ULTRAFILTRASI

APLIKASI ULTRAFILTRASI

APA ITU ULTRA FILTRASI

Air merupakan sumber daya alam yang memegang peranan penting di dalam kehidupan umat manusia. Air dimanfaatkan dalam berbagai bidang kehidupan seperti pertanian, peternakan, perikanan, industri, pariwisata, dsb. Fungsi-fungsi strategis tersebut telah menempatkan air sebagai sarana yang vital dalam kehidupan manusia. Namun demikian, kondisi saat ini menunjukkan bahwa kualitas air di alam sudah jauh menurun. Air sudah tercemar sedemikian rupa oleh berbagai macam kontaminan seperi logam berat, garam, pestisida, herbisida, bakteri, virus, dan bahan-bahan beracun berbahaya lainnya. Sumber air pun sudah banyak yang rusak sehingga jumlah cadangan air yang layak pun semakin berkurang. Hal ini telah menciptakan suatu tantangan untuk membuat dan mengembangkan suatu teknologi yang mampu mengolah air dengan berbagai kontaminan di dalamnya menjadi air yang dapat dikonsumsi dengan kualitas yang tinggi.

Saat ini, teknologi membran merupakan salah satu alternatif teknologi yang sangat superior dalam mengatasi berbagai permasalahan di air. Teknologi membran termasuk teknologi baru dibandingkan proses filtrasi lainnya. Pada proses ini digunakan membran yang bersifat semipermeabel untuk memisahkan air dengan pengotornya. Material membran yang digunakan bisa berasal dari materi organik (polimer) ataupun an-organik (keramik, gelas, dll). Air dilewatkan melalui membran dan meninggalkan partikel pengotor yang tertahan di sisi membran lainnya. Proses membran yang umum adalah mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), nanofiltrasi (NF) dan reverse osmosis (RO). Pada MF, UF, dan NF membran yang digunakan adalah membran berpori dimana pori membran terbesar hingga terkecil berturut-turut adalah MF, UF, lalu NF. Ultrafiltrasi merupakan salah satu teknologi membran yang berkembang pesat saat ini, khususnya untuk pengolahan air. Ultrafiltrasi dapat berperan sebagai unit inti di dalam proses klarifikasi air atau sebagai unit pretreatment RO dalam proses desalinasi.

Ultrafiltrasi merupakan proses berbasis membran yang terletak antara proses nanofiltrasi dan mikrofiltrasi. Membran ultrafiltrasi memiliki ukuran pori 0,01 mm sampai dengan 1 nm. Ultrafiltrasi umumnya digunakan untuk pemisahan makromolekul dan koloid dari dalam larutan. Aplikasi proses ini begitu luas, khusus untuk pengolahan air, ultrafiltrasi digunakan untuk menghilangkan padatan tersuspensi (turbidity matters), algae, Cryptosporidium oocysts, Giardia lamblia cysts, coliform bacteria, viruses dan pyrogens. Tingkat turbiditas produk yang dihasilkan secara kontinu dapan mencapai nilai <  0,2 NTU. Gambar 1 menunjukkan kemampuan pemisahan ultrafiltrasi dibandingkan dengan proses filtrasi lainnya seperti mikrofiltrafi, reverse osmosis, dan filtrasi konvensional lainnya. 

Gambar 1 Kemampuan pemisahan ultrafiltrasi dibandingkan dengan proses filtrasi yang lain

Membran ultrafiltrasi dapat disusun dalam berbagai konfigurasi modul seperti modul tubular   (hollow fiber dan kapiler), spiral wound, dan plate and frame. Modul jenis kapiler saat ini banyak digunakan sebagai pretreatment pada unit reverse osmosis. Modul kapiler merupakan konfigurasi modul yang memiliki kerapatan penjejalan (packing density) paling tinggi yaitu sekitar 10.000 - 30.000. Modul ini terdiri dari susunan serat kapiler yang halus yang disusun menjadi suatu bundle dalam suatu shell silindris, dimana satu bundle terdiri dari sekitar 4.000 serat. Diameter luar serat berada dalam kisaran 1 – 2 mm dengan ketebalan dinding sekitar 50 mm. Ilustrasi membran kapiler ditunjukkan pada Gambar 2. 

