karakteristik reverse osmosis

Upload: hardani

Post on 24-Feb-2018

255 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    1/8

    KARAKTERISTIK OSMOSIS BALIK MEMBRAN SPIRAL WOUND

    Winduwati S., Yohan, Rifaid M. Nur

    Pusat Pengembangan Pengelolaan limbah Radioaktif

    ABSTRAK

    KARAKTERISTIK OSMOSIS BALIK MEMBRAN SPIRAL WOUND. Karakteristik

    permeasi air pada membran osmosis balik telah dipelajari dengan menggunakan membran

    komposit modul spiral wound dan larutan natrium klorida dalam air sebagai larutan umpan.

    Dalam penelitian ini diamati fluks air melewati membran, faktor rejeksi dan konsentrasi natrium,

    klorida dalam permeat. Perubah yang dipakai adalah konsentrasi natrium klorida dalam larutan

    umpan dari 20 hingga 100 mg/L dan tekanan operasi dari 40 sampai 120 psi. Hasilnya

    menunjukkan bahwa kenaikan konsentrasi natrium klorida dalam larutan umpan diikuti oleh

    penurunan faktor rejeksi "fluks permeat serta konsentrasi natrium klorida dalam permeat

    mengalami kenaikan. Kenaikan tekanan operasi diikuti oleh kenaikan fluks permeat, kenaikan

    faktor rejeksi dan pernurunan konsentrasi natrium klorida dalam permeat. Fluks permeat dan

    faktor rejeksi yang tinggi serta konsentrasi natrium klorida dalam permeat yang rendah

    diperoleh pada konsentrasi natrium klorida dalam larutan umpan di bawah 40 mg/L dan tekanan

    operasi di alas 100 psi.

    ABSTRACT

    CHARACTERISTIC OF REVERSE OSMOSIS MODUL SPIRAL WOUND. Water

    permeation characteristic in reverse osmosis membrane were studied using spiral wound

    module of composite membrane and sodium chlorid aqueous solution as feed solution. This

    research water flux through membrane, rejection factor and sodium chlorid concentration in

    permeate were determined as function of sodium chlorid in feed solution varying from 20 to 100

    mg/L and operation pressure varying from 40 to 120 psi. The result show that the increasing of

    sodium chlorid concentration in feed solution is followed by decreasing of rejection factor,

    decreasing of permeat flux through membrane and increasing of sodium chlorid concentration in

    permeate. The increasing of operation pressure id followed by increasing of permeate flux

    through membrane, increasing of rejection factor and decreasing of sodium chlorid

    concentration in permeate. High permeate flux and rejection factor, low concentration of sodium

    chlorid in permeate are founq when concentration of sodium chlorid in feed solution less than 40

    mg/L, and operation pressure more than 100 psi.

    PENDAHULUAN

    Membran osmosis balik (reverse osmosis atau hyperfitration) telah

    menjadi perhatian dalam industri sejak tahun 1960-an, karena kemampuannya

    untuk memisahkan zat terlarut berukuran sangat kecil (di bawah 10 A) dari

    larutan padat-cair. Teknik ini banyak digunakan untuk berbagai keperluan,

    seperti desalinasi air 18lJtdan air payau yang banyak dikembangkan oleh Qffice

    of Saline Water, U.S. Departement of the Interior [HARRIS, 1976], pengolahan

    air limbah industri-industri pertanian, biokimia, kimia, elektrokimia, makanan,

    farmasi, petrokimia, pulp dan kertas. Bahan membran yang digunakan biasanya

    adalah selulosa asetat, komposit, poliamida, dan lain-lain, dengan modul

    tubular, spiral wound, flat sheet, atau hollow fiber [OHYA, 1976].

