Apa Persamaan dan Perbedaan Nano Filter dan Reverse Osmosis?

Nano Filter adalah salah satu sistem untuk menurunkan TDS air yang menggunakan membran. Pada bidang water treatment, teknologi reverse osmosis lebih popular dari pada membrane nanofiltration. Hal ini karena teknologi RO lebih menjangkau ke banyak segmen.

Banyak yang belum mengetahui tentang teknologi nano filter untuk menurunkan mineral dalam air. Saat ini banyak praltisi dan client tertuju terhadap 2 jenis membrane yaitu UF dan RO. Kedua membrane ini tentunya mempunyai fungsi yang berbeda, namun membrane nanofiltration fungsinya mirip dengan RO.

Gunakan membrane nano filter ini jika ingin menurunkan mineralogi hanya 70 – 80%, jika lebih dari itu gunakan reverse osmosis.

Apakah Yang Disebut Nano Filter?

Pengertian Nano Filter dimulai dengan istilah “nano”, yaitu pori – pori dengan ukuran pada sepersejuta meter, yang merupakan skala di mana rentang ukuran filter ini bisa berfungsi. Pada ukuran yang sangat kecil ini, filter nano akan mengurangi mineral yang mungkin terlewatkan oleh filter konvensional pada umumnya.

Cara kerja nano filter adalah sistem membran yang fungsinya hampir mirip dengan RO. Keduanya hampir sama operasionalnya, juga penggunaan beberapa komponen utama. Perbedaan yang dominan adalah hanya terletak pada kebutuhan tekanan.

Pada bidang water treatment, pengalaman mapurna ada aplikasi yang membutuhkan pengurangan garam (mineral) kebutuhannya hanya 85 – 90% saja. Untuk kondisi ini menggunakan nanofiltration membrane sangat tepat. Hasil dari proses ini nilai TDS hanya berkurang sebesar 85 – 90% saja.

Faktor yang membedakan antara nano filter dan RO adalah nano tidak bisa mempunyai variasi yang lebih lebar untuk air asin. Ketika sumber air baku dari air asin, maka tidak bisa menggunakan membrane ini.

Bagaimana Cara Kerja Nanofiltration?

Cara kerja nano filter mempunyai persamaan dengan sistem RO. Proses bermula pada pompa bertekanan yang mendorong air umpan ke membrane nanofiltration. Selanjutnya sistem membran membagi air umpan menjadi air produk dan air konsentrat.

Nanofiltration hanya membutuhkan tekanan sedang. Dengan tekanan sedang, maka membutuhkan listrik lebih kecil dari RO. Pengaturan tekanan pompa umumnya lebih kecil dari 100 psi, sedangkan pada RO umumnya lebih besar dari 100 psi. Rata – rata sistem nano filter membutuhkan tekanan 60 – 75 psi.

Dengan tekanan yang sedang, sehingga membutuhkan power listrik juga lebih rendah. Kondisi ini menguntungkan dari sisi Opex, karena membayara lebih 40 – 50 % dari pada RO.

Sumber air baku membran nanofiltration harus menggunakan air yang soft dengan kadar kapur rendah. Apabila tidak menggunakan softener, alternatifnya adalah menambahkan sistem antiscalant dosing.

Komponen Utama Pada Proses System Nanofiltration

Proses membran nanofiltration menggunakan dua komponen utama yaitu Membrane dan Pompa Tekanan Tinggi. Membran nanofiltration adalah membran semi permeabel, biasanya terbuat dari lapisan polyamide film tipis, dengan micron rating 0,001 micron.

Cara kerja nano filter adalah pada input membrane (sisi feed) akan mendapatkan tekanan air hingga 5 – 8 bar. Dari proses ini nantinya akan menghasilkan dua aliran yaitu aliran Air Hasil (produk) dan Aliran Air Buangan (concentrate).

Apa Saja Komponen Sistem Membrane Nanofiltration?