 

 Gambar 2. Ilustrasi membran ultrafiltrasi jenis kapiler dan konfigurasinya di dalam modul

 Proses pemisahan pada membran umumnya adalah cross flow filtration. Keuntungan model ini adalah membran beroperasi dalam self-cleaning mode secara kontinu, dimana solut dan solid secara kontinu tersapu oleh aliran konsentrat, yang bergerak dalam arah paralel terhadap membran. Dengan kecepatan linier sekitar 0.5-1 m/s di atas permukaan membran, polarisasi konsentrasi di permukaan diharapkan seminimal mungkin sehingga kinerja filtrasi membran akan maksimal.

Aplikasi teknologi ultrafiltrasi secara teknik dan ekonomi sangat kompetitif. Penggunaan proses ultrafiltrasi dalam proses filtrasi air memiliki berbagai keuntungan antara lain :

·         Kualitas filtrat yang konsisten pada berbagai variasi kondisi umpan

·         Kekeruhan sampai dengan 100 NTU dapat diturunkan menjadi kurang dari 0,2 NTU

·         Proses pemisahan padatan tersuspensi dan mikroorganisme dilakukan tanpa menggunakan bahan kimia

·         Kemampuan membran merejeksi seluruh bakteri dan virus sekaligus merupakan proses desinfeksi, sehingga proses desinfeksi lanjut hampir tidak diperlukan

Untuk aplikasi pengolahan WTP, ultrafiltrasi bekerja pada tekanan kerja yang relatif rendah. Berbagai kemajuan dibidang teknologi material dan pembuatan membran telah memungkinkan membran ultrafiltrasi bekerja pada tekanan 1 – 2 bar dengan produktivitas yang tinggi. Hal ini sangat menguntungkan karena konsumsi energi proses akan menjadi rendah sehingga biaya proses akan menjadi minimal.

BAB II

DESKRIPSI PROSES

2.1 Unit Ultrafiltrasi

Unit ultrafiltrasi berfungsi untuk menghilangkan padatan tersuspensi, koloid, bakteri, organik, logam teroksidasi, dan turbidity matters yang masih ada di dalam air.  Proses filtrasi berlangsung dalam 2 (dua) tahap yaitu proses filtrasi awal pada Automatic Strainer dan Proses filtrasi pada unit Ultrafiltrasi.

Multi Media Filter Guard

Sebagai primary barrier, Multi Media Filter Guards  berfungsi untuk menahan partikel tersuspensi kasar yang ada di dalam air. Unit ini mampu menahan partikel berukuran 50 micron atau lebih besar. Proses backwash berlangsung secara otomatis ketika pressure drop filter melampaui nilai yang ditentukan. Proses backwash secara otomatis juga dapat diatur berdasarkan interval waktu yang ditentukan (time based).

Unit  Ultrafiltrasi

Unit ultrafiltrasi merupakan unit Low Pressure Membane yang berfungsi menghasilan Ultra Filtered Water melalui proses fisik, tanpa bantuan bahan kimia. Membran ultrafiltrasi memiliki molecular weight cut off (MWCO) 50.000 Daltons sehingga membran ultrafiltrasi dapat digunakan untuk pemisahan makromolekul, koloid, logam teroksidasi, bakteri, virus, organik, dan emulsi dari dalam air.

Proses filtrasi dan backwash pada unit ini berlangsung secara otomatis. Durasi dan frekuensi bakcwash ditentukan berdasarkan kualitas air baku yang diolah. Siklus filtrasi dan backwash akan berulang secara teratur sesuai interval yaktu yang ditentukan. Konfigurasi ini akan memudahkan dalam perasional unit ultrafiltrasi. Proses ultrafiltrasi memiliki bebeerapa kelebihan antara lain :

·         Kualitas produk yang konsisten pada berbagai variasi kondisi umpan

·         Tingkat kekeruhan produk dapat mencapai < 0,1

·         Proses pemisahan padatan tersuspensi dan mikroorganisme dilakukan tanpa menggunakan bahan kimia

·         Kemampuan membran merejeksi seluruh bakteri dan virus sekaligus merupakan proses desinfeksi, sehingga proses desinfeksi lanjut hampir tidak diperlukan

Jika produk UF diproses lebih lanjut dengan unit Reverse Osmosis (RO), maka akan memberikan keuntungan antara lain:

·         Silt density index (SDI) yang rendah dari umpan RO dapat meminimalkan frekuensi pencucian membran RO

·         Meminimalkan biaya untuk traditional prefiltration equipment, maintenance dan downtime akibat kualitas air umpan yang jelek.

