Gambaran Umum Filtrasi Membran pdf
TUGAS 2 PENGOLAHAN AIR LIMBAH
“FUNDAMENTALS OF TREATMENT TECHNOLOGIES”
“MEMBRANE FILTER”
Disusun Oleh :
Achmad Rizki Azhari
NIM. 25010113140258
FAKULTAS KESEHATAN MASYARAKAT
UNIVERSITAS DIPONEGORO
TAHUN 2016
Filtrasi Membran
1. Definisi dan Proses Membran Filter1
Membran adalah lapisan tipis bahan semi-permeabel yang memisahkan zat
ketika kekuatan pendorong diterapkan melintasi membran. Proses membran
semakin digunakan untuk menghilangkan bakteri, mikroorganisme, partikulat, dan
bahan organik alami, yang dapat memberi warna, rasa, dan bau air dan bereaksi
dengan disinfektan untuk membentuk produk samping desinfeksi/ disinfection
byproducts (DBP).
Proses membran antaralain mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF),
nanofiltrasi (NF), dan reverse osmosis (RO) serta Elektrodialysis (ED). Semua
jenis membran bekerja dengan baik di bawah kondisi yang tepat, memilih
membran yang paling tepat untuk aplikasi tertentu tetaplah penting. Berikut ini
merupakan bagan pemilihan membrane filter:
A. Mikrofiltrasi (MF)1
Mikrofiltrasi didefinisikan sebagai proses pemisahan menggunakan
membran dengan ukuran pori sekitar 0,03-10 mikron (1 mikron = 0,0001
milimeter), Molecular Weight Cut Off (MWCO) lebih besar dari 1000,000
dalton dan relatively low feedwater operating pressure sekitar 100-400 kPa
(15 sampai 60 psi) Bahan yang dilenyapkan oleh MF termasuk pasir, lumpur,
tanah liat, kista Giardia lamblia dan Cryptosporidium, alga, dan beberapa
spesies bakteri. MF bukan merupakan penghalang mutlak untuk virus. Namun,
bila digunakan dengan kombinasi desinfeksi, MF dapat mengontrol
mikroorganisme tersebut dalam air. Secara fisik menghapus patogen, filtrasi
membrane juga secara signifikan dapat mengurangi bahan kimia, seperti
bahan kimia saat klorinasi.
Aplikasi lain untuk teknologi membrane adalah menghilangkan bahan
organik alami atau sintetis sehingga mengurangi potensi pencemar. Dalam
operasi normal, MF menghilangkan sedikit atau tidak sama sekali bahan
organik; Namun, ketika pretreatment diterapkan akan meningkatkan
penghapusan bahan organic serta merendahkan pencemar membran. Dua
aplikasi lain yang melibatkan menggunakan MF sebagai pretreatment yaitu
RO atau NF untuk mengurangi potensi pencemar. Baik RO dan NF secara
tradisional digunakan untuk menghilangkan garam atau menghapus mineral
dari air tanah.
B. Ultrafiltrasi (UF)1
UF melibatkan pemisahan tekanandidorong bahan dari air menggunakan
ukuran pori membran sekitar 0,002-0,1 mikron, MWCO sekitar 10.000 sampai
100.000 dalton, dan tekanan operasi/ operating pressure sekitar 200-700 kPa
(30 sampai 100 psi). UF akan menghapus semua spesies mikrobiologi
termasuk yang dapat dihapus oleh MF (pengangkatan sebagian bakteri), serta
beberapa virus (namun bukan penghalang mutlak untuk virus) dan bahan
humat. Disinfeksi dapat memberikan penghalang kedua untuk kontaminasi,
oleh karena itu dianjurkan melakukan disenfeksi.