Desain dan komponen membran nanofiltration memiliki persamaan dengan reverse osmosis, yang berbeda adalah penggunaan jenis membran. Secara umum komponen – komponen system ini adalah prefilter, pompa booster, vessel membran, membrane element, instrumentasi flow meter, pressure gauge, dll.

1. Prefilter Cartridge atau Bag Filter

Prefilter pada nanofiltration berfungsi untuk melindungi membran dari endapan partikel atau lumpur. Pemasangan prefilter ini akan menghilangkan endapan, pasir, kotoran, dan sedimen lain yang dapat menyumbat sistem air baku.

Komponen prefilter nano filter umumnya terletak sebelum air masuk ke membran. Prefilter menggunakan housing filter baik yang singgel cartridge maupun multi cartridge. Micron rating untuk prefilter menggunakan ukuran 5 micron. Bisa juga menambahkan ukuran 1 micron, namun secara teknis di terlalu signifikan perbedaannya.

Cartridge harus menggantinya secara berkala, misalnya 1 – 2 bulan sekali. Indikator penggantian cartridge adalah saat adanya penurunan tekanan yang terbaca melalui pressure gauge pada nanofiltration unit. Jangan melakukan pencucian prefilter cartridge, karena di khawatirkan ada struktur yang rusak akan terlepas.

Optional lainnya untuk prefilter nano filter bisa juga menggunakan bag filter, namun pilihan ini hanya untuk air baku yang cukup baik. Jangan menggunakan prefilter dari bag filter ketika air baku cenderung kotor atau TSS tinggi.

2. Shut–Off Valve (Solenoid)

Shut-off solenoid valve berfungsi untuk menutup aliran air pada saat sistem nano filter tidak berfungsi. Solenoid maupun motorized valve ini sangat berperan ketika sumber air baku mempunyai tekanan, sehingga apabila sudah tidak berfungsi aliran air baku akan menutupnya.

Valve solenoid akan terkoneksi dengan system electronic control, sehingga fungsinya akan bekerja secara otomatis ketika mesin membran nanofiltration berhenti bekerja. Shut-Off ini biasanya menggunakan beberapa pilihan material, misalnya PVC, Brass, SS – 304, SS – 316.

Kejadian fatal tentu akan terjadi ketika valve input nano filter ini tidak berfungsi dengan baik. Hal ini akan menyebabkan tidak adanya aliran air baku ke sistem membrane. Atau sebaliknya jika valve ini tidak bisa menutup, maka tekanan aliran air baku akan mengalir terus ke saluran terbuka.

3. Sensor Tekanan Rendah (Low Pressure Switch)

Sensor tekanan rendah sistem nano filter berfungsi untuk memberikan sinyal ke panel electronic control, saat terjadi tekanan aliran air yang rendah. Tujuannya adalah apabila pada tekanan air yang rendah, maka pompa booster akan berhenti. Hal ini untuk menghindari pompa bekerja pada air kering.

Kondisi air habis atau prefilter yang kotor, akan menyebabkan rendahnya tekanan air. Pada kondisi ini akan menyebabkan fungsi low pressure switch bekerja, dan mengirimkan signal untuk memberhentikan nanofiltration system.

Kondisi low pressure switch pada sistem nano filter akan terjadi pada kondisi apabila filter carrtidge sudah mampat. Pada filter yang mampat, maka pressure indikator akan menunjukkan rendahnya tekanan yang masuk ke pompa.

Berapa Tekanan Yang Sebaiknya? Sebaiknya sistem aliran air baku ke pompa membrane nanofiltration tidak lebih kecil dari 20 psi (1.4 bar) atau tidak melebihi 60 psi (4 bar). Apabila terjadi penurunan tekanan ini maka fungsi sensor low pressure switch akan terjadi.

4. Pressure Pump

Pressure pump nanofiltration membrane adalah pompa yang berfungsi untuk memberikan tekanan pada membrane. Pompa ini akan menghasilkan tekanan antara 60 – 100 psi. Berbeda dengan high pressure pump untuk reverse osmosis yang membutuhkan tekanan rata – rata antara 150 – 200 psi.

