Bagaimana Prinsip dan Cara Kerja Membran Reverse Osmosis?
Bapak Ibu, artikel ini akan menjelaskan secara lengkap mengenai
- Pengertian Reverse Osmosis
- Cara Kerja Reverse Osmosis
- Kontaminan Apa yang Akan Dihilangkan Reverse Osmosis
- Kinerja Reverse Osmosis
- Skema Mesin RO
- Salt Rejection
- Fouling
- Pembentukan scaling
- Solusi Pretreatment
Ady Water Ready Stock Membran Reverse Osmosis jual merek Filmtec, Luso, Vontron
Pengertian Reverse Osmosis
Reverse Osmosis, biasa disebut sebagai RO, adalah proses di mana Bapak Ibu melakukan demineralisasi atau deionisasi air dengan mendorongnya di bawah tekanan melalui Membran Reverse Osmosis semi-permeabel.
Reverse osmosis Indonesia merupakan salah satu teknologi yang sering digunakan untuk memurnikan air di Indonesia.
Mesin reverse osmosis banyak digunakan untuk memurnikan air minum, air limbah, dan air industri.
Di Indonesia, mesin reverse osmosis tersedia dalam berbagai ukuran dan kapasitas, sehingga dapat disesuaikan dengan kebutuhan pengguna.
Osmosis
Untuk memahami tujuan dan proses Reverse Osmosis Anda harus terlebih dahulu memahami proses alami Osmosis.
Osmosis adalah fenomena yang terjadi secara alami dan salah satu proses terpenting di alam.
Ini adalah proses di mana larutan garam yang lebih lemah akan cenderung bermigrasi ke larutan garam yang kuat.
Contoh osmosis adalah ketika akar tanaman menyerap air dari tanah dan ginjal kita menyerap air dari darah kita.
Di bawah ini adalah diagram yang menunjukkan cara kerja osmosis.
Suatu larutan yang konsentrasinya kurang akan memiliki kecenderungan alami untuk berpindah ke larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi.
Misalnya, jika Bapak Ibu memiliki wadah berisi air dengan konsentrasi garam rendah dan wadah lain berisi air dengan konsentrasi garam tinggi dan dipisahkan oleh membran semi-permeabel, maka air dengan konsentrasi garam lebih rendah akan mulai bermigrasi menuju wadah air dengan konsentrasi garam yang lebih tinggi.
Membran semipermeabel adalah membran yang memungkinkan beberapa atom atau molekul lewat tetapi tidak yang lain.
Contoh sederhana adalah pintu kasa.
Ini memungkinkan molekul udara untuk melewatinya tetapi bukan hama atau apa pun yang lebih besar dari lubang di pintu kasa.
Pori-porinya cukup besar untuk membiarkan uap air masuk, tetapi cukup kecil untuk mencegah air cair lewat.
Reverse Osmosis adalah proses Osmosis secara terbalik. Sedangkan Osmosis terjadi secara alami tanpa energi yang dibutuhkan, untuk membalikkan proses osmosis Anda perlu menerapkan energi ke larutan yang lebih asin.
Sebuah membran reverse osmosis adalah membran semi-permeabel yang memungkinkan lewatnya molekul air tetapi tidak sebagian besar garam terlarut, organik, bakteri dan pirogen.
Namun, Bapak Ibu perlu 'mendorong' air melalui membran reverse osmosis dengan menerapkan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik alami untuk desalinasi (demineralisasi atau deionisasi) air dalam proses, memungkinkan air murni melalui sambil menahan mayoritas dari kontaminan.
Di bawah ini adalah diagram yang menguraikan proses Reverse Osmosis.
Ketika tekanan diterapkan pada larutan pekat, molekul air dipaksa melalui membran semi-permeabel dan kontaminan tidak diizinkan masuk.
Bagaimana Cara Kerja Reverse Osmosis?
