pemurnian air laut

teknik dan teknologi sistem pemurnian air laut

Pemurnian air laut makin berkembang, sekarang pemurnian air laut memiliki beberapa teknik dan teknologi modern. Berikut ini adalah teknik dan teknologi sistem pemurnian air laut:

1. Pemurnaian air laut teknik membran

Menggunakan sistem membrane yang dikombinasikan dengan berbagai metode baik pressure maupun electrical, adapun metode yang termasuk dalam kategori ini adalah reverse osmosis (RO), electrodialysis (ED), capacitative deionization (CDI), nanofiltration (NF).

pemurnian air laut

2. Pemurnian air laut teknik destilasi

Pemurnian air laut teknik destilasi menggunakan tenaga thermal dengan proses evaporasi ataupun kondensasi, adapun metode yang termasuk dalam kategori ini adalah multistage flash evaporation (MSF), multieffect distillation (MED atau MEE), vapor compression distillation, solar thermal distillation.

pemurnian air laut

Adapun saat ini menurut IDA dalam ASIRC (2005) metode yang banyak digunakan adalah Reverse osmosis (RO) sebesar 44 % dan Multistage Flash (MSF) sebesar 40 %. Menurut AQUA-CSP (2007) kemampuan konversi air laut menjadi air bersih pada metode RO sebesar 20 – 50 % adapun untuk metode MSF hanya mampu mengkonversi sebesar 10 – 20 %.  Disamping itu menurut ASIRC (2005) pada sistem yang menggunakan sistem thermal membutuhkan energi yang besar dalam pengoperasiannya sehingga membutuhkan biaya awal pembangunan yang besar sedangkan pada sitem membrane seperti RO membutuhkan energi dan biaya pembangunan yang lebih kecil. Sehingga beberapa negara lebih memilih metode RO dalam proses desalinasi seperti yang dilakukan di Singapura.

Preliminary design yang dilakukan ASIRC (2005) menyatakan bahwa metode RO yang akan dibuat diwilayah Sydney nantinya membutuhkan biaya 1.44 dolar Australia/m3 untuk kapasitas 500.000 m3/hari dimana sudah termasuk didalamnya biaya untuk pembuatan intake, discharge and distribution. Proses desalination terbesar saat ini berada diwilayah Israel dengan kapasitas 273.000 m3/hari dengan biaya 0.53 dolar/m3. Menurut GF Leitner dalam James E Miller (2003) untuk membangun kapasitas 24 juta gallon /hari membutuhkan investasi 69 sampai 95 juta dolar dengan masa layan 50 tahun. Nilai investasi yang sangat kecil apabila dibandingkan dengan manfaat kedepannya.

Reverse osmosis (RO)

Adapun skema yang dilakukan dalam proses desalination dengan metode RO atau biasa disebut Sea Water Reverse Osmosis , Dimana proses purification / pemurnian air laut dimulai dengan masuknya air laut melalui intake yang berbentuk kanal ataupun intake tower ditengah laut yang dihubungkan dengan pipa penyalurnya.

Kemudian air laut tersebut di pretreatment guna mengontrol :

  1. Membrane Scalling (calcium sulfate, calcium carbonate)
  2. Metal oxide fouling (oxide of ferric iron, manganese)
  3. Biological activity (biofouling, biofilm formation)
  4. Colloidal, particulate fouling (clays, colloidal colour)

Dalam Pemurnian air laut setelah proses pretreatment dilakukan maka air laut tersebut kemudian dipompakan dengan tekanan tinggi melalui spiral membrane untuk memisahkan garam dan airnya, adapun air laut yang tidak lolos saringan membrane akan dialirkan ke saluran  pelepasan/discharge yang digambarkan dengan garis merah dalam ilustrasi dibawah. Sedangkan air laut yang lolos saringan kemudian ditampung dalam tampungan air raksasa yang diwakili dengan garis berwarna biru. Sebelum dialirkan kesaluran air minum masyarakat, air hasil pemurnian air laut dengan proses RO yang mana mempunyai total dissolved solid (TDS) berkisar 25-500 mg/L mesti dipastikan bebas pathogenic organism dengan menambahkan chlorine.

Menurut Lattemann dan Hopner dalam AQUA-CSP (2007) guna menghindari efek negatif dari kenaikan temperatur (pada proses dengan thermal) dan kadar garam (pada proses dengan mekanis) didaerah pelepasan atau mixing zone maka keluaran air laut yang tidak lolos penyaringan di membrane RO harus dibatasi kenaikan temperatur dan kadar garamnya sebesar 10 %.