Jenis pompa nano filter bisa juga menggunakan pompa multistage horizontal maupun multistage vertical. Agar pompa berjalan tentu harus sesuai dengan rencana desain kebutuhan tekanan. Serta perhitungan kebutuhan pompa harus mengikuti kurva flow dan pressure dari supplier pompa.

Beberapa merek pompa untuk nanofiltration ini sangat bervariasi, bisa CNP, Grundfos, Calpeda, Lowara dan lainnya. Dan jenis pompa ini cenderung lebih gampang memperolehnya di beberapa vendor pompa di Indonesia.

Power Voltage menggunakan 220 volt, namun bisa juga menggunakan voltage 380 volt 3 phase. Pada kapasitas menengah dan besar lebih dari 5 M³/Jam tentunya semua komponen pompa akan menggunakan listrik 3 phase.

5. Membrane Nanofiltration

Membrane nanofiltration adalah komponen utama dari sistem ini, yaitu membrane khusus untuk sistem nano filter. Sistem ini pastinya tidak menggunakan membran RO, walaupun secara sistem masih mungkin bisa berfungsi.

Dimensi membrane untuk sistem nano filter sesungguhnya sama dengan yang ada pada sistem RO, misalnya ukuran 8 inch dan 4 inch. Namun tidak mempunyai ukuran yang lebih kecil seperti 2.5 inch. Panjang membrane juga sama dengan RO yaitu 40 inch atau setara 100 cm.

Beberapa merek membrane RO sebagian besar memiliki jenis nanofiltration membrane ini, misalnya Filmtec, Hydranatics, LG, Keensen dan lainnya. Beberapa tahun sebelumnya hanya merek USA yang tersebar, namun saat ini beberapa merek vendor China juga sudah banyak penggunaannya.

Pada sistem nano filter kapasitas lebih dari 5 M³/jam sebaiknya menggunakan membrane ukuran 8 inch. Kecuali melakukan pemasangan dengan kapasitas 2 X 2.5 M³/jam, lebih baik menggunakan membrane ukuran 4 inch. Ada kecenderungan stock membrane nanofiltration lebih sedikit dari RO.

6. Valve Pengaturan Tekanan (Concentrate Valve)

Valve pengatur tekanan ini mutlak harus ada pada system nano filter, tanpa valve ini maka sistem akan tidak bertekanan. Jika valve ini rusak, sistem tidak akan menghasilkan air produk. Semua aliran akan melalui pipa concentrate ke saluran drain.

Jenis valve untuk concentrate biasanya menggunakan globe valve, dan mampu menahan tekanan sekitar 150 psi. Jenis materialnya lebih baik menggunakan stainless SS – 304 atau SS – 316.

Dalam operasional sehari – hari nano filtrasi, sebaiknya tidak mengatur valve tekanan setiap hari. Pengaturan valve ini biasanya hanya sekali pada pengaturan awal Start – Up. Pengaturan kembali mungkin pada saat pergantian membrane, atapun pada saat melakukan cleaning membrane.

Tujuan tidak sering melakukan pengaturan tekanan valve ini adalah agar mengetahui hasil air produk dari membrane pada tekanan yang konstan (tetap). Saat air produk kecil karena mampat, jangan memutar valve. Apabila membrane nanofiltration sudah berkurang kapasitas, maka sebaiknya melakukan cleaning.

Apa Keunggulan Sistem Nanofiltration?

Faktor dominan keuntungan menggunakan sistem nanofiltration adalah bisa menurunkan TDS dengan konsumsi power yang lebih rendah. Pada umumnya metode menurunkan TDS yang umum adalah reverse osmosis, namun nano filter lebih cocok ketika tidak membutuhkan rejection yang tinggi.

