Simulasi pengaruh konsentrasi umpan, tekanan operasi, dan fenomena fouling terhadap performa membran reverse osmosis

Abstract

Kebutuhan manusia akan air bersih akan terus meningkat bersama dengan pertambahan waktu. Air bersih dapat diproduksi oleh teknologi desalinasi. Desalinasi adalah proses pemisahan air dari larutan yang mengandung garam. Tujuan dari desalinasi adalah memproduksi air bersih dari larutan yang mengandung garam seperti air laut atau air payau. Salah satu teknologi desalinasi yang umum digunakan di dunia adalah reverse osmosis. Reverse osmosis adalah proses filtrasi bertekanan menggunakan membran. Membran pada reverse osmosis adalah membran semi permeabel yang dapat dilewati air tetapi tidak dapat dilewati garam. Reverse osmosis pada penelitian ini akan diteliti untuk mendesalinasi air laut. Laut menutupi 70% permukaan bumi sehingga laut dapat menjadi potensi besar untuk menjadi sumber air bersih. Kelebihan proses reverse osmosis dibandingkan dengan proses desalinasi lainnya adalah sudah banyak digunakan didunia, hemat energi, hemat biaya kapital dan biaya operasi, aman pengoperasiannya, dan mudah untuk di scale up. Penelitian ini mengamati pengaruh beberapa variabel terhadap performa membran reverse osmosis. Variabel tersebut adalah tekanan operasi, konsentrasi umpan masukkan, dan fenomena fouling. Fenomena fouling pada membran reverse osmosis adalah akumulasi dari zat-zat yang tidak melewati membran dan tidak terlarut pada permukaan membran sehingga menurunkan produktifitas membran. Penelitian ini akan menggunakan model matematika untuk membran reverse osmosis dengan konfigurasi spiral wound. Model yang digunakan merupakan model tunak/steady state 2 dimensi dimana umpan dan produk/permeate akan mengalir pada arah yang berbeda. Untuk mengamati performa dari membran reverse osmosis, digunakan 2 parameter. Parameter pertama adalah jumlah produk yang diamati secara kuantitatif pada variabel laju alir produk. Parameter kedua adalah kualitas produk yang diamati secara kuantitatif pada variabel salt rejection. Salt rejection didefinisikan sebagai rasio antara selisih konsentrasi umpan keluaran (brine) dan konsentrasu produk/permeate terhadap konsentrasi umpan keluaran (brine). Hasil penelitian menunjukan bahwa peningkatan tekanan operasi dari 10 bar hingga 100 bar akan meningkatkan laju alir produk sebesar 2568 kali dan meningkatkan salt rejection sebesar 70,2 %. Tekanan operasi adalah variabel operasi yang sangat berpengaruh pada proses reverse osmosis. Peningkatan konsentrasi umpan dari 35 kg/m3 hingga 47 kg/m3 akan menurunkan laju alir produk sebesar 2,13 kali dan menurunkan salt rejection sebesar 0,37 %. Proses reverse osmosis adalah proses yang cukup stabil terhadap perubahan konsentrasi umpan. Pengoperasian membran selama 730 hari dengan memperhitungkan fenomena fouling akan menurunkan laju alir produk sebesar 639 kali dan menurunan salt rejection sebesar 67,9 %. Fenomena fouling akan mempengaruhi proses reverse osmosis sehingga fenomena ini perlu diperhatikan saat pengoperasian. Pada pengoperasian proses reverse osmosis, peningkatan tekanan operasi adalah salah satu strategi yang dapat dilakukan ketika konsentrasi umpan meningkat dan/atau ketika fenomena fouling terjadi.