Saat ini beberapa desalination plant dikombinasikan dengan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) untuk supply air laut dan energi listriknya. Seperti terlihat pada ilustrasi dibawah, air laut yang akan dimurnikan terlebih dahulu digunakan oleh power plant untuk membantu dalam proses menghasilkan energi listrik, kemudian air laut tersebut sebagian dibuang dan sebagian lagi dialirkan ke desalination plant dengan terlebih dahulu di pretreatment untuk dilanjutkan dengan penyaringan di membrane RO. Menurut AQUA-CSP (2007) keuntungan dari kombinasi desalination plant dan power plant adalah keluaran hasil dari desalination plant dan power plant akan tercampur sehingga tingkat temperatur air keluaran keduanya dan kadar garamnya akan memenuhi ambang batas yang diijinkan. Sehingga proses pemurnian air laut ini akan membawa manfaat besar bagi manusia dengan tidak merusak lingkungan yang telah memberikan segala sesuatunya.

Dengan adanya peringatan maupun kejadian kelangkaan air minum baik dalam kuantitas maupun kualitas, Pemurnian air laut dengan teknik desalinasi mungkin bisa menjadi pertimbangan pemerintah seperti Indonesia untuk menyediakan sumber air bersih dari air laut. Alternatif ini juga bisa menjadi sebuah kesempatan bisnis yang menguntungkan bagi perusahaan air minum nasional maupun internasional untuk mampu menyediakan air minum sehat bagi pelanggannya. Desalinasi juga mempunyai manfaat lain untuk konservasi sumber air minum tawar yang beberapa waktu ini mengalami degradasi baik karena eksploitasi berlebihan maupun penyebab lainnya. Investasi kecil air bersih ini akan membawa manfaat besar bagi kesehatan masyarakat kedepannya. Singapura telah memulai membuat RO plant berkapasitas 136.000 m3/hari dengan biaya permeter kubiknya (1000 liter) yaitu 4900 rupiah, bagaimana dengan Indonesia yang dikaruniai luas lautan lebih besar dari daratan apakah siap membuat alat pemurnian air laut  dengan teknik Desalinasi ataupun Destilasi?

Sumber [AnekaSumber]

 

Desalinasi dan Destilasi Air Laut Solusi Krisis Air bersih

Desalinasi dan Destilasi Air Laut Solusi Krisis Air bersih, Desalinasi dan destilasi merupakan Salah satu cara untuk mendapatkan sumber air yang layak untuk keperluan hidup sehari-hari adalah dengan mengolah air laut menjadi air tawar. Proses pengolahan air laut menjadi air tawar lebih dikenal dengan istilah Desalinasi. Desalinasi air laut yaitu mengurangi kadar garam yang terkandung pada air laut sampai pada level tertentu sehingga air laut tersebut layak untuk dipergunakan seperti halnya air tawar. Sebagaimana diketahui, air laut adalah sumber air terbesar di muka bumi sementara air tawar yang tersedia dianggap akan semakin berkurang seiring berkembangnya populasi manusia.
Dalam proses desalinasi atau destilasi air laut ukuran yang biasa digunakan untuk menentukan tinggi-rendahnya kadar garam dalam air laut adalah ppm (part per million) dan digolongkan dalam 3 bagian yaitu:
1. Air laut berkadar garam rendah: 1000 ppm < air laut < 3000 ppm
2. Air laut berkadar garam sedang: 3000 ppm < air laut < 10.000 ppm
3. Air laut berkadar garam tinggi: 10.000 ppm < air laut < 35.000 ppm

Sedang air laut yang berkadar garam dibawah 1000 ppm dikategorikan sebagai air tawar (fresh water) yang layak dipergunakan dalam kehidupan sehari-hari. Semakin tinggi kadar garam dalam air laut akan semakin tinggi pula biaya yang dibutuhkan untuk mengolah air laut menjadi air tawar.

Proses Desalinasi Air Laut
Ada beberapa proses dalam desalinasi air laut ini, namun yang banyak untuk saat ini hanya ada dua, yaitu:

1. Multistage Flash Distillation System
Sistem ini merupakan pengembangan dari sistem distilasi air laut biasa, yaitu air laut dipanaskan untuk menguapkan air laut dan kemudian uap air yang dihasilkan dikondensasi untuk memperoleh air tawar yang ditampung di tempat terpisah sebagai hasil dari proses distilasi dan dikenal sebagai air distilasi.
Pada sistem distilasi air laut bertingkat (Multistage Flash Distillation System), air laut dipanaskan berulang-ulang pada setiap tingkat distilasi dimana tekanan pada tingkat sebelumnya dibuat lebih rendah dari tingkat berikutnya.
Contohnya adalah sistem MSF yang disederhanakan yang aktualnya dibangun sampai lebih dari sepuluh tingkat.

desalinasi air laut
Evaporator (penguap) dibagi dalam beberapa stage (tahap). Biasanya proses destilasi air laut ini menggunakan empat tahap evaporator. Setiap tahap selanjutnya dibagi menjadi flash chamber yang merupakan ruangan yang terletak dibawah pemisah kabut dan bagian kondensor yang terletak diatas pemisah kabut.

