membran ultrafiltrasi

Ultrafiltrasi Mengolah Limbah Berminyak

Ultrafiltrasi mengolah limbah berminyak. Membran ultrafiltrasi mulai banyak digunakan untuk pengolahan limbah berminyak. Hal tersebut dikarenakan pengolahan limbah emulsi minyak-air dengan metode konvensional belum mampu untuk menerapkan prinsip reuse dan recycle karena hasil pengolahan limbah hanya dibuang ke perairan. Selain itu, proses konvensional menimbulkan produk samping berupa sludge yang tidak diinginkan. Read more

Ultrafiltrasi membran penyaring air sumur

Ultrafiltrasi merukapan metode penyaringan air, Penyaringan ultrafiltrasi pada umumnya menggunakan membran berukuran 0.001 mikron – 0.01 mikron. Dalam teknologi pemurnian air, membran ultrafiltrasi dengan Bobot Molekul (BM) membran 1000-20000 lazim untuk penghilangan pirogen, sedangkan BM membran 80000-100000 untuk penghilangan koloid. Pirogen dengan BM 10000-20000 terkadang dapat dipisahkan dengan membran 80000 karena adanya membran dinamis. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah 10-100 psi (70-700 kPa) maka dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Membran UF sehubungan dengan pemurnian air dipergunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling), mikroba, pirogen, dan partikel modul higienis.

Membran filtrasi ultra memiliki pori-pori  1/100 mikron sehingga air kotor yang melalui membran ini akan dapat menjadi sangat jernih. Secara teori membran ini mampu menyaring bakteri juga, namun untuk lebih amannya tahap pengolahan berikutnya adalah menggunakan sinar ultra violet untuk membunuh kuman. Dengan metode seperti ini dapat dihasilkan air bersih yang siap dipergunakan sebagai air masak, mencuci, mandi dan lain sebagainya.

Proses Ultrafiltrasi adalah proses pemisahan dari material pengotor di dalam air dengan teknologi membrane secara mekanis. Ultrafiltrasi cara kerjaProses ini digunakan untuk memisahkan kontaminan berupa partikel dan bahan biologis, akan tetapi tidak bisa digunakan untuk memisahkan ion dan molekul yang berukuran mikro.

Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak membran selulosa asetat (SA) sebagai lembaran tipis. Membran selulosa asetat mempunyai sifat pemisahan namun sayangnya dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia serta rentan terhadap pH. Adapula membran dari polimer polisulfon, akrilik, polikarbonat, PVC, poliamida, poliviniliden fluorida, kopolimer AN-VC, poliasetal, poliakrilat, kompleks polielektrolit, dan PVA ikat silang. Selain itu, membran dapat dibuat dari keramik, aluminium oksida, zirkonium oksida, dsb.

Berdasarkan  air sumur yang digunakan sebagai air baku untuk umpan Ultra Filtrasi, didapatkan bahwa meskipun kondisi air bening, akan tetapi ditemukan kadar Nitrogen (dalam Amonium), Phosporous (dalam bentuk Phosphate) dan Iron dalam jumlah yang signifikan.

Ditemukannya Amonium dan Phosphate di air sumur merupakan pertanda bahwa tingkat polusi dari air cukup tinggi. Amonium dan Phosphate biasanya berasal dari lokasi pertanian ataupun dari buangan limbah industry, yang seharusnya diserap dan dinetralkan oleh tumbuhan untuk nutrisi pertumbuhannya, sehingga, sebelum air intrusi ke dalam tanah, ammonium dan phosphate ini sudah tidak lagi ditemukan.

Elemen Nitrogen dan Phosporous merupakan Nutrients atau disebut juga sebagai Biostimultant untuk pertumbuhan biologis. Elemen ini, harus dieliminasikan terlebih dahulu untuk menjaga agar tidak terjadi perkembang biakan bakteri di dalam membrane UF. Dengan tingginya aktivitas bakteri di dalam membrane UF, maka akan mengakibatkan terbentuknya lapisan film biologis (Lapisan Lumut) yang membuat membrane UF menjadi buntu dan tidak bisa bekerja sesuai dengan performanya.

