Pengantar Teknologi Reverse Osmosis
Reverse Osmosis (RO) adalah teknologi pemisahan berbasis membran yang memanfaatkan tekanan sebagai gaya dorong untuk menghilangkan padatan terlarut, ion, dan kotoran lainnya dari air. Dengan menerapkan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik air umpan, molekul air dipaksa melewati membran semi-permeabel, sementara kontaminan ditolak dan terkonsentrasi dalam aliran air asin. Proses ini secara efektif mengurangi salinitas, kesadahan, bahan organik, dan mikroorganisme, menghasilkan air permeat dengan kemurnian tinggi.
Sistem RO banyak digunakan dalam desalinasi air laut dan air payau, penggunaan kembali air limbah industri, pemurnian air minum, dan berbagai proses industri yang membutuhkan air berkualitas tinggi. Kinerja dan efisiensi RO bergantung pada faktor-faktor seperti bahan membran, kualitas air umpan, tekanan operasi, dan desain sistem.
Dalam kondisi kesetimbangan, perbedaan ketinggian antara dua kompartemen sesuai dengan perbedaan tekanan osmotik (biasanya dilambangkan sebagai π) dari larutan pada konsentrasi kesetimbangan. Tekanan osmotik adalah fungsi dari jenis dan konsentrasi zat terlarut dalam larutan. Umumnya, untuk setiap 100 ppm konsentrasi total padatan terlarut (TDS), tekanan osmotik π berkisar antara 0,04 hingga 0,075 bar.
π = nRT = MM RT
V
n = jumlah zat terlarut dalam mol
R = konstanta gas ideal
T = suhu dalam Kelvin
V = volume larutan
MM = massa molar zat terlarut
Sebagai contoh:
Larutan air payau dengan TDS 1.500 ppm memiliki tekanan osmotik sekitar 1,02 bar;
Larutan air laut dengan TDS 32.000 ppm memiliki tekanan osmotik sekitar 21,8 bar.
Osmosis | Kesetimbangan | Reverse Osmosis
Osmosis Alami
Konsentrasi Zat Terlarut Rendah → Konsentrasi Zat Terlarut Tinggi
Membran Semi-permeabel
Tekanan Eksternal yang Diterapkan
Reverse Osmosis (RO) mengacu pada proses di mana air mengalir dalam arah yang berlawanan dengan osmosis alami—dari larutan pekat ke larutan yang diencerkan. Proses ini harus didorong oleh tekanan yang diterapkan secara eksternal. Aliran balik air terhambat oleh tiga faktor utama: tekanan osmotik di kedua sisi membran semi-permeabel, resistansi internal membran itu sendiri, dan resistansi yang disebabkan oleh pengotoran pada permukaan membran dan di dalam pori-porinya selama pengoperasian. Oleh karena itu, tekanan yang diterapkan dalam reverse osmosis harus secara signifikan melebihi perbedaan tekanan osmotik larutan.
Sebagai contoh:
-
Dalam sistem RO air payau, tekanan operasi biasanya diatur pada 15,5 bar (atau lebih tinggi), sedangkan perbedaan tekanan osmotik dari larutan air payau 2.000 ppm kurang dari 2 bar.
-
Untuk air laut dengan perbedaan tekanan osmotik sekitar 22 bar (pada 32.000 ppm), tekanan operasi yang diterapkan biasanya sekitar 55 bar.
-
1.2 Membran Reverse Osmosis
Sistem reverse osmosis mengandalkan membran reverse osmosis (yaitu, membran semi-permeabel yang disebutkan di atas) untuk mencapai pemisahan antara pelarut dan zat terlarut. Membran ini memungkinkan lewatnya pelarut sambil menolak zat terlarut lainnya. Saat ini, sebagian besar membran reverse osmosis menampilkan struktur polimer komposit multi-lapis dengan poliamida sebagai lapisan pemisah. Membran ini memberikan kinerja pemisahan yang sangat baik dan daya tahan jangka panjang dalam kondisi air umpan konvensional.
1.3 Parameter Kinerja Utama
1. Tingkat Pemulihan
Tingkat pemulihan mengacu pada persentase air umpan yang diubah menjadi air permeat. Misalnya, tingkat pemulihan 75% berarti bahwa untuk setiap 100 m³/d air umpan, keluaran air permeat adalah 75 m³/d.
- Untuk elemen membran reverse osmosis industri tunggal, tingkat pemulihan dalam pengujian kinerja produk biasanya berkisar antara 8% hingga 15%. Untuk sistem pengolahan air reverse osmosis skala penuh, tingkat pemulihan bervariasi antara 40% dan 90%, tergantung pada faktor-faktor seperti karakteristik air umpan (misalnya, konsentrasi garam, kontaminan), konfigurasi sistem, dan kondisi operasional.
- 2. Tingkat Penolakan
Tingkat penolakan mendefinisikan persentase zat terlarut tertentu yang ditahan oleh membran reverse osmosis setelah filtrasi relatif terhadap konsentrasinya dalam air umpan.
-
-
Valensi Zat Terlarut: Zat terlarut dengan valensi yang lebih tinggi menunjukkan tingkat penolakan yang lebih tinggi. Misalnya, Ca²⁺ memiliki tingkat penolakan yang lebih tinggi daripada Na⁺.
-
Derajat Hidrasi: Ion dengan ukuran terhidrasi yang lebih besar mencapai tingkat penolakan yang lebih tinggi. Misalnya, ion klorida (Cl⁻) ditolak lebih efektif daripada ion nitrat (NO³⁻).
-
Berat Molekul: Umumnya, zat terlarut dengan berat molekul yang lebih tinggi ditolak lebih efisien daripada yang memiliki berat molekul yang lebih rendah.
-
Polaritas Zat Terlarut: Zat terlarut non-polar biasanya menunjukkan tingkat penolakan yang lebih rendah. Misalnya, benzena, meskipun berat molekulnya relatif tinggi, memiliki tingkat penolakan hanya sekitar 25% karena struktur non-polarnya.
-
Keadaan Zat Terlarut: Zat terlarut gas tidak ditolak oleh membran reverse osmosis. Misalnya, gas amonia (NH₃) tidak ditolak, sedangkan ion amonium (NH₄⁺) dalam larutan pH rendah dapat ditahan secara efektif.
-
Derajat Percabangan: Molekul yang sangat bercabang menunjukkan tingkat penolakan yang lebih tinggi. Misalnya, isopropanol memiliki tingkat penolakan yang lebih tinggi daripada n-propanol.
-
Faktor Lain: Pengaruh tambahan termasuk kondisi air umpan (misalnya, pH, kekuatan ionik, kekerasan) dan sifat membran (misalnya, muatan permukaan yang dicirikan oleh potensi zeta, hidrofilisitas, dan morfologi permukaan).
Kinerja penolakan membran reverse osmosis praktis, terutama membran nanofiltrasi, bergantung pada kombinasi dari faktor-faktor di atas daripada variabel tunggal. Untuk data yang lebih akurat, manual produk dan pengujian simulasi skala laboratorium hanya memberikan informasi referensi awal. Kami merekomendasikan pengguna melakukan uji coba percontohan di bawah kondisi lapangan yang sebenarnya untuk memvalidasi kinerja.
Pesan Anda harus antara 20-3.000 karakter!