Air laut dialirkan dengan pompa ke dalam bagian kondensor melalui tabung penukar panas dan hal ini menyebabkan terjadi pemanasan air laut oleh uap air yang terjadi dalam setiap flash chamber. Kemudian air laut selanjutnya dipanaskan dalam pemanas garam dan kemudian dialirkan ke dalam flash chamber tahap pertama.
Setiap tahap dipertahankan dengan kondisi vakum tertentu dengan sistem vent ejector, dan beda tekanan antara tahap-tahap dipertahankan dengan sistem vent orifices yang terdapat pada vent penyambung pipa yang disambung di antara tahap-tahap.

Air laut yang telah panas mengalir dari tahap bertemperatur tinggi ke tahap bertemperatur rendah melalui suatu bukaan kecil antara setiap tahap yang disebut brine orifice, sementara itu penguapan tiba-tiba (flash evaporates) terjadi dalam setiap chamber. Dan air laut pekat (berkadar garam tinggi) keluar dari tahap terakhir dengan menggunakan pompa garam (brine pump).

Uap air yang terjadi dalam flash chamber pada setiap tahap mengalir melalui pemisah kabut, dan mengeluarkan panas laten ke dalam tabung penukar panas sementara air laut mengalir melalui bagian dalam dan kemudian uap berkondensasi. Air yang terkondensasi dikumpulkan dalam penampung dan kemudian dipompa keluar sebagai air tawar.

2. Reverse Osmosis System (Sea Water Reverse Osmosis)
Desalinasi air laut yang menggunakan sistem Sea Water Reverse Osmosis (SWRO) lebih kompleks jika dibandingkan dengan sistem Reverse Osmosis yang digunakan untuk memurnikan air tawar. Sistem RO yang dipakai dalam desalinasi air laut , Sebelum air laut yang akan diolah diperlukan pengelolaan awal (pre treatment) sebelum diteruskan ke bagian RO karena masih mengandung partikel padatan tersuspensi, mineral, plankton dan lainnya. Berikut adalah alat desalinasi air laut yang memanfaatkan teknologi Sea Water Reverse Osmosis (SWRO).

seawater reverse osmosis
Setelah melalui tahap pre-treatment, air laut disalurkan ke membranSWRO dengan pompa yang bertekanan tinggi sekitar 55 dan 85 bar, tergantung dari suhu dan kadar garamnya. Air yang keluar dari membran SWRO ini berupa air tawar dan air yang berkadar garam tinggi (brine water). Air tawar selanjutnya dialirkan ke tahapan post treatment untuk diolah kembali agar sesuai dengan standar yang diinginkan. Sedang brine water dibuang melalui Energy Recovery Device. Aliran Brine Water ini masih memiliki tekanan yang tinggi. Tekanan yang tinggi ini dimanfaatkan oleh Energy Recovery Device untuk membantu pompa bertekanan tinggi sehingga tidak terlalu besar memakan daya listrik. Karenanya desalinasi air laut dengan tekonlogi RO ini dianggap yang paling rendah konsumsi daya listriknya diantara sistem desalinasi lainnya.

Sumber [google.com]

Pemurnian air laut menjadi air tawar dan bersih

Tanaman, hewan dan manusia membutuhkan air tawar yang mengandung sedikit (jumlah minimum) mineral bagi kelangsung-an hidupnya. Persediaan air tanah tergantung dari sistem pemurnian air secara alami. Manusia mungkin menyimpan atau menghemat air tawar dengan membuat bendungan-bendungan dan waduk-waduk, tetapi di berbagai bagian dunia bahaya kekurangan air tetap terjadi. Problem ini merupakan masalah yang akut pada daerah yang berarea sempit tetapi berpenduduk sangat padat. Meskipun curah hujan di daerah itu sedang, tak cukup air tawar untuk memenuhi ke-butuhan seluruh penduduk. Tambahan pula, kekurangan air tawar ini   makin terasa meningkat dari hari ke hari. Ada tuntutan terus-menerus untuk meningkatkan produksi pangan dalam rangka memenuhi kebutuhan pangan penduduk dunia yang makin bertambah. Hal ini antara lain dapat diperoleh dengan mengairi dan menanami daerah-daerah yang bercurah hujan sedikit, atau disebut intensifikasi pertanian. Makin tinggi taraf hidup manusia, disadari bahwa kebutuhan air tawar makin meningkat. Oleh karena itu, para ahli tanah terus berusaha mencari tandon air bawah tanah yang baru. Sementara itu, para ilmuwan mencoba ber-bagai cara untuk memproduksi air tawar dari tandon air alami yang terbesar di dunia, yaitu laut (KOGAN 1974).

