EDI Water Treatment Sebagai Mesin Produksi Air Murni Ultrapure
EDI Water Treatment adalah teknologi untuk memproduksi air murni ultrapure. Sistem ini menggunakan modul electrodeionization, yang tidak menggunakan bahan kimia. Pada bidang farmasi menggunakan elektrodeionisation menjadi keharusan, karena issue menggunakan kimia pada ion exchange.
Penggunaan kata EDI water sesungguhnya adalah akronim dari electrodeionization, menyebutnya dengan istilah EDI menjadi mudah. Hal ini sama halnya dengan menyebut istilah reverse osmosis, nanofiltrasi dan ultrafiltrasi.
Kualitas hasil sistem EDI water ini bisa mencapai 18 megaohms (~ conductivity 0,056 micro siemens). Namun membutuhkan syarat air baku yang optimum. Secara umum kualitas < 1 micro siemens sudah cukup untuk pharmacy, power plant dan laboratorium.
Apakah EDI Water?
EDI water treatment adalah teknologi penukar ion resin yang cara regenerasinya menggunakan power listrik. Fungsinya adalah sebagai pengganti media cation resin dan media anion resin konvensional. Dengan menggunakan sistem electrodeionization, maka tidak menggunakan lagi bahan kimia regenerasi.
Electrodeionization modul dapat menghilangkan sebagian besar ion di dalam air. Ion adalah molekul apa pun yang mempunyai muatan listrik positif atau negatif. Proses menghilangkan ion menyebutnya juga dengan istilah deionisasi (water deionisation), setelah molekul ion hilang akan memperoleh air murni ultrapure.
Histori EDI Water
Sejarah EDI water ini sudah ada pada tahun 1980-an. Paten O’Hare1, mempunyai pengakuan publik pada tahun 1984, paten ini selanjutnya merupakan dasar dari semua teknologi EDI water treatment. Saat ini sudah berkembang produksi modul – modul electrodeionization modul dari beberapa produsen, baik dari USA, Eropa bahkan China.
Kebutuhan air murni ultrapure yang semakin meningkat, maka semakin banyak membutuhkan EDI water treatment. Dengan EDI water system, maka memproduksi air murni menjadi lebih mudah dan tersedia setiap saat.
Sistem EDI water treatment menggantikan tempat Mixed Bed ion resin deionisasi konvensional. Tidak seperti resin deionisasi, EDI water treatment tidak memerlukan shutdown. Secara default sistem mixed bed resin, akan berhenti cukup lama saat melaksanakan regenerasi resin menggunakan bahan kimia.
Teknologi Mixed Bed Resin Water Deionisation
Sistem konvensional umumnya menggunakan mixed bed resin untuk polishing menurunkan mineral air. Mixed bed terdiri dari resin Cation Anion, pada operasionalnya harus melakukan “regenerasi” dengan asam kuat (HCL) dan basa kuat (NaOH).
Dari sisi pengadaan modal, investasi Mixed bed cenderung sedikit lebih rendah daripada EDI water treatment. Namun, operasionalnya membutuhkan biaya rutin yang signifikan. Sementara electrodeionisation hampir tidak membutuhkan biaya operasional.
Issue penggunaan kimia HCL dan NaOH yang mencemari lingkungan dan kesehatan menjadi halangan di beberapa industri. Sehingga beberapa industri mulai meninggalkan mixed bed resin.
Teknologi EDI water treatment menjadi pilihan untuk mengganti peran mixed bed. Pada industri farmasi, menggunakan electrodeionization sudah menjadi yang utama. Sistem operasinya lebih sederhana daripada mixed bed resin dan yang terpenting sudah tidak menggunakan bahan kimia.
Apa Perbedaan Deionisasi vs. EDI Water?
EDI water adalah bentuk deionisasi (water deionisation) yang menggunakan listrik untuk menghilangkan ion dari air. Sistem electrodeionization ini tidak menggunakan bahan kimia, regenerasi hanya dengan power listrik. System ini menjadi populer saat ini, karena kualitasnya lebih konstan.
Disamping EDI water, jenis deionisasi lainnya adalah menggunakan bahan kimia dengan metode pertukaran ion dengan ion exchange resin.
Apa Saja Syarat Air Baku Electrodeionization?
EDI Water fungsinya adalah sebagai polishing, oleh sebab itu air yang masuk menjadi air baku harus sesuai dengan syarat minimum.
Syarat minimum mutlak untuk sistem electrodeionisation adalah nilai TDS, yaitu maksimal 20 ppm. Semakin tinggi TDS air baku, maka akan membutuhkan power energi yang lebih besar juga.
Berikut ini adalah persyaratan untuk beroperasi optimal modul EDI water. Kinerja optimal dari electrodeionization modul akan menghasilkan output yang bagus, apabila persyaratan optimum terpenuhi.
Bagaimana Pretreatment EDI Water?
Merujuk dari syarat air baku pada point 2, maka EDI water membutuhkan pretreatment yang baik, atau setidaknya memenuhi syarat minimal.
