Pemodelan desalinasi air laut dengan membrane distillation

Abstract

Seiring dengan pertumbuhan penduduk dan pertumbuhan ekonomi di dunia, kebutuhan air bagi manusia juga meningkat. Prediksi dari United Nation Deparment of Economic and Social Affairs, setengah penduduk dunia akan tinggal di lingkungan dengan kekurangan air. Hal ini menyebabkan diperlukannya alternatif untuk mendapatkan sumber air bersih, yaitu dengan desalinasi air laut. Desalinasi air laut adalah proses pemurnian atau pengurangan garam terlarut pada air laut yang lebih besar dari 1000 ppm hingga 40000 ppm menjadi air tawar dengan konsentrasi garam dibawah 1000 ppm. Salah satu metode desalinasi yang dapat digunakan adalah distilasi membran, yaitu metode pemisahan larutan dengan panas sebagai gaya pendorong prosesnya dan memanfaatkan membran hidrofobik sehingga hanya molekul uap yang dapat melewati membran tersebut, dan komponen-komponen non-volatil tertahan oleh membran. Performa pada proses distilasi membran dapat dilihat dari nilai fluks massa permeat atau permeat yang dihasilkan per satuan luas membran dan satuan waktu. Fluks permeat pada distilasi membran dipengaruhi oleh banyak faktor, dimulai dari karaktersitik membran seperti bahan membran, ketebalan membran, porositas membran, dan ukuran pori membran, hingga kondisi operasi seperti temperatur umpan dan permeat, maupun laju alir umpan dan permeat. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh temperatur umpan, tempeatur permeat, karakteristik membran (jenis, ketebalan, ukuran pori, porositas), laju alir umpan, dan laju alir permeat terhadap fluks massa permeat yang dihasilkan. Penelitian ini dilakukan dengan cara menyimulasikan proses desalinasi pada direct contact membrane distillation dengan variasi temperatur umpan 50-70℃, temperature permeat 10-30℃, laju alir umpan 0,2-0,6 m/s, laju alir permeat 0,2-0,6 m/s, ukuran pori membran 0,2-0,55 μm, ketebalan membrane 110-180 μm, bahan membrane PTFE, PVDF, PP,PES, dan porositas membrane 50-85%. Rentang fluks massa permeat yang dihasilkan dari variasi temperatur umpan adalah 9,688-42,112 kg/m2.h, 45,797-26,438 kg/m2.h dari variasi temperatur permeat, 32,034-33,591 kg/m2.h, 32,034-33,591 kg/m2.h dari variasi laju alir umpan, 32,423-32,907 kg/m2.h dari variasi laju alir permeat, 37,473-24,989 kg/m2.h dari variasi ketebalan membran, 25,474-44,129 kg/m2.h dari variasi ukuran pori membran, 13,576-40,043 kg/m2.h dari variasi porositas membran. PTFE menghasilkan fluks massa permeat yang paling tinggi diantara membran lainnya yaitu 35,398 kg/m2.h karena memiliki konduktivitas termal paling tinggi. Fluks permeat tertinggi yaitu 45,797 kg/m2.h dihasilkan pada temperatur umpan 65 ℃, temperatur permeat 10 ℃, laju alir umpan dan permeat 3 m/s, membran PVDF dengan ketebalan 130 μm, ukuran pori 0,3 μm dan porositas 75%. Biaya investasi modul distilasi membran untuk menghasilkan 500 kg/jam air diperkirakan sebesar $18692,84.