Pengolahan Air Asin Atau Payau Dengan Sistem Osmosis Balik

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 Tengah.


KATA KUNCI : Reverse Osmosis, Destilasi, Filtrasi, Mobile RO
JENIS TEKNOLOGI : Teknologi Pengolahan Air Bersih
TARGET PENGGUNAAN : Rumah Tangga, Komunal (kelompok)


I. PENDAHULUAN

1.1. 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.

         Untuk memenuhi kebutuhan akan air tawar manusia telah mengembangkan sistem pengolahan air asin/payau dengan teknologi membran semipermeabel. Membran (selaput) semipermeabel adalah suatu selaput penyaring skala molekul yang dapat ditembus oleh molekul air dengan mudah, akan tetapi tidak dapat atau sulit sekali dilalui oleh molekul lain yang lebih besar dari molekul air.

         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.

1.2. Tujuan dan Sasaran  

Tujuan penerapan teknologi RO adalah :

Sasaran dari penerapan teknologi ini adalah:

1.3. Manfaat

        Alat pengolah air sistem RO mempunyai fungsi untuk mengolah air asin/payau menjadi air tawar dengan cara filtrasi tingkat molekul, dengan demikian alat ini memberikan manfaat yang sangat besar bagi manusia. Pemanfaatan teknologi ini akan memberi kemudahan bagi manusia untuk mendapatkan air bersih yang diperoleh dari pengolahan air asin/payau.

        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. Pandual Kualitas Air Hasil Pengolahan Sistem RO

 Tabel 2. Paduan Kualitas Air Hasil Uji Coba di Kelapa Gading Jakarta Utara

Tekanan Membran :300 Psi,   Temperatur Air : 20-28 oC,   Laboratorium : PAM Jaya

Parameter

Satuan

Air Baku I

Air Olahan I

Air Baku II

Air Olahan II

Fisik          
1. Warna

Ppm Pt-Co

15

5

10

5

2. Turbidity

Ppm SiO2

-

-

7,7

0

3. Bau  

Tdk

Tdk

Tdk

Tdk

4. Rasa  

Asin

Tdk

Asin

Tdk

5. D.H.L

m m

7500

350

7520

350

Kimia          
6. pH  

7,5

6,3

7,6

6

7. Zat Padat

ppm

-

-

5340

138

8. Zat Organik

ppm KmnO4

3,79

1,58

4,74

1,58

9. CO2 bebas

ppm CO2

13,2

17,6

30

22

10. P. Alkalinity

ppm CaCO3

0

0

0

0

M. Alkalinity

ppm CaCO3

390

60

275

25

Carbonat

ppm CaCO3

0

0

0

0

Bicarbonat

ppm CaCO3

390

60

275

25

11. Tot Hardness

OD

19,4

0

29

0,8

Calsium

ppm Ca++

49,98

0

74,97

2,856

Magnesium

ppm Mg++

53,35

0

79,55

1,72

12. Besi

ppm Fe++

4,4

Negatif

1,4

Negatif

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

1.4. 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:

1.5. 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.

1.6. Kontak Personil

Ir. Arie Herlambang, M.S.

Kelompok Teknologi 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@server.enviro.bppt.go.id
Home Page : http://www.enviro.bppt.go.id/~Kel-1/

II. BAHAN

2.1. 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, Tiga Fase 50 Hz, Tekanan 6 Bars (max) Stainless steel
2 Reaktor Tank Model RT6312, 
Kapasitas 0,5-1M3/Jam
Mild Steel with Reinforce Fiber Plastic
3 Rapid Sand Filter Model FS1212, 
Kapasitas 1,4-1,8M3/Jam
Fiber glass
4 Iron Manganese Filter Model FM1012, 
Kapasitas 1,4-1,8M3/Jam
Fiber glass
5 Colour Polishing 
(Filter Carbon)
Model FC1012, 
Kapasitas 1,4-1,8M3/Jam
Fiber glass
6 Dosing Pump Single Acting, Chemtech 100/030, Pressure = 7 Bar, 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 2,2 KVA, 3 Phase 380 V, 50 Hz Sainless Steel

 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  

2.1. Bahan Tambahan

        Bahan tambahan yang diperlukan dalam operasional unit pengolah air sistem RO antara lain Kalium Permanganat (KMnO4), Anti scalant, Anti Fouling dan Anti bakteri. Kalium permanganat digunakan sebagai bahan oksidator terhadap zat besi, mangan dan bahan organik dalam air baku.


III. TAHAPAN

Untuk membuat suatu alat pengolah air sistem RO persiapan yang dilakukan adalah sebagai berikut:


Gambar 2. Tahap Pelaksanaan Instalasi
 

IV. 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.

        Jika air olahan yang dihasilkan menjadi semakin banyak maka jumlah air baku akan menjadi lebih besar dan sebagai akibatnya tekanan yang dibutuhkan akan menjadi semakin besar. Tekanan buatan (tekanan kerja) tersebut harus lebih besar dari tekanan osmosis pada air baku. Tekanan kerja yang dibutuhkan jika memakai air laut adalah antara 55 sampai 70 kg/cm2.

RO mempunyai ciri-ciri yang sangat khusus sebagai model pengolah air asin yaitu:

        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.

        Untuk daerah pesisir pantai dan kepulauan kecil, air baku utama yang digunakan pada umumnya adalah air tanah (dangkal atau dalam). Kualitas air tanah ini sangat bergantung dari curah hujan. Jadi bila pada musim kemarau panjang, air tawar yang berasal dari air hujan sudah tidak tersedia lagi, sehingga air tanah tersebut dengan mudah akan terkontaminasi oleh air laut. Ciri adanya intrusi air laut adalah air yang terasa payau atau mengandung kadar garam khlorida dan TDS yang tinggi.

        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 skema unit pengolah air sistem RO dapat dilihat pada gambar 3

Gambar 3. Skema Pengolahan Air Sistem Reverse Osmosis


V. 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 5. 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
   

Gambar 10. Generator Listrik 10 KVA 380 V dan Panel Listrik
 

VI. 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:

 

VII. 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

Tangki kimia digunakan sebagai penampung bahan kimia yang terdiri dari bahan oksidasi, anti fouling, anti bakteri, anti scalan. Larutan bahan kimia dipompakan ke dua titik malalui pompa dosing. Kedua titik input tersebut adalah satu titik input sebelum tangki reaktor dan tiga titik input setelah saringan awal.
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 Fungsi dari bangunan pelindung adalah untuk melindungi RO, Generator, Panel listrik, bahan kimia dan operator. Bangunan ini dapat dibuat dari bahan bangunan beton atau kayu atau kombinasi dari kedua bahan tersebut. 

 

VIII. 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.

 

IX. LOKASI

        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 P, Kelapa


Gambar 13. Unit Pengolah Air Sistem RO di P, Pramuka
   


Gambar 14. Unit Pengolah Air Sistem RO Bergerak di Palembang
   


Gambar 15. Unit Pengolah Air Sistem RO di Cilacap
 

X. PERMASALAHAN

Kendala yang dihadapi selama penerapan teknologi pengolah air sistem RO dapat dikelompokkan menjadi 3 bagian yaitu:

 

INFORMASI SELENGKAPNYA HUBUNGI :

Nusa Idaman Said, Haryoto Indriatmoko, Nugro Raharjo, Arie Herlambang

Kelompok Teknologi 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 Pusat
Telp. 3169769, 3169770
Fax. 3169760

Email : air@server.enviro.bppt.go.id