karena dikendalikan dengan sistem panel dan instrumen dalam sistem pengontrol dan dapat dioperasikan pada suhu kamar.
4) Kemudahan dalam menambah kapasitas.
Meskipun alat pengolah air sistem RO tersebut mempunyai banyak keuntungan akan tetapi dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk operasi. Hal ini dimaksudkan agar alat tersebut dapat digunakan secara baik dan awet. Untuk menunjang operasional sistem RO diperlukan biaya perawatan. Biaya tersebut diperlukan antara lain untuk 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. Apabila kualitas air baku mempunyai kandungan parameter fisik yang buruk (seperti warna dan kekeruhan), maka yang membutuhkan pengolahan secara lebih khusus adalah penghilangan warna, sedangkan proses untuk kekeruhan cukup dengan penjernihan melalui pengendapan dan penyaringan biasa. Tetapi apabila kualitas air baku mempunyai kandungan parameter kimia yang buruk, maka pengolahan yang dibutuhkan akan lebih kompleks lagi.
Air baku yang buruk, seperti adanya kandungan khlorida dan TDS yang tinggi, membutuhkan pengolahan dengan sistem Reverse Osmosis (RO). Sistem RO menggunakan penyaringan skala mikro (molekul), yaitu yang dilakukan melalui suatu elemen yang disebut membrane. Dengan sistem RO ini, khlorida dan TDS yang tinggi dapat diturunkan atau dihilangkan sama sekali. Syarat penting yang harus diperhatikan adalah kualitas air yang masuk ke dalam elemen membrane harus bebas dari besi, manganese dan zat organik (warna organik). Dengan demikian sistem RO pada umumnya selalu dilengkapi dengan pretreatment yang memadai untuk menghilangkan unsur-unsur pengotor, seperti besi, manganese dan zat warna organik.
Sistem pretreatment yang mendukung sistem RO umumnya terdiri dari tangki pencampur (mixing tank), saringan pasir cepat (rapid sand filter), saringan untuk besi dan mangan (Iron & manganese filter) dan yang terakhir adalah sistem penghilang warna (colour removal). Gambar di bawah ini adalah gambar skema unit pengolah air sistem RO.
PERALATAN
Untuk merakit suatu unit RO diperlukan beberapa alat pendukung seperti : Mesin Las, Bor listrik, Alat potong/gergaji, Obeng, Palu, Lem, Kunci, Gurinda dan alat pertukangan.
Pompa Jet Pump Pompa Semi Jet Pompa Celup
Gambar 4. Pompa Air Baku dan Pompa Celup
Tangki Reaktor Tangki Kimia dan Pompa Dosing
Gambar 6. Filter Pasir, Mangan dan Carbon Gambar 7. Cartridge Filter
Gambar 8. Membran Tabung
Gambar 9. Unit RO
ORGANISASI/PERSONIL PELAKSANA
Gambar 11. Struktur Organisasi
Struktur organisasi devisi pengolahan air payau/asin sistem RO terdiri dari 3 devisi dan 1 unit bengkel dan perakitan. Ketiga devisi dan perbengkelan dikomando oleh tim konsultasi. Adapun tugas dan tanggung jawab masing-masing devisi dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Koordinator : Merupakan badan konsultasi tugasnya mengkoordinir pekerjaan, mengawasi, mengevaluasi pelaksanaan, merumuskan langkah taktis dan memberikan jasa dan servis kepada user.
3. Devisi Teknik dan Rekayasa: Mempunyai tugas menterjemahkan keinginan user kedalam teknis, menciptakan kreasi baru kedalam rancangan teknis, selalu melakukan kontak dengan bengkel dan suplayer barang, mendata base katalok teknis, menyiapkan operator dan pelatihan, melakukan kontak dengan industri lokal dan industri import dalam rangka mendapatkan barang yang bermutu dan menginformasikan hasil koordinasinya dengan bagian administrasi dan pengadaan.