SIKLUS AIR DI ALAM
Laut merupakan tandon air alami terbesar di dunia dan terus menerus diuapkan oleh radiasi sinar matahari. Uap air yang terbentuk segera membubung tinggi ke udara. Pada waktu mencapai lapisan atmosfir di atas, temperaturnya makin merendah sehingga uap air tersebut mengembun membentuk awan. Karena ada perbedaan tekanan udara di atas laut dan di atas daratan, awan-awan akan bergerak ke arah daratan dan akhirnya mencapai dataran tinggi atau daerah pegunungan. Ketika udara di dataran tinggi menurun, awan akan berubah menjadi butiran-butiran air yang kemudian jatuh ke bumi sebagai hujan. Sebagian air yang mencapai tanah segera menguap oleh panas tanah, sebagian lagi mungkin tinggal di atas permukaan tanah atau meresap ke dalam tanah. Hal ini tergantung dari sifat permukaan tanah tersebut. Apabila struktur tanah berpori-pori, air dapat meresap sampai mencapai lapisan batuan yang kedap air dan memben-tuk tandon air di bawah tanah, atau mengalir ke kaki bukit dan muncul di permukaan tanah sebagai mata air. Sejumlah air yang merembes ke dalam tanah diserap oleh akar-akar tanaman, kemudian kembali ke atmosfir sebagai uap air melalui penguapan pada daun—daunnya. Air hujan yang tinggal di atas permukaan tanah ber-gabung sebagai aliran menuju sungai dan akhirnya mencapai laut. Air limbah industri dan rumah tangga dibuang melalui selokan selokan ke sungai dan akhirnya juga kembali ke laut (BATES & EVANS 1976).

BEBERAPA CARA PEMURNIAN AIR LAUT
Pada dasarnya, prinsip permurnian air laut adalah memisahkan garam dari air laut sehingga diperoleh air tawar, yang dapat dilakukan seperti berikut :

1.Penyulingan
Percobaan pertama untuk memisahkan garam dari air laut adalah meniru cara alam, yaitu dengan menguapkan air laut kemudian mengembunkan uapnya kembali. Ketika air laut dipanaskan, hanya air yang menguap, garam-garam yang   terlarut tetap tinggal dalam larutan (air laut). ADIWIREJA (1984) mengemukakan suatu cara sederhana untuk menyuling air laut . Pada alat suling ini, bagian dalam wadah perebus air laut dilengkapi dengan pipa-pipa tegak untuk memperluas permukaan air yang dipanaskan. Dengan perluasan ini dapat diperoleh banyak uap air dalam waktu relatif singkat. Alat suling ini dapat dipergunakan sebagai perlengkapan kapal penangkap ikan atau penyediaan air minum di perkampungan-perkampungan nelayan yang jauh dari sumber air tawar. Bahan bakar seperti kayu, arang batu, minyak tanah dapat dipergunakan sebagai tenaga pemanas pada alat ini. Kemudian, cara ini dikembangkan untuk mesin-mesin suling yang menggunakan bahan bakar minyak atau tenaga matahari (solar system). Pada umumnya, bahan bakar minyak sangat mahal sehingga dicari berbagai cara untuk menghemat bahan bakar tersebut, misalnya : a. Memasukan kembali air pendingin ke dalam tempat pendidih air. Karena air pendingin tersebut telah me-nyerap panas dari uap air berarti sudah ada pemanasan awal, sehingga pemasukan kembali air ini sebagai sumber uap dapat menghemat waktu dan tenaga pemanas. b. Memanaskan air di bawah tekanan atmosfir. Pada tekanan atmosfir (760 mm Hg), air mendidih pada temperatur 100° C. Tetapi, bila tekanannya dinaikkan menjadi dua kali (1520 mm Hg), air tidak mendidih sampai temperatur mencapai 120,1° C. Sebaliknya, apabila tekanan udara dikurangi menjadi separuhnya, penguapan akan segera terjadi, ini dikenal dengan sebutan ‘penguapan secara kilat’ (flash evaporation). Penguapan bertambah cepat apabila tekanan udara dikurangi lagi (KOGAN 1974).

