cara kerja membran reverse osmosis

Cara Kerja Membran Ultrafiltrasi dan RO

Membran filtrasi banyak jenisnya, diantaranya Membran Ultrafiltrasi dan Reverse Osmosis. Kinerja membrane dapat dilihat dari dua parameter yaitu aliran melalui membran (fluks) dan selektifitas. Fluks merupakan perbandingan antara volume dengan luas dan waktu. Untuk proses filtrasi dengan membrane yang menggunakan beda tekan sebagai driving force, fluk merupakan fungsi dari beda tekan dan konstanta permeabilitas yang dapat dinyatakan dengan persamaan:

membran filtrasi

Konstanta permeabilitas merupakan konstanta yang menyatakan kemampuan membran untuk melewatkan aqua dm. Sejalan dengan waktu, permeabilitas membran akan berkurang. Hal ini disebabkan oleh pembentukan fouling. Fouling merupakan proses dimana zat terlarut atau partikel terdeposisi pada permukaan membrane atau pada pori membran sehingga terjadi penurunan kinerja membrane. Foaling dapat disebabakan oleh zat koloid, biologis, organik, dan mineral. Untuk meningkatkan kembali kinerja membran, membrane dapat dibersihkan dengan secara hidrolik (back wash dengan aqua dm), kimiawi, mekanik dan juga dengan menggunakan listrik.

Selektifitas membran ditentukan oleh dua parameter yaitu faktor rejeksi (R) dan faktor pemisahan (α). Persen rejeksi adalah persen dari konsentrasi yang terpisahkan dari umpan (feedwater) oleh membrane. Secara matematis persen rejeksi dinyatakan oleh persamaan:

membran ultrafiltrasi dan reverse osmosis

Cf = konsentrasi zat terlarut dalam umpan

Cp= konsentrasi zat terlarut dalam permeat

R bernilai 100% (retensi total dari zat terlarut) yang berarti ideal semipermeabel

membran dan 0% yang berati pelarut dan zat terlarut bebas melewati membran.

Membran Ultrafiltrasi
Membrane ultrafiltrasi adalah proses pemisahan yang menahan komponen dengan berat molekul tinggi (protein, makro molekul, polisakarida) sedangkan melewatkan komponen berberat molekul rendah. Proses pemisahan dalam modul ultrafiltrasi terjadi secara cross flow dimana umpan mengalir secara tangensial sepanjang permukaan membrane. Membran ultrafiltrasi dapat digolongkan berpori, namun strukturnya lebih asimetris dibandingkan membrane mikrofiltrasi. Membran ultrafiltrasi memiliki ukuran pori lapisan teratas 20 – 1000 A, ketebalan 0,1 – 1,0 μm, dan bekerja pada tekanan 1 – 10 bar. Proses ultrafiltrasi biasanya digunakan untuk memisahkan partikel dengan ukuran berkisar antara 0,05 μm – 1 nm. Membran ultrafiltrasi dapat menghasilkan fluks yang sangat tinggi, namun pada umumnya membrane ini hanya digunakan untuk menghasilkan fluks antara 50-200 galon per hari dengan tekanan operasi sekitar 50 psig.

Membrane ultrafiltrasi dapat berbentuk plate and frame, spiral-wound, dan tubular. Setiap konfigurasi memiliki aplikasinya masing-masing. Untuk air dengan kemurnian tinggi, spiralwound. lebih umum untuk digunakan. Konfigurasi dipilih berdasarkan jenis dan konsentrasi dari material berkoloid atau emulsi. Untuk semua konfigurasi, desain sistem yang optimum harus memperhatikan laju alir, hilang tekan, konsumsi energi, fouling, dan juga harga membrane itu sendiri.

Kebanyakan membrane ultrafiltrasi komersial terbuat dari polimer yaitu :

Polysulfone / poly(ether)sulfone / sulfonated polysulfone

Poly(vinylidene fluoride)
Polyacrilonitril

Cellulosics

Aliphatic polyamides

Polyetheretherketone
Selain dari polimer, membrane ultrafiltrai juga dapat terbuat dari bahan anorganik seperti keramik, Al2O3, dan zirconia.

Membrane Reverse Osmosis
Membran reverse osmosis adalah membrane yang paling rapat dalam proses pemisahan cair-cair. Pada prinsipnya air adalah satu-satunya material yang dapat melewati membrane sehingga membrane ini merejeksi partikel berberat molekul tinggi dan rendah. Osmosis merupakan proses dimana pelarut pindah dari larutan berkonsentrasi rendah menuju larutan berkonsentrasi tinggi. Untuk mendapatkan proses reverse osmosis (RO), diperlukan adanya peningkatan tekanan pada bagian dengan konsentrasi pekat menjadi melebihi bagian dengan konsentrasi yang lebih encer. Gaya per unit luas yang dibutuhkan untuk mencegah mengalirnya pelarut melalui membran permeabel selektif dan masuk ke larutan dengan konsentrasi yang lebih pekat sebanding dengan tekanan turgor. Tekanan osmotik merupakan sifat koligatif, yang berarti bahwa sifat ini bergantung pada konsentrasi zat terlarut, dan bukan pada sifat zat terlarut itu sendiri. Perbandingan antara proses osmosis dan reverse osmosis dapat dilhat dari gambar berikut: Membrane RO memiliki pori-pori dengan ukuran kurang dari 0,02 μm dengan ketebalan 150μm. Membrane ini dioperasikan pada tekanan 15-150 atm. membrane RO biasa digunakan dalam permunian air dari kandungan garam maupun pengolahan limbah industry tekstil.

Faktor yang Mempengaruhi Proses Pemisahan
Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi kinerja membran adalah sebagai berikut:

Laju Umpan
Laju permeat meningkat dengan semakin tingginya laju alir umpan. Selain itu, laju alir yang besar juga akan mencegah terjadinya fouling pada membran. Namun energi yang dibutuhkan untuk mengalirkan umpan akan semakin besar.

Tekanan Operasi
Laju permeat secara langsung sebanding dengan tekanan operasi yang digunakan terhadap permukaan membrane. Semakin tinggi tekanan operasi, maka permeat juga akan semakin tinggi.

Temperatur operasi
Laju permeat akan meningkat seiring dengan peningkatan temperatur. Namun temperatur bukanlah variabel yang dikontrol. Hal ini perlu diketahui untuk dapat mencegah terjadinya penurunan fluks yang dihasilkan karena penurunan temperatur operasi.

Sumber [akademik.che.itb.ac.id]