Keuntungan utama dari proses tekanan rendah membran UF dibandingkan
dengan proses klarifikasi/penjernihan konvensional dan desinfeksi (post
klorinasi) adalah:
Tidak memerlukan bahan kimia (koagulan, flokulan, desinfektan,
penyesuaian pH)
Ukuran pengeluaran filtrasi berlawanan dengan media filtrasi mendalam;
Kualitas baik dan konstan air yang diolah dalam hal partikel dan
penghapusan mikroba
Proses dan instalasi tertutup atau rapat
Otomasi sederhana
C. Nanofiltrasi (NF)1
Membran NF memiliki ukuran pori nominal sekitar 0,001 mikron dan
MWCO dari 1.000 hingga 100.000 dalton. Mendorong air melalui pori-pori
membran yang lebih kecil membutuhkan tekanan operasi yang lebih tinggi
dari baik MF atau UF. tekanan operasi biasanya mendekati 600 kPa (90 psi)
dan dapat setinggi 1.000 kPa (150 psi). Sistem ini dapat menghapus hampir
semua kista, bakteri, virus, dan bahan humat. Mereka memberikan
perlindungan yang sangat baik dari pembentukan DBP jika disinfektan sisa
ditambahkan setelah langkah filtrasi membran. Karena membran NF juga
untuk menghilangkan alkalinitas, produk air dapat korosif, dan langkahlangkah, seperti pencampuran air baku dan air produk atau menambahkan
alkalinitas, mungkin diperlukan untuk mengurangi korosivitas. NF juga
menghilangkan kesadahan dari air, yang menjelaskan membran NF yang
kadang-kadang disebut "pelunakan membran." Air keras (air yang
mengandung mineral terlarut tinggi) yang akan disaring oleh NF perlu
pretreatment terlebih dahulu untuk menghindari pengendapan ion kesadahan
pada membran.
Lebih banyak energi yang diperlukan untuk NF daripada MF atau UF,
sehingga hal ini yang menjadi penghambat pengoperasian NF.
D. Reverse Osmosis (RO)1
Sistem RO yang kompak/rapat, mudah dioperasikan, dan membutuhkan
tenaga kerja minimal, membuat mereka cocok untuk sistem yang kecil. RO
juga cocok untuk sistem dimana terdapat tingkat fluktuasi musiman yang
tinggi dalam permintaan air.
RO dapat secara efektif menghilangkan kontaminan hampir semua
anorganik dari air. RO juga dapat secara efektif menghilangkan radium, zat
organik alami, pestisida, kista, bakteri, dan virus. RO sangat efektif bila
digunakan secara seri. Air melewati beberapa unit dapat mencapai konsentrasi
kontaminan limbah mendekati nol. Desinfeksi juga dianjurkan untuk
menjamin keamanan air.
Beberapa keuntungan dari RO yaitu:
Menghapus hampir semua ion kontaminan dan kebanyakan non-ion
terlarut,
Relatif tidak sensitif untuk tingkat aliran dan total padatan terlarut (TDS),
dan dengan demikian cocok untuk sistem kecil dengan tingkat tinggi
fluktuasi musiman dalam permintaan air,
RO beroperasi langsung, tanpa minimal periode istirahat,
konsentrasi limbah/effluent serendah mungkin,
Bakteri dan partikel juga disingkirkan,
Kesederhanaan operasional dan otomatisasi memungkinkan untuk fungsi
pengawasan operator berkurang dan membuat RO cocok untuk aplikasi
sistem kecil.
Beberapa keterbatasan RO adalah:
• modal dan biaya operasi tinggi,
•
•
•
•
Mengelola air limbah (larutan air garam) merupakan masalah potensial,
Tinggi tingkat pretreatment diperlukan dalam beberapa kasus,
Membran rentan terhadap fouling/zat pengotor/zat pencemar, dan
Menghasilkan paling banyak air limbah yaitu di antara 25-50 persen dari
feed/umpan.
E. Elektrodialisis ED2
Elektrodialisis (ED) adalah proses desalinasi membran yang awalnya
dikembangkan pada 1950-an. Proses ini menggunakan daya arus searah untuk
menghilangkan garam dan spesies terionisasi lain melalui membran ion kation
dan anion selektif hingga aliran pengumpulan konsentrat Membran yang
digunakan adalah resin pertukaran ion dalam bentuk lembaran.
Gambar 2. EDR Operation in Negative and Positive Polarities
2. Material Membran3
Biasanya, bahan membran dibuat dari polimer sintetis, meskipun terdapat
bentuk-bentuk membrane lain, termasuk keramik dan logam "membran,".
Hampir semua membran diproduksi untuk air minum yang terbuat dari bahan
polimer, karena mereka secara signifikan lebih murah daripada membran
terbuat dari bahan lain.
Membran terbuat dari polimer yang bereaksi dengan oksidan digunakan
dalam pengolahan air minum tidak boleh digunakan dengan air umpan yang
mengandung klor. Kekuatan mekanik merupakan pertimbangan lainnya,
karena membran dengan kekuatan yang lebih besar dapat menahan tingkat
tekanan trans-membran yang lebih besar (TMP), yang memungkinkan untuk
fleksibilitas operasional yang lebih besar dan penggunaan tekanan yang lebih
tinggi.
MF dan UF membran dapat dibangun dari berbagai macam bahan,
termasuk selulosa asetat, polyvinylidene fluoride, poliakrilonitril,
polypropylene, polisulfon, polietersulfon, atau polimer lainnya. Masingmasing bahan ini memiliki sifat yang berbeda sehubungan dengan muatan
permukaan, tingkat hidrofobisitas, toleransi pH dan oksidan, kekuatan dan
fleksibilitas.