Prinsip kerja reverse Osmosis dengan menggunakan pompa bertekanan tinggi untuk meningkatkan tekanan di sisi garam RO dan memaksa air melintasi membran RO semi-permeabel, meninggalkan hampir semua (sekitar 95% hingga 99%) garam terlarut di dalam penolakan.
Jumlah tekanan yang dibutuhkan tergantung pada konsentrasi garam dari air umpan.
Semakin pekat air umpan / feed water, semakin banyak tekanan yang dibutuhkan untuk mengatasi tekanan osmosis.
Air desalinasi yang didemineralisasi atau dideionisasi, disebut air permeat (atau produk).
Aliran air yang membawa kontaminan pekat yang tidak melewati membran RO disebut aliran reject (atau konsentrat).
Saat air umpan memasuki membran RO di bawah tekanan (tekanan yang cukup untuk mengatasi tekanan osmotik), molekul air melewati membran semi-permeabel dan garam serta kontaminan lainnya tidak boleh lewat dan dibuang melalui aliran penolakan (juga dikenal sebagai konsentrat atau aliran air asin), yang mengalir ke saluran pembuangan atau dapat diumpankan kembali ke pasokan air umpan dalam beberapa keadaan untuk didaur ulang melalui sistem RO untuk menghemat air.
Untuk masalah yang berkaitan dengan ini bisa baca: air buangan RO tidak berhenti.
Air yang melewati membran RO disebut permeat atau air produk dan biasanya memiliki sekitar 95% hingga 99% garam terlarut yang dihilangkan darinya.
Penting untuk dipahami bahwa sistem RO menggunakan filtrasi silang daripada filtrasi standar di mana kontaminan dikumpulkan dalam media filter.
Dengan filtrasi silang, larutan melewati filter, atau melintasi filter, dengan dua saluran keluar: air yang disaring mengalir ke satu arah dan air yang terkontaminasi mengalir ke arah lain.
Untuk menghindari penumpukan kontaminan, filtrasi aliran silang memungkinkan air untuk menyapu kontaminan yang menumpuk dan juga memungkinkan turbulensi yang cukup untuk menjaga permukaan membran tetap bersih.
Kontaminan apa yang akan dihilangkan Reverse Osmosis dari air?
Reverse Osmosis mampu menghilangkan hingga 99%+ garam terlarut (ion), partikel, koloid, organik, bakteri dan pirogen dari air umpan (walaupun sistem RO tidak dapat diandalkan untuk menghilangkan 100% bakteri dan virus).
Untuk menghilangkan bakteri dan virus Bapak Ibu harus menggunakan lampu UV Sterilisasi Air.
Di dalam sistem filter air minum, umumnya menggunakan
- Filter Pasir Silika
- Filter Karbon Aktif
- Softener Resin Kation Anion
- Membran RO
- Lampu UV Sterilisasi Air
Membran RO menolak kontaminan berdasarkan ukuran dan muatannya.
Setiap kontaminan yang memiliki berat molekul lebih besar dari 200 kemungkinan ditolak oleh sistem RO yang berjalan dengan baik (sebagai perbandingan, molekul air memiliki berat molekul 18 dari dua atom H dan satu atom O).
Demikian juga, semakin besar muatan ionik kontaminan, semakin besar kemungkinan tidak dapat melewati membran RO.
Misalnya, ion natrium hanya memiliki satu muatan (monovalen) dan tidak ditolak oleh membran RO seperti halnya kalsium misalnya yang memiliki dua muatan.
Demikian pula, inilah mengapa sistem RO tidak menghilangkan gas seperti CO2 dengan sangat baik karena tidak terionisasi (bermuatan) tinggi saat berada dalam larutan dan memiliki berat molekul yang sangat rendah.
Karena sistem RO tidak menghilangkan gas, air permeat dapat memiliki tingkat pH sedikit lebih rendah dari normal tergantung pada tingkat CO2 dalam air umpan karena CO2 diubah menjadi asam karbonat.
Reverse Osmosis sangat efektif dalam mengolah air payau, permukaan dan air tanah baik untuk aplikasi aliran besar maupun kecil.