    Sementara itu, pengolahan limbah radioaktif cair aktivitas rendah

    umumnya dilakukan secara evaporasi. Dalam proses ini diperlukan media

    pemanas yang biasanya berupa uap panas yang dihasilkan dengan energi

    besar. Kerak dan buih sering menjadi kendala dalam proses. Kerak umumnya

    Hasil Penelitian Tahun 2000

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    2/8

    terjadi pada dinding pipa alat penukar panas yang akan mengurangi koefisien

    perpindahan panas, sehingga kebutuhan uap meningkat. Sedangkan buih

    menyebabkan terbawanya partikel zat yang tidak diinginkan dan unsur-unsur

    yang mudah menguap ke distilat, sehingga menurunkan kualitas distilat yang

    dihasilkan. Pada pengolahan limbah cair dengan pengendapan kimia dan resin

    penukan ion memerlukan bahan kimia yang banyak di samping adanya

    kesulitan pemisahan partikel-partikei koloid.

    Untuk menghindari kendala di atas, sebagai salah satu alternatif perlu

    dikembangkan teknik pengolahan limba.h radioaktif cair aktivitas rendah dengan

    menggunakan teknik membran, khususnya membran osmosis balik. Teknik ini

    tidak memerlukan energi panas, tidak banyak menggunakan bahan kimia,

    sangat baik untuk memisahkan partikel koloid serta tidak dijumpai masalah

    kerak dan buih; hanya terjadi peningkatan konsentrasi partikel padat pada

    dinding membran. Namun, hal ini relatif mudah diatasi, misalnya dengan

    menaikkan tekanan operasi, begitu pula dengan limbah yang mudah menguap.

    .Pada publikasi terdahulu [NUR, et al., 1995 dan 1996], telah dipelajari

    karakteristik permeasi air pada membran osmosis balik dengan mengamati

    pengaruh konsentrasi tembaga sulfat dalam larutan umpan, tekanan operasi,

    suhu dan pH umpan terhadap faktor rejeksi, fIuks permeat dan konsentrasi

    tembaga sulfat dalam permeat. Fluks permeat dan faktor rejeksi yang tinggi

    serta konsentrasi tembaga sulfat dalam permeat yang rendah diperoleh pad a

    konsentrasi natrium klorida dalam umpan di bawah 10 g/l, tekanan operasi di

    atas 100 psi, suhu umpan di bawah suhu 35C dan pH umpan antara 3 dan 4.

    Pad a pengolahan limbah radioaktif aktivitas rendah yan~ meng~ndun~

    isotop unsur Golongan I A pad a Susunan Berkala, khususnya 37Cs, dljumpal

    pula kendala lolosnya sebagian isotop ini melewati membran, sehingga

    efisiensinya berkurang.

    Pada penelitian ini dilakukan untuk mempelajari karakteristik permeasi

    air melewati membran osmosis balik menggunakan membran komposit modul

    spiral wound dan larutan natrium klorida (mewakili unsur Golongan I A) dalam

    air sebagai larutan umpan, sebagai langkah awal dalam upaya mempelajari

    kemungkinan teknik ini untuk pemekatan limbah radioaktif cair aktivitas rendah

    pada berbagai ukuran partike zat terlarut.

    TEORI

    Seperti pad a publikasi~publikasi sebelumnya bahwa prinsip osmosis

    balik diperlihatkan seperti pada Gambar 1. Tekanan yang dihasilkan oleh

    mengalirnya zat pelarut melalui membran semipermeabel (tekanan osmosis, n)

    dihitung dengan persamaan van't Hoff

    n = v.R.T.Cs

    (1)

    di mana n adalah tekanan osmosis, v adalah jumlah kation atau anion yang

    dihasilkan oleh dissosiasi sempurna satu molekul elektrolit (misalnya NaGI

    adalah 2), R adalah tetapan gas ideal, T adalah suhu dan Gs adalah

    konsentrasi molar zat terlarut.