NF dan RO membran umumnya diproduksi dari selulosa asetat dan bahan
poliamida, dan berbagai kelebihan dan kekurangan. membran selulosa rentan
terhadap biodegradasi dan harus dioperasikan dalam sempit, kisaran pH 4-8,
tetapi keduanya sangatlah resistan terhadap oksidan tingkat rendah terus
menerus.
Dosis klorin 0,5 mg / L atau kurang dapat mengontrol biodegration dan
fouling/pencemar biologis tanpa merusak membran. Membran poliamida,
sebaliknya, dapat digunakan di bawah berbagai kondisi pH dan tidak tunduk
pada biodegradasi. Meskipun membran telah sangat toleransi terbatas untuk
oksidan yang kuat, mereka kompatibel dengan oksidan yang lebih lemah
seperti chloramines. Membran ini membutuhkan tekanan secara signifikan
lebih sedikit untuk pengoperasiannya dan telah menjadi bahan mendominasi
digunakan untuk aplikasi NF atau RO.
Referensi:
1. The National Environmental Services Center (NESC). 2009. Tech Brief
National Drinking Water Clearinghouse Fact Sheets: Membrane Filtration .
http://www.nesc.wvu.edu/pdf/dw/publications/ontap/2009_tb/membrane_DWFSOM43
.pdf. Diakses pada 01 Maret 2016.
2. Allison, Robert P. Electrodialysis Treatment of Surface and Waste Waters. GEs Water
&
Process
Technologies Technical
Paper,
TP1032EN
0601.
https://www.gewater.com/kcpguest/salesedge/documents/Technical%20Papers_Cu
st/Americas/English/TP1032EN.pdf. Diakses pada 01 Maret 2016.
3. Minnesota Rural Water Association (MRWA). 2009. Minnesota Water Works
Operations
Manual,
Chapter
19:
Membrane
Filtration.
http://mrwa.com/WaterWorksMnl/Chapter%2019%20Membrane%20Filtration.pdf.
Diakses pada 01 Maret 2016.
Gambar 3. The Filtration Spectrum
Sumber: NESC, 2009
Sumber: NESC, 2009
Sumber: NESC, 2009
“FUNDAMENTALS OF TREATMENT TECHNOLOGIES”
“MEMBRANE FILTER”
Disusun Oleh :
Achmad Rizki Azhari
NIM. 25010113140258
FAKULTAS KESEHATAN MASYARAKAT
UNIVERSITAS DIPONEGORO
TAHUN 2016
Filtrasi Membran
1. Definisi dan Proses Membran Filter1
Membran adalah lapisan tipis bahan semi-permeabel yang memisahkan zat
ketika kekuatan pendorong diterapkan melintasi membran. Proses membran
semakin digunakan untuk menghilangkan bakteri, mikroorganisme, partikulat, dan
bahan organik alami, yang dapat memberi warna, rasa, dan bau air dan bereaksi
dengan disinfektan untuk membentuk produk samping desinfeksi/ disinfection
byproducts (DBP).
Proses membran antaralain mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF),
nanofiltrasi (NF), dan reverse osmosis (RO) serta Elektrodialysis (ED). Semua
jenis membran bekerja dengan baik di bawah kondisi yang tepat, memilih
membran yang paling tepat untuk aplikasi tertentu tetaplah penting. Berikut ini
merupakan bagan pemilihan membrane filter:
A. Mikrofiltrasi (MF)1
Mikrofiltrasi didefinisikan sebagai proses pemisahan menggunakan
membran dengan ukuran pori sekitar 0,03-10 mikron (1 mikron = 0,0001
milimeter), Molecular Weight Cut Off (MWCO) lebih besar dari 1000,000
dalton dan relatively low feedwater operating pressure sekitar 100-400 kPa
(15 sampai 60 psi) Bahan yang dilenyapkan oleh MF termasuk pasir, lumpur,
tanah liat, kista Giardia lamblia dan Cryptosporidium, alga, dan beberapa
spesies bakteri. MF bukan merupakan penghalang mutlak untuk virus. Namun,
bila digunakan dengan kombinasi desinfeksi, MF dapat mengontrol
mikroorganisme tersebut dalam air. Secara fisik menghapus patogen, filtrasi
membrane juga secara signifikan dapat mengurangi bahan kimia, seperti
bahan kimia saat klorinasi.