Beberapa contoh industri yang menggunakan air RO termasuk farmasi, air umpan boiler, makanan dan minuman, finishing logam dan manufaktur semikonduktor untuk beberapa nama.
Oleh karena itu, ia memiliki kelebihan dan kekurangan reverse osmosis.
Kinerja Reverse Osmosis & Perhitungan Desain
Ada beberapa perhitungan yang digunakan untuk menilai kinerja sistem RO dan juga untuk pertimbangan desain.
Sistem RO memiliki instrumentasi yang menampilkan kualitas, aliran, tekanan, dan terkadang data lain seperti suhu atau jam operasi.
Untuk mengukur kinerja sistem RO secara akurat, Anda memerlukan minimal parameter operasi berikut:
- Feed pressure
- Permeate pressure
- Concentrate pressure
- Feed conductivity
- Permeate conductivity
- Feed flow
- Permeate flow
- Temperature
SKEMA MESIN RO
Skema umum mesin reverse osmosis terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu:
- Pre-filter: Pre-filter bertugas untuk menyaring partikel-partikel besar seperti debu, kotoran, dan lain-lain sebelum air masuk ke membran reverse osmosis.
- Membran reverse osmosis: Membran reverse osmosis adalah bagian terpenting dari mesin ini, yang bertugas untuk memisahkan molekul-molekul air dari kontaminan-kontaminan yang terdapat di dalamnya.
- Pompa: Pompa bertugas untuk memompa air yang akan diproses melalui filter.
- Reservoir: Reservoir adalah tempat penampungan air yang telah terpisah dari kontaminan-kontaminan tersebut.
- Tanki penampungan air: Tanki penampungan air adalah tempat penyimpanan air yang telah terpurnihkan sebelum digunakan atau dibagikan kepada pengguna.
- Kontroler: Kontroler bertugas untuk mengatur dan mengontrol seluruh proses yang terjadi di dalam mesin reverse osmosis.
Untuk menghasilkan air minum, umumnya ditambahkan sistem sterilisasi, baik menggunakan sterilisasi kimia ataupun sterilisasi lampu ultraviolet.
SALT REJECTION %
Persamaan ini memberi tahu Bapak Ibu seberapa efektif membran RO menghilangkan kontaminan.
Ini tidak memberi tahu Bapak Ibu bagaimana kinerja masing-masing membran, melainkan bagaimana kinerja sistem secara keseluruhan secara rata-rata.
Sistem RO yang dirancang dengan baik dengan membran RO yang berfungsi dengan baik akan menolak 95% hingga 99% sebagian besar kontaminan air umpan (dengan ukuran dan muatan tertentu).
FOULING
Fouling terjadi ketika kontaminan menumpuk di permukaan membran secara efektif menyumbat membran.
Ada banyak kontaminan dalam air umpan kota yang tidak terlihat oleh mata manusia dan tidak berbahaya untuk konsumsi manusia, tetapi cukup besar untuk dengan cepat mengotori (atau menyumbat) sistem RO.
Pengotoran biasanya terjadi di ujung depan sistem RO dan menghasilkan penurunan tekanan yang lebih tinggi di seluruh sistem RO dan aliran permeat yang lebih rendah.
Ini berarti biaya operasi yang lebih tinggi dan pada akhirnya kebutuhan untuk membersihkan atau mengganti membran RO.
Fouling pada akhirnya akan terjadi sampai batas tertentu mengingat ukuran pori yang sangat halus dari membran RO tidak peduli seberapa efektif jadwal perawatan dan pembersihan Anda.
Namun, dengan melakukan perawatan awal yang tepat, Bapak Ibu akan meminimalkan kebutuhan untuk mengatasi masalah terkait pengotoran secara teratur
Fouling dapat disebabkan oleh hal-hal berikut:
- Materi partikulat atau koloid (kotoran, lanau, lempung, dll.)
