Assalamu’alaikum…Welcome…歡迎光臨

Welcome to my blog, here I want to share about my acitivites and all of my interest in the Islamic studies, education, science, and engineering. I hope you can get the benefit from my blog.

Selamat datang di blog saya, disini saya ingin berbagi informasi tentang kejadian-kejadian yang saya alami dan semoga bisa diambil manfaat bagi teman-teman semua. Selain itu, blog ini merupakan wadah untuk menumpahkan seluruh minat saya baik itu dibidang ilmu-ilmu Islam, pendidikan, science, dan engineering.

ENHANCE YOUR SKILL BY THE BEST METHODS

ありがとうございます [謝謝]

Membrane Polarization and Fouling

Polarisasi Konsentrasi dan Fouling

Pada tulisan ini, akan dijelaskan sekilas mengenai terjadinya polarisasi dan fouling pada membran khususnya proses membran yang menggunakan gaya dorong tekanan seperti mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan RO. Proses pemisahan yang dilakukan membran seiring dengan waktu akan mengalami penurunan laju alir (flow rate) atau penurunan nilai flux-nya seperti yang terlihat pada grafik dibawah ini.

WITtest_fig3.jpg
Pada membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi terjadi penurunan laju alir lebih parah sekitar kurang dari 5% laju alir permeate dibandingkan pada membran RO, hal ini disebabkan karakteristik membrane berpori (porous membrane) digunakan untuk membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, sedangkan membran RO bersifat padat (dense membrane).

Secara ekonomis, penurunan laju alir permeate sangatlah tidak menguntungkan yang dapat berpengaruh terhadap meningkatnya biaya operasional, dengan demikian perlu dilakukan pemeliharaan dan perlakuan yang tepat sehingga laju alir tidak mengalami penurunan yang signifikan.

Penurunan laju alir ini disebabkan oleh 2 faktor berikut:

1. Polarisasi konsentrasi (concentration polarisation), dan
2. Fouling, meliputi proses adsorpsi partikel pada membran, pembentukan formasi lapisan gel (gel or cake layer formation), pengendapan (precipitation), dan terjadinya penutupan pori (pore blocking or plugging)

threegraphsofflux.PNGPolarisasi konsentrasi terjadi akibat penumpukan zat atau partikel yang tertahan oleh membran sehingga terjadi akumulasi dan peningkatan konsentrasi diatas permukaan membran. Fouling dapat terjadi akibat dari polarisasi konsentrasi. Untuk membedakan keduanya dapat dilihat dari grafik disamping. Pada polarisasi konsentrasi, flux akan lebih kecil dari nilai sebenarnya dan selanjutnya akan bernilai konstan seiring dengan waktu, proses ini bersifat reversibel (dapat dikembalikan pada kondisi semula), akan tetapi pada prakteknya kondisi ini sulit terdeteksi ketika sudah mencapai nilai konstan sehingga nilai flux yang diukur sering terbaca sebagai nilai sebenarnya, sedangkan fouling bersifat irreversibel (tidak dapat dikembalikan pada kondisi semula), hal ini disebabkan terjadinya pengendapan partikel, koloid, emulsi, makromolekul, garam, dll., diatas permukaan membran. Pada proses fouling maka flux akan terus menurun seiring dengan waktu.

Zat penyebab fouling disebut “foulant” yang dapat dibedakan menjadi 3 jenis:

1. Endapan organik, seperti makromolekul, senyawa biologi, mikroba, dll.
2. Endapan anorganik, seperti metal hidroksida, garam kalsium, dll.
3. Partikulat

Fenomena fouling ini seringkali menjadi perhatian penuh dalam menentukan kinerja membran, akan tetapi secara teoritis sangatlah rumit difahami karena bersifat kompleks meliputi parameter fisika dan kimiawi seperti konsentrasi, suhu, pH, sifat ion, dan interaksi spesifik antar molekul.