Beberapa hal yang menjadi keunggulan sistem nano filter adalah:

90% Rijeksi Ion
>97% Rijek Hardness
High flux hasil yang lebih tinggi
Menggunakan energi power yang lebih sedikit
Mempunyai ketahanan untuk cleaning pada waktu yang lebih panjang

Efisien Konsumsi Power Energi

Menggunakan nanofiltration membrane di Pabrik umumnya membutuhkan power energi hanya 50% daripada reverse osmosis. Sehingga penyediaan power energi lebih kecil, serta pemilihan pompa juga lebih mudah.

Investasi yang mempertimbangkan opex, maka beban biaya produksi nano filter menjadi konsentrasi yang sangat dominan. Pada teknologi membran yang membutuhkan tekanan tinggi, maka kebutuhan listrik umumnya lebih tinggi dibandingkan sistem konvensional.

Sebagai contoh pada TDS air baku 200 ppm dan kapasitas produksi 10 M³/Jam, pada penggunaan membrane nanofiltration maka membutuhkan power 5,5 kW. Sedangkan jika menggunakan reverse osmosis membran, maka kebutuhan listriknya 11 kW.

Jika menghitung Efisiensi sistem nano filter sebesar 5,5 kW per satuan waktu dan per satuan kWH Rp. 1500 dan selama 30 hari selama setahun (jam kerja 20 jam), maka akan mendapatkan efisiensi sebesar 5,5kW X Rp. 1.500 X 20 jam X 30 hari X 12 bulan = Rp. 59,400,000.

Persamaan dan Perbedaan Nanofiltration vs Reverse osmosis

Melihat system nano filter dan Reverse Osmosis secara visual hampir serupa, dengan komponen yang sama. Namun pada uraian ini mencoba menjelaskan persamaan dan perbedaannya.

Persamaan Nanofiltration dan Reverse Osmosis

Persamaan nanofiltration dan reverse osmosis adalah sama – sama menggunakan membrane. Keduanya menggunakan komponen – komponen yang sama, seperti pompa, vessel membran dan membrane. Keduanya juga mempunyai fungsi yang sama yaitu menurunkan TDS air.

RO filter dan nano filter sama – sama membutuhkan tekanan yang konstan untuk bisa berfungsi dengan baik. Keduanya harus membutuhkan energi untuk memindahkan air yang masuk ke dalam membran. Untuk bisa menembus pori – pori membran maka memerlukan tekanan tersebut.

Perbedaan lainnya membran nanofiltration, tidak bisa menggunakannya untuk kebutuhan desalinasi air laut. Hal ini mengingat air laut mempunyai TDS air 12.000 – 36.000 ppm. Bahkan nano filter juga tidak bisa menggunakan air asin payau, walaupun TDS nya lebih rendah dari air laut.

Untuk pengolahan air laut, bisa menggunakan nano filter sebagai double phase system. Artinya, pemasangannya berada setelah reverse osmosis air laut. Dengan menggunakan membrane nanofilter, akan menghasilkan air produk dengan TDS lebih kecil 100 ppm.

Baik Nanofiltration dan Reverse Osmosis Membutuhkan Pretreatment

Membran nanofiltration dan RO mempunyai pori – pori yang kecil, untuk itu perlu pretreatment agar partikel – partikel besar tidak menutup permukaan membran. Selain itu pretreatment juga harus mengurangi unsur yang tidak boleh masuk ke membran.

Dengan pretreatment yang baik, maka nanofilter dan reverse osmosis mempunyai masa pakai yang lebih lama. Dengan semakin pretreatment memproses air baku, maka biaya pergantian dan cleaning membrane akan lebih kecil.

Selain pretreatment nano filter dan RO juga membutuhkan pemeliharaan membran yaitu membersihkan membran RO. Pada waktu tertentu membran akan mampat dan harus melakukannya.

Perbedaan Nano Filter dan Reverse Osmosis

Faktor pembeda antara membran nanofiltration dan reverse osmosis adalah ukuran pori – pori membran, walaupun ukuran membrane luarnya dimensinya sama. Secara fungsi nanofilter dan reverse osmosis mampu menghilangkan kontaminasi yang lebih halus daripada mikro filtrasi dan ultrafiltrasi.