Aplikasi lain untuk teknologi membrane adalah menghilangkan bahan
organik alami atau sintetis sehingga mengurangi potensi pencemar. Dalam
operasi normal, MF menghilangkan sedikit atau tidak sama sekali bahan
organik; Namun, ketika pretreatment diterapkan akan meningkatkan
penghapusan bahan organic serta merendahkan pencemar membran. Dua
aplikasi lain yang melibatkan menggunakan MF sebagai pretreatment yaitu
RO atau NF untuk mengurangi potensi pencemar. Baik RO dan NF secara
tradisional digunakan untuk menghilangkan garam atau menghapus mineral
dari air tanah.
B. Ultrafiltrasi (UF)1
UF melibatkan pemisahan tekanandidorong bahan dari air menggunakan
ukuran pori membran sekitar 0,002-0,1 mikron, MWCO sekitar 10.000 sampai
100.000 dalton, dan tekanan operasi/ operating pressure sekitar 200-700 kPa
(30 sampai 100 psi). UF akan menghapus semua spesies mikrobiologi
termasuk yang dapat dihapus oleh MF (pengangkatan sebagian bakteri), serta
beberapa virus (namun bukan penghalang mutlak untuk virus) dan bahan
humat. Disinfeksi dapat memberikan penghalang kedua untuk kontaminasi,
oleh karena itu dianjurkan melakukan disenfeksi.
Keuntungan utama dari proses tekanan rendah membran UF dibandingkan
dengan proses klarifikasi/penjernihan konvensional dan desinfeksi (post
klorinasi) adalah:
Tidak memerlukan bahan kimia (koagulan, flokulan, desinfektan,
penyesuaian pH)
Ukuran pengeluaran filtrasi berlawanan dengan media filtrasi mendalam;
Kualitas baik dan konstan air yang diolah dalam hal partikel dan
penghapusan mikroba
Proses dan instalasi tertutup atau rapat
Otomasi sederhana
C. Nanofiltrasi (NF)1
Membran NF memiliki ukuran pori nominal sekitar 0,001 mikron dan
MWCO dari 1.000 hingga 100.000 dalton. Mendorong air melalui pori-pori
membran yang lebih kecil membutuhkan tekanan operasi yang lebih tinggi
dari baik MF atau UF. tekanan operasi biasanya mendekati 600 kPa (90 psi)
dan dapat setinggi 1.000 kPa (150 psi). Sistem ini dapat menghapus hampir
semua kista, bakteri, virus, dan bahan humat. Mereka memberikan
perlindungan yang sangat baik dari pembentukan DBP jika disinfektan sisa
ditambahkan setelah langkah filtrasi membran. Karena membran NF juga
untuk menghilangkan alkalinitas, produk air dapat korosif, dan langkahlangkah, seperti pencampuran air baku dan air produk atau menambahkan
alkalinitas, mungkin diperlukan untuk mengurangi korosivitas. NF juga
menghilangkan kesadahan dari air, yang menjelaskan membran NF yang
kadang-kadang disebut "pelunakan membran." Air keras (air yang
mengandung mineral terlarut tinggi) yang akan disaring oleh NF perlu
pretreatment terlebih dahulu untuk menghindari pengendapan ion kesadahan
pada membran.
Lebih banyak energi yang diperlukan untuk NF daripada MF atau UF,
sehingga hal ini yang menjadi penghambat pengoperasian NF.
D. Reverse Osmosis (RO)1
Sistem RO yang kompak/rapat, mudah dioperasikan, dan membutuhkan
tenaga kerja minimal, membuat mereka cocok untuk sistem yang kecil. RO
juga cocok untuk sistem dimana terdapat tingkat fluktuasi musiman yang
tinggi dalam permintaan air.
RO dapat secara efektif menghilangkan kontaminan hampir semua
anorganik dari air. RO juga dapat secara efektif menghilangkan radium, zat
organik alami, pestisida, kista, bakteri, dan virus. RO sangat efektif bila
digunakan secara seri. Air melewati beberapa unit dapat mencapai konsentrasi
kontaminan limbah mendekati nol. Desinfeksi juga dianjurkan untuk
menjamin keamanan air.
Beberapa keuntungan dari RO yaitu:
Menghapus hampir semua ion kontaminan dan kebanyakan non-ion
terlarut,
Relatif tidak sensitif untuk tingkat aliran dan total padatan terlarut (TDS),
dan dengan demikian cocok untuk sistem kecil dengan tingkat tinggi
fluktuasi musiman dalam permintaan air,
RO beroperasi langsung, tanpa minimal periode istirahat,
konsentrasi limbah/effluent serendah mungkin,
Bakteri dan partikel juga disingkirkan,
Kesederhanaan operasional dan otomatisasi memungkinkan untuk fungsi
pengawasan operator berkurang dan membuat RO cocok untuk aplikasi
sistem kecil.