Proses desinfektasi yang selama ini dilakukan, tidak akan cukup untuk mengendalikan aktivitas bakteri yang ada di dalam membrane UltraFiltrasi dikarenakan oleh:

  1. Amonium, akan bisa terdegradasi oleh Sodium Hypo Chloride menjadi gas Nitrogen (N2) pada saat dosis yang diberikan adalah Tujuh (7) kali lipat dari kandungan Amonium di dalam air.
  2. Phosporous yang awalnya di level 2 ppm, hanya bisa dihilangkan dengan menggunakan proses koagulasi.

Amonium dan Phosporous yang ada di air baku, merupakan senyawa koloid yang tidak bisa dideteksi, karena larut sempurna dan tidak mengakibatkan kekeruhan di dalam air. Pada filtrasi menggunakan Ultra Filtrasi, sebagian dari senyawa ini akan tertinggal di permukaan luar membrane dan membuat tumbuhnya aktifitas bakteri di permukaan membrane.

Sebelum melakukan Penyaringan dengan membran Ultrafiltrasi biasanya melewati beberapa tahap:

  1. System Pre-Treatment untuk menetralisir dan menghilangkan Nitrogen (Amonium), Phosporous dan Iron sebelum diolah di unit Ultra Filtrasi.
  2. Menggantikan sebagian Membrane Ultra Filtrasi yang sudah ada.
  3. Berdasarkan system capability yang ada, menambah lagi UF untuk menurunkan flux menjadi ½ kondisi saat ini.

Sumber : [AnekaSumber]

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]

Ultrafiltrasi pengolahan minuman isotonik

Ultrafiltrasi untuk pengolahan minuman isotonik, Ultrafiltrasi (UF) adalah suatu proses filtrasi dengan menggunakan membrane yang dapat menyaring larutan yang memiliki besar molekul 1000 dalton. Filter UF pada umumnya  digunakan pada larutan yang mengandung makromolekul, koloid, garam, gula, dan lain sebagainya. UF diterapkan pada laboratorium dan industri pada skala besar. Membrane UF dapat digambarkan sebagai saringan berskala dimensi molecular. Biasanya polymeric dan asymmetric membrane, dirancang untuk produktifitas tinggi. Ukuran pori-pori dari membrane tersebut antara 0.05 μ m hingga 1 nm. Unit Ultrafiltrasi adalah suatu sistem ultrafiltrasi yang terutama diigunakan untuk menghilangkan bakteri dan virus.ultrafiltrasi minuman isotonik

Teknologi membran ultrafiltrasi merupakan salah satu teknologi untuk pengolahan air dan limbah.Teknologi  penyaringan air dengan membran ultrafiltrasi ini dapat mengontrol mikroorganisme pathogen kecil seperti virus dengan sangat efektif dan mengurangi kekeruhan air. Penyaringan UF bekerja berdasarkan ukuran partikel. Hal yang menjadi tantangan terberat dalam teknologi membran adalah terbentuknya fouling membran. Fouling ini menyebabkan penurunan fluks dan efektivitas membrane.

Keunggulan dari sistem UF ini adalah pori-pori yang memiliki nilai absolut dibandingkan dengan filter biasa. Filter UF memiliki ukuran sangat kecil dibandingkan dengan bakteri sehingga lebih steril dari filterisasi biasa