Pada sistem RO, kecenderungan terjadinya fouling dapat dilakukan dengan serangkaian test untuk melihat fenomena fouling diatas permukaan membran dengan menggunakan beberapa parameter berikut:
1. Silting Index (SI)
2. Plugging Index (PI)
3. Fouling Index (FI) atau Silt Density Index (SDI)
4. Membrane Filtration Index (MFI)
5. Micro-filter Fouling Factor (MFF), dapat dibaca ditulisan “Teknologi Reverse Osmosis

Mekanisme Fouling

Mekanisme terjadinya fouling pada membran berpori seperti di mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dapat dikategorikan menjadi 4 tahapan yaitu:

1. Complete blocking, foulant akan menutup pori membran secara sempurna.
2. Intermediate blocking, foulant akan menutup sebagian pori membran.
3. Standard blocking, foulant teradsorpsi pada permukaan pori membran.
4. Cake formation, foulant membentuk lapisan kue sehingga menutup pori membran.

Fig-1-Different-membrane-fouling-mechanisms.png
Sedangkan pada membran RO yang membrannya lebih padat, proses mekanisme fouling dapat disebabkan oleh 4 hal yaitu:

1. Colloidal fouling, foulant yang berupa koloid akan membentuk lapisan diatas permukaan membran akibat ikatan molekul antar koloid.
2. Organic fouling, akibat ikatan hidrogen antar senyawa organik dapat menyebabkan pengendapan diatas permukaan membran.
3. Scaling, pengerakan akibat terbentuknya endapan mineral seperti kapur yang disebabkan oleh kalsium.
4. Biofouling, interaksi antar mikrobiologi atau senyawa polisakarida yang dihasilkannya dapat membentuk lapisan diatas permukaan membran.

membranes_scheme3.jpg
Metode Mengurangi Fouling

Sehubungan dengan kompleksnya fenomena fouling yang terjadi diatas permukaan membran, sehingga sangatlah sulit untuk mengurangi agar tidak terjadinya fouling. Berikut beberapa metode yang lebih umum dalam mengurangi terjadinya proses fouling adalah sebagai berikut:

1. Pretreatment air baku.
Pada sistem RO seringkali digunakan pretreatment agar fenomena fouling dapat dikurangi semaksimal mungkin sehingga biaya pemeliharaan jauh lebih kecil yang dapat disesuaikan dengan kondisi kualitas air baku, hal ini meliputi pengaturan pH, proses adsoprpsi oleh karbon aktif dan filtrasi sand filter, klorinasi, dan lain sebagainya.

2. Pemilihan jenis membran.
Dalam memilih jenis membran yang tepat sangatlah penting agar dapat mengurangi terjadinya fouling, pada membran berpori seperti aplikasi di mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi akan lebih mudah terjadinya fouling dibandingkan membran padat pada RO. Sifat hidrofilik dan hidrofobik membran juga dapat mengurangi fouling tergantung dari aplikasinya.

3. Kondisi proses dan kondisi modul.
Fenomena fouling dapat dikurangi jika terjadi pengurangan polarisasi konsentrasi, sedangkan polarisasi konsentrasi dapat dikurangi jika laju alir permeate ditingkatkan. Dengan demikian proses dan modul design dapat diatur sedemikian rupa agar dapat meminimalisir terjadinya polarisasi konsentrasi.

4. Pembersihan membran (membrane cleaning)
Agar dapat mengurangi terjadinya fenomena fouling, maka perlu dilakukan pembersihan membran, proses pembersihan ini terbagi atas 4 jenis: a) pembersihan secara hidraulik, yaitu pembilasan terbalik (back-flushing) hanya dapat dilakukan pada membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi. b) pembersihan secara mekanik, proses ini hanya dapat dilakukan untuk sistem membran tubular menggunakan bola sponge. c) pembersihan secara kimiawi, biasa digunakan untuk membran RO dengan jenis kimia anti-scaling dan biocide. d) pembersihan dengan listrik, hanya dapat diaplikasikan pada membran bermuatan yang menggunakan elektroda.

Cikarang, July 2016

Wastewater Treatment

WASTEWATER TREATMENT

Wastewater

Instalasi Pengolahan Limbah = Wastewater Treatment Plant