Beberapa keterbatasan RO adalah:
• modal dan biaya operasi tinggi,
•
•
•
•
Mengelola air limbah (larutan air garam) merupakan masalah potensial,
Tinggi tingkat pretreatment diperlukan dalam beberapa kasus,
Membran rentan terhadap fouling/zat pengotor/zat pencemar, dan
Menghasilkan paling banyak air limbah yaitu di antara 25-50 persen dari
feed/umpan.
E. Elektrodialisis ED2
Elektrodialisis (ED) adalah proses desalinasi membran yang awalnya
dikembangkan pada 1950-an. Proses ini menggunakan daya arus searah untuk
menghilangkan garam dan spesies terionisasi lain melalui membran ion kation
dan anion selektif hingga aliran pengumpulan konsentrat Membran yang
digunakan adalah resin pertukaran ion dalam bentuk lembaran.
Gambar 2. EDR Operation in Negative and Positive Polarities
2. Material Membran3
Biasanya, bahan membran dibuat dari polimer sintetis, meskipun terdapat
bentuk-bentuk membrane lain, termasuk keramik dan logam "membran,".
Hampir semua membran diproduksi untuk air minum yang terbuat dari bahan
polimer, karena mereka secara signifikan lebih murah daripada membran
terbuat dari bahan lain.
Membran terbuat dari polimer yang bereaksi dengan oksidan digunakan
dalam pengolahan air minum tidak boleh digunakan dengan air umpan yang
mengandung klor. Kekuatan mekanik merupakan pertimbangan lainnya,
karena membran dengan kekuatan yang lebih besar dapat menahan tingkat
tekanan trans-membran yang lebih besar (TMP), yang memungkinkan untuk
fleksibilitas operasional yang lebih besar dan penggunaan tekanan yang lebih
tinggi.
MF dan UF membran dapat dibangun dari berbagai macam bahan,
termasuk selulosa asetat, polyvinylidene fluoride, poliakrilonitril,
polypropylene, polisulfon, polietersulfon, atau polimer lainnya. Masingmasing bahan ini memiliki sifat yang berbeda sehubungan dengan muatan
permukaan, tingkat hidrofobisitas, toleransi pH dan oksidan, kekuatan dan
fleksibilitas.
NF dan RO membran umumnya diproduksi dari selulosa asetat dan bahan
poliamida, dan berbagai kelebihan dan kekurangan. membran selulosa rentan
terhadap biodegradasi dan harus dioperasikan dalam sempit, kisaran pH 4-8,
tetapi keduanya sangatlah resistan terhadap oksidan tingkat rendah terus
menerus.
Dosis klorin 0,5 mg / L atau kurang dapat mengontrol biodegration dan
fouling/pencemar biologis tanpa merusak membran. Membran poliamida,
sebaliknya, dapat digunakan di bawah berbagai kondisi pH dan tidak tunduk
pada biodegradasi. Meskipun membran telah sangat toleransi terbatas untuk
oksidan yang kuat, mereka kompatibel dengan oksidan yang lebih lemah
seperti chloramines. Membran ini membutuhkan tekanan secara signifikan
lebih sedikit untuk pengoperasiannya dan telah menjadi bahan mendominasi
digunakan untuk aplikasi NF atau RO.
Referensi:
1. The National Environmental Services Center (NESC). 2009. Tech Brief
National Drinking Water Clearinghouse Fact Sheets: Membrane Filtration .
http://www.nesc.wvu.edu/pdf/dw/publications/ontap/2009_tb/membrane_DWFSOM43
.pdf. Diakses pada 01 Maret 2016.
2. Allison, Robert P. Electrodialysis Treatment of Surface and Waste Waters. GEs Water
&
Process
Technologies Technical
Paper,
TP1032EN
0601.
https://www.gewater.com/kcpguest/salesedge/documents/Technical%20Papers_Cu
st/Americas/English/TP1032EN.pdf. Diakses pada 01 Maret 2016.
3. Minnesota Rural Water Association (MRWA). 2009. Minnesota Water Works
Operations
Manual,
Chapter
19:
Membrane
Filtration.
http://mrwa.com/WaterWorksMnl/Chapter%2019%20Membrane%20Filtration.pdf.
Diakses pada 01 Maret 2016.
Gambar 3. The Filtration Spectrum
Sumber: NESC, 2009
Sumber: NESC, 2009
Sumber: NESC, 2009