Membran ultrafiltrasi juga dapat digunakan dalam proses pengolahan minuman isotonik air kelapa. Dalam pengolahan ini dapat digunakan teknologi membrane UF, yaitu Ultrafiltration Package Plant. Prinsip dari teknologi ultrafiltrasi yang diterapkan dalam pemrosesan air kelapa ini adalah sebagai proses sterilisasi dingin. Hal ini dilakukan karena sifat air kelapa yang sangat sensitive terhadap panas, sehingga teknologi pengawetan yang biasa dilakukan seperti pasteurisasi tidak efektif karena akan membuat cita rasa air kelapa berubah.
Sebelum memulai proses, membran ultrafiltrasi perlu dibersihkan dari kotoran yang mungkin menempel. Air kelapa yang sudah dibuka tempurungnya segera dimasukkan ke dalam membran dengan sebelumnya ditambahkan gula, asam askorbat dan mineral tambahan. Setelah melewati membrane UF, air kelapa bisa langsung dikemas ke dalam botol kaca yang sebelumnya telah disterilisasi. Proses ini sangat sederhana dimana filtrasi dan pemurnian dilakukan tanpa bantuan bahan kimia sehingga dapat menekan biaya.
Membran ultrafiltrasi mampu menahan berbagai bahan pengotor dan mikroorganisme dengan ukuran yang lebih besar dengan ukuran pori membran. Hasil ini ditunjukkan dengan peningkatan kejernihan air kelapa. Hasil penelitian yang telah dilakukan oleh tim peneliti dari BB-Pascapanen memperlihatkan bahwa air kelapa yang diproses dengan membran ultrafiltrasi (ukuran pori 0,5-2 nm) memperlihatkan bahwa kandungan kalium dan natrium masih sangat tinggi dan total mikroba > 22 (Sinartani, 2006).
Selain kedua aplikasi tersebut, film tipis Nata de Coco juga dapat digunakan sebagai membran UF. Pembuatan film nata de coco diawali dengan mencampurkan air kelapa dan gula, kemudian ditambah starter setelah melalui pendinginan pada suhu kamar. Setelah difermentasi selam 7 hari akan terbentuk gel pada permukaan media cairnya, yaitu pellicle. Pada proses pemurnian dilakukan pencucian dengan air dan perendaman dalam NaOH 2% untuk menghilangkan komponen-komponen non-selulosa dan sisa bakteri. Film nata de coco yang dihasilkan memiliki berat jenis yang tinggi dan derajat penggembungannya rendah. Hal ini menunjukkan bahwa membran UF mempunyai struktur yang rapat, sehingga proses difusi air ke dalam film nata de coco lebih sulit.
Kinerja membran filtrasi dapat diketahui dengan cara melakukan uji kompaksi. Uji ini bertujuan untuk memperoleh harga fluks air yang konstan pada tekanan operasional. Hasil uji menunjukkan bahwa terjadi penurunan fluks sampai menit keduapuluh, dan selanjutnya nilai fluks relative konstan. Penrunan fluks air terjadi karena adanya deformasi mekanik pada matriks membran ultrafiltrasi akibat tekanan yang diberikan. Pada proses deformasi terjadi pemadatan pori film sehingga nilai fluks turun. Studi kompaksi paling banyak dipakai untuk membran reverse osmosis (RO) karena tekanannya tinggi .

Sumber [anekasumber]

Membran Ultrafiltrasi Pengolahan Air Laut

Membran Ultrafiltrasi salah satu pengolahan air laut terbaik. Membran ultrafiltrasi adalah teknik penyaringan air laut dengan menggunakan membran untuk menghilangkan zat terlarut dengan bobot molekul tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air laut.  Membran ultrafiltrasi semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul dari larutan. Proses pemisahan menggunakan membran ultrafiltrasi biasanya digunakan di bidang industri dan penelitian untuk penjernihan air karena ukuran yang dapat diolah adalah air pekat yang mengandung makromolekul yang memiliki berat atom sekitar 103-106 Da (1 Da = 0,000714 gram). Pengolahan menggunakan ultrafiltrasi pada umumnya menggunakan membran berukuran 0.001 mikron – 0.01 mikron. Dalam teknologi pemurnian air laut, membran ultrafiltrasi dengan BM membran 1000-20000 lazim untuk penghilangan pirogen, sedangkan Bobot Molekul membran 80000-100000 untuk penghilangan koloid. Pirogen dengan Bobot moleku 10000-20000 terkadang dapat dipisahkan dengan membran 80000 karena adanya membran dinamis. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah 10-100 psi (70-700 kPa) maka dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Membran ultrafiltrasi (UF) sehubungan dengan pemurnian air dipergunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling), mikroba, pirogen, dan partikel modul higienis.

Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak membran selulosa asetat (SA) sebagai lembaran tipis. Membran selulosa asetat mempunyai sifat pemisahan namun sayangnya dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia serta rentan terhadap pH. Adapula membran dari polimer polisulfon, akrilik, polikarbonat, PVC, poliamida, poliviniliden fluorida, kopolimer AN-VC, poliasetal, poliakrilat, kompleks polielektrolit, dan PVA ikat silang. Selain itu, membran dapat dibuat dari keramik, aluminium oksida, zirkonium oksida, dsb. membran ultrafiltrasi
Membran ultrafiltrasi berfungsi sebagai saringan molekul.  Proses pengolahan air laut Ultrafiltrasi memisahkan molekul terlarut berdasarkan ukuran dengan melewatkan larutan tersebut pada filter.