Pada dasarnya, pengurangan tekanan udara pada berbagai tingkatan dilakukan untuk menghemat bahan bakar. Prinsip ini digunakan pada mesin penguap dengan cara kilat bertahap (multiflash evaporation) seperti ditunjukkan dalam Gambar 4. Air laut yang dididihkan, darimana uap terjadi, mengalir sepanjang alat ini dari satu arah, sementara itu temperaturnya perlahan-lahan diturunkan. Pada saat yang sama, tempera-tur air laut pendingin perlahan-lahan meningkat ketika mengalir dari arah sebalik-nya dan sebagian dimasukan kembali untuk sumber uap. Kemungkinan menghemat bahan bakar minyak juga dapat dibuat de-ngan menghubungkan mesin ini pada generator listrik yang digerakkan oleh turbin uap air. Disini ada penghematan yang saling menguntungkan, temperatur rendah dari uap air yang keluar dari turbin sangat baik sebagai sumber air tawar, air asin yang menuju mesin penguap dapat digunakan untuk mengembunkan uap tersebut dan pada waktu yang sama juga dipanaskan.

2.Pembekuan
Bila air asin didinginkan sampai temperatur di bawah 0° C, hanya air yang mem-beku menjadi es. Garam-garam terlarut tetap tinggal dalam larutan. Jika es dapat dipisah-kan dari air asin yang tidak dapat membeku, air tawar akan dihasilkan ketika es dicairkan kembali. Pada air, panas laten untuk menca-ir jauh lebih rendah daripada panas laten untuk menguap, dan temperatur normal bagi air laut adalah lebih dekat dengan titik beku air daripada titik didihnya, sehingga cara ini lebih menghemat bahan bakar daripada cara pemurnian air laut dengan cara penyulingan.

menunjukkan prinsip pemisahan air tawar dari air laut dengan cara pembekuan. Untuk efisiensi tenaga pendi-gin, air laut sebelum masuk ke tempat pembekuan telah didinginkan dalam tabung pendingin oleh air tawar dingin dan air asin dingin hasil dari proses pemisahan ini. Tetapi, beberapa kesukaran teknis harus ditanggulangi sebelum prinsip ini dapat dipakai secara umum. Kesulitan terjadi pada waktu-memisahkan kristal-kristal kecil es dari air asin. Kristal-kristal tersebut cenderung berlekatan satu dengan yang lain dan mengurung air asin di antara mereka. Di antara berbagai cara yang telah dicoba, ada dua cara yang dapat dikemukakan disini, yaitu : a. Mencuci kristal-kristal es tersebut dengan air tawar, meskipun ini berarti pemborosan air tawar yang dihasilkan. b. Memisah-kan kristal-kristal es dari air asin dengan cara dipusingkan dengan menggunakan mesin pemusing (centrifuge) (KOGAN 1974).

3.Ionisasi
Pada proses ionisasi, air asin dialirkan melalui bilik-bilik sempit. Di antara kedua sisi bilik tersebut dialirkan arus listrik langsung (direct electric current). Arus itu menyebabkan ion Natrium serta ion-ion bermuatan positif yang lain dan ion klorine serta ion-ion bermuatan negatif berpindah menuju membran-membran yang berderet di dalam bilik tadi. Membran listrik positif diatur berselang-seling dengan membran listrik negatif. Pemisahan garam terjadi antara dua membran. Pada dua bilik yang mengapit membran-membran ini, kepekatan garam menjadi tinggi sehingga pemisahan air tawar dan air asin terjadi pada bilik yang berselang-seling. Memurnikan air laut dalam jumlah besar dengan cara ionisasi adalah sangat mahal. Tetapi, cara ini sangat berguna pada keadaan darurat (Gambar 7), karena alat yang digunakan sangat kecil dan ringan (KOGAN 1974).

4.Cara lain.
Berbagai cara untuk memisahkan garam dari air laut telah dicoba. Penguapan meru-pakan cara pertama yang digunakan dan ba-nyak digunakan untuk berbagai jenis mesin penyuling. Proses-proses lain misalnya, secara osmosa, pengembunan secara kimiawi dan pemisahan dengan larutan organik merupakan cara-cara di antara berbagai cara yang sedang diuji saat ini (KOGAN 1974).

Sumber [oseanografi.lipi.go.id]