    8

    asil Penelitian Tahun 2000

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    3/8

    l~AN

    C>rtKMJAH 5M.1S1S,

    Gambar 1. Prinsip Osmosis Balik

    Persamaan (1) hanya berlaku untuk larutan yang sangat encer atau larutan

    ideal. Untuk larutan yang non ideal, persamaan (1) harus diekspansi hingga

    menjadi hubungan berikut :

    11 = v.R.T.Cs.[1+

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    4/8

    di mana Js adalah fluks zat terlarut yang terikut bersama pelarut, 0) adalah

    mobilitas zat terlarut yang besarnya pada saat Jw = 0 adalah -Js/~P .Cs'" ada ah

    konsentrasi rata-rata logaritma, yang didefinisikan dengan ~Cs/~ (In Cs).

    (5)

    = 1-Js/Jw = 1- Cp/Cf

    di mana R adalah faktor rejeksi, Cp ad.alah konsentrasi zat terlarut dalam

    permeat dan Cf adalah konsentrasi zat terlarut dalam umpan.

    TATA KERJA

    Bahan

    Sebagai larutan umpan digunakan serbuk natrium klorida p.a. produksi

    E. Merck yang dilarutkan dalam air bebas mineral produksi P2PLR-BATAN.

    Larutan natrium klorida dibuat pada konsentrasi 20, 40, 60, 80, dan 100 mg/i.

    Metode

    Alat membran osmosis balik dirangkai seperti pada Gambar 2. Modul

    membran yang digunakan adalah membran komposit modul spiral wound,

    buatan Water System, Inc., Amerika Serikat. Kemudian tekanan operasi diatur

    pada 40 psi dan umpan air bebas mineral dilalukan pad a alat. Permeat yang

    dihasilkan ditampung dalam gelas kimia 600 mL dan diukur fluksnya

    menggunakan neraca dan stopwatch, Pengerjaan ini diulangi untuk tekanan

    operasi 60,80, 100, dan 120 psi.

    LA~PAN\'

    c cc c

    )1j{)1'J1,;

    ~~t;G/~'..: ;,.tonOJ1,j

    ~TMj u.~~

    Gambar 2. Rangkaian Alat Osmosis Balik

    10

    asil Penelitian Tahun 2000

    g

    :-.-1,,-

    ~

    r,.'t1t'"

    ,;; ~

    .1;i'. \t..1\tt

    I ~ I;,Q

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    5/8

    Langkah kerja di atas diulangi tetapi terhadap larutan umpan natrium

    klorida dengan konsentrasi 20, 40, 60, 80, dan 100 mg/L. Permeat yang

    diperoleh dianalisis kandungan natriumnya menggunakan alat Spektrofotometer

    Serapan Atom pad a panjang gelombang 852,1 nm. Faktor rejeksi dihitung

    dengan menggunakan persamaan (5).

    HASIL DAN PEMBAHASAN

    Pengaruh Konsentrasi Natrium Klorida

    Pengaruh konsentrasi natrium klorida dalam larutan umpan terhadap

    fluks permeat (Jw + Js), faktor rejeksi dan konsentrasi natrium klorida dalam

    permeat berturut-turut diperlihatkan pada Gambar 3, 4, dan 5. Seperti

    diperlihatkan pada Gambar 3, fluks permeat mengalami penurunan dengan

    naiknya konsentrasi natrium klorida dalam larutan umpan. Hal ini disebabkan

    adanya polarisasi konsentrasi, di mana pada dinding membran konsentrasi

    natrium klorida lebih tinggi daripada larutan umpan. Makin tinggi konsentrasi

    natrium klorida dalarll larutan umpan, makin besar pula kenaikan konsentrasi

    natrium klorida pada dinding rnembran, sehingga semakin menghambat laju alir

    air melewati membran. Pada Gambar 4 diperlihatkan bahwa faktor rejeksi

    mengalami penurunan dengan naiknya konsentrasi natrium klorida dalam

    larutan umpan. Gambar 3 dan 4 ini juga menunjukkan bahwa fluks permeat dan

    faktor rejeksi yang tinggi diperoleh pada konsentrasi natrium klorida dalam

    larutan umpan 40 mg/L. Pada Gambar 5 dperlihatkan bahwa konsentrasi

    natrium klorida dalam permeat mengalami kenaikan dengan kenaikan

    konsentrasi natrium klorida dalam larutan umpan. Konsentrasi natrium klorida

    dalam permeat yang rendah diperoleh pada konsentrasi natrium klorida dalam

    larutan umpan di bawah 40 mg/L.