Pretreatment electrodeionisation sebaiknya menggunakan reverse osmosis, baik single phase atau double phase. Untuk air baku yang nilai TDS agak tinggi di atas 1000 ppm, sebaiknya menggunakan double phase RO.
Apabila salah satu atau beberapa unsur mineral melebihi batas, maka sebaiknya menggunakan sistem double phase RO. Menggunakan air baku dari air mountain spring atau air tanah, mempunyai kecenderungan mengandung unsur silika yang tinggi. Untuk itu menggunakan double phase RO salah satu solusi yang tepat.
Pretreatment electrodeionization yang juga tidak kalah penting adalah menurunkan CO2 dalam air. CO2 dalam air adalah berbentuk gas. Sehingga ketikan konsentrasinya berlebihan, maka sulit mendapatkan kualitas yang optimum.
Apa Saja Komponen Pretreatment?
System EDI water membutuhkan pretreatment yang baik, sama halnya dengan system reverse osmosis. Beberapa water treatment plant, menggunakan system di bawah ini:
- Chlorine Removal
- Filtration (Multimedia dan Carbon Aktif)
- Softener
- Reverse Osmosis Single Phase atau Double Phase
- pH Adjustment (catatan : jika Silika terlalu tinggi)
- CO2 Removal
- Prefilter Cartridge (catatan : jika menggunakan tangki penampungan air baku)
Masalah Silika dan CO2
Beberapa plant EDI water treatment mempunyai kasus dengan silika dan CO2 yang tinggi. Mengurangi silika tentunya akan membutuhkan biaya yang tidak kalah kecil daripada pengadaan elektrodeionisasi itu sendiri. Sehingga sering kali beberapa instalasi mengabaikan untuk menambah system menurunkan silika.
Sedangkan kasus CO2 yang tinggi, sering menemukannya pada air baku yang keluar dari system RO. Hal ini secara umum akan terjadi, karena RO mempunyai kecenderungan pH rendah menyebabkan akumulasi CO2.
Salah satu alternatif untuk mengurangi CO2 yang tinggi adalah dengan menambahkan degasifier menggunakan membran khusus. Membrane ini selanjutnya akan bekerja menurunkan CO2. Pada teknologi konvensional, degasifier dilakukan dengan cara melakukan pembuangan air dari ketinggian tertentu, sehingga gas bisa dilepaskan di udara terbuka.
Pada air umpan EDI, jumlah total CO2 adalah beban pada modul EDI water. Total CO2 adalah jumlah gas CO2 terlarut (atau H2CO3) dan bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO3-2) ion. pH menentukan keseimbangan antara ketiga jenis gas ini.
Bagaimana Proses EDI Water?
Konsep EDI Water bekerja berdasarkan adanya medan listrik yang menarik ion-ion dalam air. Produksi medan listrik adalah adanya dua lempeng elektroda bermuatan. Elektroda ini berfungsi sebagai penyuplai muatan (Current Collector); Elektroda (-) menarik ion+ (Cation) dan Elektroda (+)menarik ion- (Anion).
Aliran air electrodeionisation ( IN brackish water) mengalir melalui dua lempeng elektroda tersebut sehingga ion-ion terlarut akan ditarik ke elektroda yang bermuatan berlawanan. Proses pemisahan Cation dan Anion harus terus berlangsung, jangan sampai ion-ion tersebut lepas dan bersatu kembali pada outlet. (OUT desalination water).
Ion-ion yang terpisah dari air baku mengalir ke ruang tersendiri dan menyebutnya dengan air concentrate. Dengan demikian Outlet elektrodeionisasi merupakan aliran product murni dimana ion-ion sudah terpisahkan.
Proses Aliran Ion
Aliran ion pada concentrate membutuhkan perlakuan khusus agar Anion & Cation masing-masing mengalir pada saluran yang terpisah. Proses tersebut seperti di bawah ini:
- Resin Anion & Cation yang mengalir di sepanjang aliran air baku mulai dari Inlet (IN brackish water) sampai Outlet (OUT desalinated water) berfungsi menangkap ion-ion dalam air baku. Resin akan menjadi jembatan memindahkan ion-ion tersebut mendekati Elektroda (Current Colector).
- Cation & Anion Exchange Membrane sebagai pembatas antara Resin dan Elektroda yang selektif terhadap ion-ion sesuai muatannya masing-masing. Cation Exchange Membrane terletak pada Elektroda (-) berfungsi melewatkan ion+, sedangkan Anion Exchange Membrane terletak pada Elektroda (+) berfungsi melewatkan ion-.
- Porous Elektroda terlihat sebagai butiran warna hitam yang terletak pada ruang antara Exchange Membrane dan Current Colector (Elektroda). Butiran hitam ini merupakan material berongga dan bermuatan akibat medan listrik, efektif menangkap (menyerap) ion-ion disekitarnya dan mengalirkan ke luar.
Simulasi Perhitungan Desain Electrodeionization
Beberapa vendor (manufaktur) modul electrodeionization menyediakan software khusus untuk membuat perhitungan (proyeksi) hasil dari EDI water treatment. Sama halnya dengan reverse osmosis memiliki beberapa software seperti ROSA, Hydracap, dll., EDI module water treatment juga memiliki software yang disebut EDI CAD.