·         Memaksimalkan umur elemen membran RO

·         Mengurangi ukuran sistem RO karena fluks membran akan lebih tinggi

·         Memperpanjang umur operasi RO Guard Filters

Dengan berbagai kelebihan tersebut, unit ultrafiltrasi merupakan unit pre-treatment yang sangat strategis bagi unit reverse osmosis.

2.2 Clean-In-Place (CIP)

Selama proses operasi normal, membran UF dapat mengalami proses kontaminasi oleh berbagai foulant yang mengakibatkan terjadinya deposisi material tersuspensi, organik dan biologis, serta deposisi partikel koloid. Peristiwa ini berdampak pada penurunan produktivitas dan selektivitas membran UF. Jika hal ini terjadi, proses cleaning secara periodik perlu dilakukan untuk mengembalikan kinerja membran UF.

Unit CIP berfungsi untuk memfasilitasi proses cleaning dan flushing membran UF. Unit CIP terdiri dari tangki CIP dan pompa CIP. Tangki CIP digunakan sebagai tempat penyediaan larutan pencuci. Pompa CIP berfungsi menngalirkan larutan pencuci ke dalam membran UF. Penyediaan/pembuatan larutan kimia dilakukan secara manual, sedangkan proses sirkulasi dan drain larutan kimia pencuci dapat diprogram secara otomatis yaitu berdasarkan timer setting dipanel control untuk lamanya proses pencucian berlangsung.

2.3 Pengolahan Akhir Produk

Proses post-treatment diperlukan untuk menjaga agar kualitas air produk UF menjadi lebih baik, sesuai dengan kualitas air yang ditentukan.  Salah satu proses  post-treatment yang diperlukan bertujuan untuk menghilangkan bau dari air produk UF. Oleh karena itu, unit post-treatment yang direkomendasikan adalah unit Carbon Filter.

Proses filtrasi dengan carbon filter diharapkan mampu menghilangkan bau yang muncul dari adanya kandungan small organics  dan beberapa senyawa organik sulfur yang dihasilkan akibat degradasi limbah selama beberapa waktu sebelum diproses. Air yang dihasilkan dari proses filtrasi ini diharapkan sudah fresh. Unit ini dilengkapi dengan suatu level control yang memungkinkan unit ini berhenti beroperasi jika level air pada bak penampung umpan UF sudah kosong (Low Level Switch). Demikian juga ketika tangki air produk  akhir penuh (High Level  Switch).

Unit Reverse Osmosis

Produk yang dihasilkan dari proses ultrafiltrasi sebagian telah dapat digunakan untuk kebutuhan tertentu seperti untuk penyiraman/penghijauan, untuk menjaga kelembaban udara. Namun karena proses Ultrafiltrasi tidak dapat menurunkan Total Dissolved Solid (TDS), maka untuk mendapatkan air yang berkualitas dan memenuhi syarat baku mutu sebagai air bersih perlu dilanjutkan pengolahannya dengan menggunakan unit Reverse Osmosis dimana proses ini dapat merijeksikan TDS berkisar 95-98%.

2.4 DESKRIPSI SISTEM CONTROLL

Secara umum, sistem  WTP bekerja berdasarkan tingkat kebutuhan produk akhir. Unit UF bekerja berdasarkan level air pada tangki produk dan tangki umpan UF (UF Feed Tank). Unit UF bekerja jika level air pada tangki umpan berada di bawah posisi High Level dan berhenti beroperasi jika level air melewati posisi Low Level. Sebaliknya, Unit UF juga bekerja berdasarkan level air pada tangki produk UF. Jika level air berada di bawah Low Level maka unit UF akan otomatis beroperasi dan berhenti beroperasi jika air produk berada pada posisi High Level.

Untuk unit ultrafiltrasi, proses filtrasi dan backwash juga berlangsung secara otomatis. Durasi dan interval backwash dapat diatur sedemikian rupa, tergantung fouling tendency pada membran ultrafiltrasi. Sementara untuk unit Filter Guard, proses backwash atau self cleaning operation berlangsung secara otomatis berdasarkan pressure drop pada filter atau timer setting.

Untuk penyiapan bahan kimia, baik pada unit CIP UF dan dosing chemical, secara umum masih dilakukan secara manual. Oleh karena itu, operasional untuk penyiapan bahan kimianya masih memerlukan kehadiran operator. Namun pencucian Kimia biasa dilakukan dalam interval waktu yang cukup lama biasanya sekitar 6 -12 bulan sekali, hal ini sangat ditentukan oleh konsentrasi dan karakter limbah yang diolah.