    11

    asil Penelitian Tahun 2000

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    6/8

    Gambar 4. Grafik Hubungan Antara Faktor Rejeksi Dan

    Konsentrasi Natrium Klorida Dalam Larutan

    Umpan

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    7/8

    Pengaruh tekanan operasi terhadap fluks permeat, faktor rejeksi dan

    natrium klorida dalam permeat berturut-turut diperlihatkan pada

    6, 7, dan 8. Gambar 6 memperlihatkan bahwa fluks permeat

    kenaikan dengan naiknya tekanan operasi. Hal ini disebabkan

    operasi, seperti yang diperlihatkan pada persamaan (3), akan

    naiknya perbedaan tekanan pada dua sisi membran, sehingga

    clan L\ll semakin besar, yang pada akhirnya menyebabkan naiknya

    permeat. Gambar 7 memperlihatkan bahwa faktor rejeksi mengalami

    dengan naiknya tekanan operasi. Gambar 6 dan 7 juga menunjukkan

    permeat dan faktor rejeksi yang tinggi diperoleh pada tekanan

    di atas 100 psi. Gambar 8 memperlihatkan bahwa konsentrasi natrium

    natrium klorida dalam permeat yang rendah diperoleh pada

    operasi di atas 100 psi.

    -,., m

    TEKANAN OF'EP~SI [PSI]

    Gambar 6. Grafik Hubungan Antara Fluks Permeat Dan

    Tekanan Operasi

    .,

    "

  • 7/24/2019 Karakteristik Reverse Osmosis

    8/8

    KESIMPULAN

    Hasil penelitian menunjukkan bahwa kenaikkan konsentrasi natrium

    klorida dalam larutan umpan menyebabkan menurunrlya fluks permeat dan

    faktor rejeksi, tetapi konsentrasi natrium klorida dalam permeat mengalami

    kenaikan. Sedangkan kenaikan tekanan operasi rl1enyebabkan naiknya fluks

    permeat dan faktor rejeksi, tetapi menurunkan konsentrasi natrium klorida

    dalam permeat. Faktor rejeksi dan fluks permeat yang tinggi serta konsentrasi

    natrium klorida dalam permeat yang rendah diperoleh pada konsentrasi natrium

    klorida dalam larutan umpan di bawah 40 mg/L dan tekanan operasi di atas

    100 psi.

    DAFT AR ACUAN

    1. HARRIS, H.C., G.B.HUMPHREYS, and K.S. SPEGLER. Reverse Osmosis

    (Hiperfiltration) in Water Desalination. Membrane Separation Processes. P.

    Meares Ed. Co. New York. Pp. 600.

    2. OHYA, H. 1976. Reverse Osmosis Method. Membrane Separation

    Engineering. Kagaku Pub. Co. Tokyo. Pp. 273.

    3. NUR, R.M., YOHAN, dan K. HERYANTO. 1995. Karakteristik Permeasi

    Air pada Membran Osmosis Balik. Hasll Penelitian PTPLR 1994-1995.

    PTPLR. Jakarta. ISSN No. 0852-2979. Hal. 102-114.

    .NUR, R.M., YOHAN, dan HENDRO. 1996. Karakteristik Permeasi Air pada

    membran Osmosis Balik. Hasil penelitiar: PTPLR 1995-1996. PTPLR.

    Jakarta. ISSN No. 0852-2979. Hal. 62-67.

    4

    Hasil Penelitian Tahun 2000

    14