EDI CAD ini akan memberikan informasi nilai kualitas hasil setelah proses electrodeionization dalam satuan micro siemens atau megaohm, juga terhadap hasil nilai silika. Contoh perhitungan EDI CAD seperti di bawah ini :
Kebutuhan Power Elektrik Electrodeionization
Hampir sebagian besar vendor modul EDI water menggunakan voltage DC, bukan AC. Tujuan menggunakan voltage DC adalah agar mudah mengatur tegangannya. Pengaturan ini sebagai variabel, ketika adanya sumber air baku yang berbeda menjadi umpan electrodeionization.
Tentunya semakin tinggi TDS air umpan, akan semakin tinggi juga membutuhkan voltage elektrik.
Apa Keuntungan Electrodeionization?
Apa Keuntungan menggunakan electrodeionization daripada Mixed bed Ion Resin? Ada beberapa alasan untuk menjadikannya pertimbangan sebagai berikut :
- a) Hasil produksi electrodeionization yang konsisten : tidak seperti Mixed bed semakin mendekati waktu regenerasi biasanya kualitas sedikit berubah.
- b) Operasional electrodeionization bisa terus menerus : saat pergantian media dan regenerasi maka sistem harus diberhentikan.
- c) Biaya sistem electrodeionisation sangat effective : Asumsi kapasitas 1,8 M3/Jam beroperasional selama 8 jam, hanya membutuhkan 300 Vdc @ 2 ampere = 4.8 kWH. Biaya per 8 jam : 4.8 kWH @ Rp. 1500 = Rp. 7.200
- d) Sistem electrodeionisation tidak ada limbah berbahaya : air rejection (dari concentrate) setara hanya 2% saja. Dan bukan limbah, bahkan bisa menggunakannya untuk keperluan lain.
- e) Tidak menggunakan bahan kimia, sehingga mengurangi biaya dan risiko
- f) Sistem electrodeionization membutuhkan sedikit ruangan tempat.
- g) Kapasitas bisa di upgrade dengan mudah, bahkan bisa sampai 200 M3/Jam : Upgrade kapasitas dengan mudah, karena hanya menambahkan modul. Catatan : apabila pemipaan, power dan instrumentation masih mendukung.
Bagaimana Kualitas Hasil Electrodeionization?
Kualitas hasil dari electrodeionization adalah air murni ultrapure, beberapa industri, seperti produksi mikroelektronika dan semikonduktor membutuhkan jenis air murni ultrapure ini.. Juga bidang biomedis, laboratorium, farmasi menggunakannya.
Untuk bidang power plant air electrodeionisation menggunakannya sebagai air makeup pembangkit listrik, serta di industri makanan dan minuman, dan di mana saja di industri umum di mana air membutuhkannya.
Di bawah ini adalah spesifikasi konten ionik industri yang khas. Ini tidak mewakili semua spesifikasi untuk air di industri ini, hanya yang relevan dengan EDI water.
Tipe E-I: Klasifikasi Air ini sebagai air mikroelektronika, menggunakannya sebagai bahan produksi dengan kualitas air di bawah 1,0 μm. Klasifikasi ini praktis menjadi kualifikasi tertinggi dan untuk penggunaan yang paling kritis.
Tipe E-II: sebagai air mikro elektronik, bahan produksi dengan kualitas < 5,0 μm.
Tipe E-III: sama dengan Tipe E-II, namun kualitas air >5,0 micro siemens.
Tipe IV: Klasifikasi Air ini sebagai air electroplating, menggunakannya sebagai penggunaan non-kritis dan aplikasi umum lainnya di mana air terus-menerus bersentuhan dengan atmosfer karena penyimpanan tangki.
Kualitas USP Pharmaceutical Water:
USP sekarang selaras dengan standar lain di bawah WHO: The International Pharmacopoeia (PhInt). EDI water dapat menggunakannya sebagai operasi unit pilihan di sistem air USP.
Produk EDI Water dari MAPURNA
Produk EDI water treatment dari MAPURNA adalah di Assembly dan di Install oleh TIM Mapurna. Vendor electrodeionization modul kami adalah salah satu manufaktur di USA, yang tentunya menjadikan jaminan pengadaan dan kualitas yang baik.
Penawaran dari kami adalah bisa mengadakan hanya EDI water unit atau system keseluruhan EDI water treatment. Pengetahuan tentang water treatment system yang mendalam, menjadikan Tim kami bisa memberikan analisa desain secara keseluruhan.
Kesimpulan
- 1. Electrodeionization sangat cocok mempertimbangkannya sebagai pengganti deionisasi system konvensional, seperti mixed bed.
- 2. EDI water tidak membutuhkan regenerasi kimia dan cara menyimpan kimia di gudang.
- 3. Sistem electrodeionisation terbukti cocok untuk menggunakannya pada aplikasi di farmasi, laboratorium, klinik mata, power energy, pabrik penunjang farmasi, dll.