CARA PEMBUATAN
Cara pembuatan unit pengolah air sistem RO dibagi menjadi 4 bagian utama yaitu 1. Unit Pengolah Awal(Pre Treatmen). 2.Unit Sistem RO. 3. Unit Sumberdaya. Dan 4. Bangunan Pelindung. Cara pembuatan masing-masing komponen dapat diuraikan sebagai berikut:
No Nama Unit Cara Pembuatan
1 Saringan Air baku Saringan ini dibuat dari paralon yang diberi lubang kecil-kecil atau bisa juga dengan menggunakan kawat kasa tahan asin.
2 Tangki Reaktor Bahan tangki terbuat dari besi yang dikoting dengan fiber atau dibuat dari fiber glas. Cara pembuatan tangki reaktor dilakukan dengan cara pengepresan, roling, koting dan pengelasan, sedangkan untuk bahan fiber dilakukan dengan pencetakan dengan mol cetak dan finising.
3 Tangki Kimia Tangki kimia dibuat dari bahan fiberglas. Cara pembuatan tangki dilakukan dengan pencetakan melalui mol cetak dan finising/pengecatan.
4 Tabung Filter Tabung filter dalam satu unit standar terdiri dari 3 buah yaitu tabung saringan pasir, tabung saringan mangan dan saringan carbon. Cara pembuatan dengan pencetakan melalui mol cetak, roling dan finising/pengecatan.
5 Unit RO Cara pembuatan unit ini dengan instalasi pada casis. Komponen utama unit Ro terdiri dari Pompa tekanan tinggi, membran RO, Panel Tekanan, Panel debit, Test kit LED, Cartridge Filter, Panel listrik, Valve pengatur.
6 Unit pompa dosing
Dan tangki kimia
7 Unit sumberdaya Unit sumber daya merupakan sumber listrik bisa terdiri dari generator atau PLN. Sumber listrik yang berasal dari generator diatur melalui panel listrik. Didalam panel tersebut terdapat saklar utama, saklar air baku dan saklar pompa kimia.
8 Bangunan Pelindung
HASIL YANG PERNAH DICAPAI
Unit RO yang pernal dibuat adalah yang berkapasitas 7,5 m3/hari dan 10 m3/hari, terdiri dari unit bergerak (mobiling) dan stasioner. Lokasi tempat dimana unit RO pernah diaplikasikan adalah di Pulau Tidung Kepulauan Seribu Jakarta Utara pada tahun 1995, Pulau Kelapa dan Pulau Pramuka Kepulauan Seribu Jakarta Utara pada tahun 1996 dan di Palembang 1997 dan di Cilacap pada Tahun 1997
Gambar 12. Unit Pengolah Air Sistem RO di Pulau Kelapa
Gambar 14. Unit Pengolah Air Sistem RO Bergerak di Palembang
PERMASALAHAN
Kendala yang dihadapi selama penerapan teknologi pengolah air sistem RO dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian yaitu:
1. Faktor Teknologi: Faktor kendala terletak dari bahan baku atau komponen pendukung yang masih sebagian tergantung dari import misalnya pompa tekanan tinggi dan membran. Faktor ini menyebabkan harga RO menjadi mahal. Jika ditinjau dari segi teknik perakitan hampir dikatakan tanpa masalah sebab sudah dikuasai.
DAFTAR PUSTAKA
Edo dan Merios, Sistem Desalinasi Osmosa Balik Di Cituis, Deputi Bidang Pengembangan Teknologi, BPP Teknologi, Jakarta, 1981,
Kurita , Kurita's Packaged Desalination System, Serve-Master 120, Kurita Water Industries LTD, Tokyo, Japan, 1986.
John Hopkins, Compounding and Discounting Tables For Project Evalution, Washington DC, 1973.
Royal Schelde, Technical Manual For 15 M3/24HR Reverse Osmosis Watermaker. B,V, Koninkyke Maatschappij, De Schelde, Vlissingen, 1988.
---, Water Purification, Marine and Mechanical Engineering Division, Vlissingen, 1988.
Rochem, Water Desalination Reverse Osmosis systems, Rochem, 1999.