- Organik (asam humat/fulvat, dll)
- Mikroorganisme (bakteri, dll). Bakteri menghadirkan salah satu masalah pengotoran yang paling umum karena membran RO yang digunakan saat ini tidak dapat mentolerir desinfektan seperti klorin dan oleh karena itu mikroorganisme sering dapat berkembang dan berkembang biak di permukaan membran.
- Mereka dapat menghasilkan biofilm yang menutupi permukaan membran dan menghasilkan pengotoran berat.
- Kebocoran media filter pada unit RO. Lapisan karbon GAC dan lapisan water softener dapat mengembangkan kebocoran saluran bawah dan jika tidak ada penyaringan pasca yang memadai di tempat, media dapat mengotori sistem RO.
Dengan melakukan tes analitik, Anda dapat menentukan apakah air umpan ke RO Anda memiliki potensi pengotoran yang tinggi.
Untuk mencegah pengotoran sistem RO, metode filtrasi mekanis digunakan.
Metode yang paling populer untuk mencegah pengotoran adalah penggunaan filter multi-media (MMF) atau mikrofiltrasi (MF).
Dalam beberapa kasus, filtrasi kartrid sudah cukup.
PEMBENTUKAN KERAK
Scaling atau pembentukan kerak sebagai senyawa terlarut (anorganik) tertentu menjadi lebih terkonsentrasi (ingat diskusi tentang faktor konsentrasi) maka penskalaan dapat terjadi jika senyawa ini melebihi batas kelarutannya dan mengendap pada permukaan membran sebagai kerak.
Hasil penskalaan adalah penurunan tekanan yang lebih tinggi di seluruh sistem, saluran garam yang lebih tinggi (sedikit penolakan garam), aliran permeat yang rendah dan kualitas air permeat yang lebih rendah.
Contoh kerak umum yang cenderung terbentuk pada membran RO adalah kalsium karbonat (CaCO3).
SERANGAN KIMIA
Membran komposit film tipis modern tidak toleran terhadap klorin atau kloramin.
Oksidator seperti klorin akan 'membakar' lubang di pori-pori membran dan dapat menyebabkan kerusakan yang tidak dapat diperbaiki.
Hasil serangan kimia pada membran RO adalah aliran permeat yang lebih tinggi dan jalur garam yang lebih tinggi (kualitas permeat air yang lebih buruk).
Inilah sebabnya mengapa pertumbuhan mikroorganisme pada membran RO cenderung mudah mengotori membran RO karena tidak ada biosida untuk mencegah pertumbuhannya.
KERUSAKAN MEKANIS
Bagian dari skema pretreatment harus pre dan post sistem pipa RO dan kontrol. Jika 'hard start' terjadi kerusakan mekanis pada membran dapat terjadi.
Demikian juga, jika terlalu banyak tekanan balik pada sistem RO maka kerusakan mekanis pada membran RO juga dapat terjadi.
Ini dapat diatasi dengan menggunakan motor penggerak frekuensi variabel untuk memulai pompa tekanan tinggi untuk sistem RO dan dengan memasang katup periksa dan/atau katup pelepas tekanan untuk mencegah tekanan balik berlebihan pada unit RO yang dapat menyebabkan kerusakan membran permanen.
Solusi Pretreatment
Berikut adalah beberapa solusi pretreatment untuk sistem RO yang dapat membantu meminimalkan pengotoran, penskalaan, dan serangan bahan kimia.
FILTRASI MULTI MEDIA (MMF)
Filter Multi-Media digunakan untuk membantu mencegah pengotoran sistem RO.
Filter Multi-Media biasanya berisi tiga lapisan media yang terdiri dari batubara antrasit, pasir dan garnet, dengan lapisan pendukung kerikil di bagian bawah.
Ini adalah media-media filter pilihan karena perbedaan ukuran dan kepadatan.
Batubara antrasit yang lebih besar (tetapi lebih ringan) akan berada di atas dan garnet yang lebih berat (tetapi lebih kecil) akan tetap berada di bawah.
Susunan media filter memungkinkan partikel kotoran terbesar dihilangkan di dekat bagian atas media bed dengan partikel kotoran yang lebih kecil tertahan lebih dalam dan lebih dalam di media.