Membran Ultrafiltrasi merupakan membran permeabel kasar, tipis, dan selektif yang mampu menahan makromolekul seperti koloid, mikroorganisme, dan pirogen. Molekul yang lebih kecil seperti pelarut dan kontaminan terionisasi dapat melewati membran UF sebagai filtrat. Keuntungan sistem penyaringan air teknik ultrafiltrasi secara efektif mampu menghilangkan sebagian besar partikel, pirogen, mikroorganisme, dan koloid dengan ukuran tertentu. Selain itu, mampu menghasilkan air kualitas tinggi dengan hanya sedikit energi.

Berikut proses filtrasi pada proses ultrafiltrasi.
Proses membran Ultrafiltrasi (UF) merupakan upaya pemisahan dengan membran yang menggunakan gaya dorong beda tekanan yang sangat dipengaruhi oleh ukuran dan distribusi pori membran .Proses pemisahan terjadi pada partikel-partikel dalam rentang ukuran koloid. Membran ultrafiltrasi ini beroperasi pada tekanan antara 1-5 bar dan batasan permeabilitasnya adalah 10-50 l/m2.jam.bar.
Terapan teknologi membran ultrafiltrasi adalah untuk dapat menghasilkan air bersih dengan syarat kualitas air minum, untuk mengolah air gambut dan limbah emulsi minyak, untuk proses pengolahan minuman isotonik air kelapa.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai aplikasi membrane ultrafiltrasi untuk pengolahan air waduk Saguling dan pengolahan minuman isotonic air kelapa. Membran ultrafiltrasi yang digunakan adalah membran selulosa asetat yang dibuat sendiri dengan komposisi selulosa asetat 11% (CA-11), 13% (CA-13), 15% (CA-15). Membran ini dibuat dari selulosa asetat, aseton, formamide, dan aquades (Rautenbach, 1989). Membran dibuat dengan teknik inversi fasa dan presipitasi pencelupan yang menggunakan aquades sebagai precipitation agent. Membran yang telah dibuat, penyimpanannya harus tetap terjaga dalam kondisi basah. Cara penyimpanannya adalah dengan dimasukkan ke dalam plastik tertutup yang berisi aquades atau formalin.
Jenis membran ultrafiltrasi ini bersifat hidrofilik sehingga mudah menyerap air. Selain itu, juga memiliki selektifitas yang tinggi karena membrannya rapat, dan fluks permeatnya tinggi karena berukuran sangat tipis.

Terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi fluks pada proses pengolahan air, antara lain komposisi membran, tekanan, ukuran pori, dan pencucian membran. Komposisi membran CA yang tinggi akan menghasilkan volume yang rendah, berbanding lurus dengan fluks. Tekanan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan deformasi atau pelebaran pori membran yang mengakibatkan peningkatan permeabilitas membrane ultrafiltrasi. Tekanan juga menurunkan tingkat rejeksi zat organik dan kekeruhan. Hal ini juga disebabkan oleh adanya deformasi pada membran akibat tekanan yang mengakibatkan ukuran pori melebar.
Ukuran pori juga memegang peranan penting dalam penyisihan zat organik dan permeat. Contohnya pada membran CA-15. Kemampuan rejeksi zat organik mencapai 80-90%. Hal ini disebabkan pori yang terbentuk dari komposisi selulosa tinggi adalah rapat/kecil. Akibatnya, hanya partikel yang lebih kecil dari pori yang dapat melewati membrane ultrafiltrasi jenis ini.

Pencucian membran ultrafiltrasi juga berpengaruh pada fluks. Pencucian meningkatkan fluks, tetapi fluks yang diperoleh tidak sebesar waktu awal proses pencucian. Hal ini disebabkan karena proses pencucian tidak akan dapat membersihkan partikel-partikel yang tertangkap oleh pori membrane ultrafiltrasi. Pencucian membran akan membantu meningkatkan kenaikan fluks karena partikel-partikel yang mengotori permukaan membran dapat dibersihkan dengan pencucian.
Dari hasil penelitian air baku waduk Saguling setelah operasi membran dengan metode dead-end dapat disimpulkan bahwa membran ultrafiltrasi memiliki prospek yang sangat baik untuk digunakan sebagai unit pengolahan air minum.

Sumber [AnekaSumber]