Hal ini memungkinkan seluruh lapisan bertindak sebagai filter yang memungkinkan waktu pengoperasian filter lebih lama antara pencucian balik dan penghilangan partikulat yang lebih efisien.
Filter Multi-Media yang dioperasikan dengan baik dapat menghilangkan partikel hingga 15-20 mikron.
Filter Multi-Media yang menggunakan penambahan koagulan (yang menginduksi partikel kecil untuk bergabung bersama untuk membentuk partikel yang cukup besar untuk disaring) dapat menghilangkan partikel hingga 5-10 mikron.
Untuk menempatkan ini dalam perspektif, lebar rambut manusia adalah sekitar 50 mikron.
Filter multi media disarankan bila nilai Silt Density Index (SDI) lebih besar dari 3 atau bila kekeruhan lebih besar dari 0,2 NTU.
Tidak ada aturan pasti, tetapi pedoman di atas harus diikuti untuk mencegah pengotoran dini membran RO.
Penting untuk memiliki filter kartrid 5 mikron yang ditempatkan langsung setelah unit MMF jika saluran bawah MMF gagal.
Ini akan mencegah media MMF merusak pompa hilir dan mengotori sistem RO.
MIKROFILTRASI (MF)
Mikrofiltrasi (MF) efektif dalam menghilangkan bahan koloid dan bakteri dan memiliki ukuran pori hanya 0,1-10µm. Mikrofiltrasi sangat membantu dalam mengurangi potensi pengotoran untuk unit RO.
Konfigurasi membran dapat bervariasi antar produsen, tetapi jenis "serat berlubang" adalah yang paling umum digunakan.
Biasanya, air dipompa dari luar serat, dan air bersih dikumpulkan dari bagian dalam serat.
Membran mikrofiltrasi yang digunakan dalam aplikasi air minum biasanya beroperasi dalam aliran "jalan buntu".
Dalam aliran buntu, semua air yang diumpankan ke membran disaring melalui membran.
Kue filter yang harus dicuci kembali secara berkala dari permukaan membran.
Tingkat pemulihan biasanya lebih besar dari 90 persen pada sumber air umpan yang memiliki kualitas cukup tinggi dan pakan kekeruhan rendah.
Water Softener OLEH RESIN PERTUKARAN ION
Water Softener dapat digunakan untuk membantu mencegah penskalaan dalam sistem RO dengan menukar ion pembentuk kerak dengan ion pembentuk kerak
Seperti halnya unit MMF, penting untuk memiliki filter kartrid 5 mikron yang ditempatkan langsung setelah pelembut air jika saluran bawah pelembut gagal.
KARBON AKTIF GRANULAR (GAC)
GAC digunakan untuk menghilangkan konstituen organik dan desinfektan sisa (seperti klorin dan kloramin) dari air.
Media GAC terbuat dari batu bara atau tempurung kelapa.
Karbon aktif menghilangkan sisa klorin dan kloramin melalui reaksi kimia yang melibatkan transfer elektron dari permukaan GAC ke klorin residu atau kloramin.
Klorin atau chloramines berakhir sebagai ion klorida yang tidak lagi sebagai oksidator.
Kerugian menggunakan GAC sebelum unit RO adalah bahwa GAC akan menghilangkan klorin dengan cepat di bagian paling atas dari tempat tidur GAC.
Ini akan meninggalkan sisa tempat tidur GAC tanpa biosida untuk membunuh mikroorganisme.
Lapisan GAC akan menyerap bahan organik di seluruh lapisan, yang merupakan makanan potensial bagi bakteri, sehingga pada akhirnya lapisan GAC dapat menjadi tempat berkembang biak bagi pertumbuhan bakteri yang dapat dengan mudah berpindah ke membran RO.
Demikian juga, lapisan GAC dapat menghasilkan butiran karbon yang sangat kecil dalam beberapa keadaan yang berpotensi merusak RO.