Membran Nanofiltasi memberikan filtrasi yang sedikit lebih kasar daripada RO, dengan kemampuan untuk menghilangkan partikel kurang dari 0,002 hingga 0,005 μm. Nanofiler adalah teknologi yang relatif baru berkembang, terutama untuk air minum. Untuk itu penggunaan untuk pabrik air minum AMDK akan semakin berkembang.

Nanofiltration dapat menghilangkan kontaminasi berbahaya, seperti senyawa pestisida dan makromolekul organik. Serta bisa mempertahankan sebagian mineral, dimana jika menggunakan RO mineral pasti akan hilang.

Sistem nano filter tidak bisa menggunakannya pada air baku dengan tingkat salinitas yang tinggi, seperti air payau tinggi dan air laut. Namun sistem ini bisa berfungsi baik jika memasangnya setelah pengolahan sea water reverse osmosis atau biasa menyebutnya dengan double phase RO.

Sistem Nano Filter Untuk AMDK

Penggunaan nano filter untuk AMDK (air minum dalam kemasan) adalah tergolong sangat jarang. Metode yang umum adalah menggunakan sistem mikro filtrasi, seperti sand filter, carbon filter dan cartridge filter.

Selain menurunkan TDS, faktor kedua adalah mempertimbangkan efisiensi penggunaan power elektrik. Menggunakan sistem membran nanofiltration akan mendapatkan efisiensi penggunaan power listrik hampir 50% dari pada reverse osmosis.

Untuk standar (non formal) kebanyakan air minum (mountain spring) TDS-nya berkisar 75 – 150 ppm. Sehingga apabila air baku melebihi dari range tersebut, maka perlu adanya usaha untuk menurunkan TDS-nya. Salah satu usaha menurunkan TDS yaitu dengan nanofiltration.

Ada beberapa pilihan untuk menurunkan TDS, yaitu menggunakan ion exchange resin dan menggunakan membran. Menurunkan TDS air dengan menggunakan ion resin sesungguhnya mempunyai risiko terkontaminasi bahan kimia.

Keunggulan lainnya dengan menggunakan nano filter adalah bisa memodifikasi nilai TDS dalam produk air minum. Caranya dengan mencampur air produk dengan air baku yang sudah di olah.

Opex Sistem Nanofiltration Untuk Investasi Yang Ekonomis

Ketika menggunakan nanofiltration atau reverse osmosis untuk pabrik AMDK, maka yang menjadi pertimbangan adalah tujuan dari produk akhir. Apabila ingin mendapatkan hasil yang lebih kecil mineralnya, maka pilihan menggunakan reverse osmosis menjadi lebih utama.

Namun jika tujuannya hanya untuk menurunkan TDS dengan tidak terlalu tinggi persentasenya maka lebih baik menggunakan nano filter.

Baik nano filter dan RO sama – sama menggunakan membrane, yang mana dalam melakukan desain bisa menggunakan software dari pabrikan membran. Membuat perhitungan software design, akan membantu design estimasi yang tepat dari sisi engineering dan prediksi membran fouling.

Bersama ini kami sampaikan gambar simulasi dari hasil perhitungan Software Desain membran. Pada simulasi ini menggunakan membrane nanofiltration dan membran RO, dengan kondisi kapasitas produksinya sama yaitu 10 M³/Jam.

Nanofiltration vs Reverse Osmosis

	NANOFILTRASI	RO
TDS air baku (ppm)	200	200
Kapasitas (M³/Jam)	10	10
Recovery (%)	50	50
Feed Flow (M³/Jam)	20	20
TDS Hasil (ppm)	18,35	0,87
TDS concentrate (ppm)	381,64	399,12
Pressure (bar)	4,36	11,2
Power (kW)	5.5	11
Simulasi perhitungan menggunakan Software Keensen oleh TIM MAPURNA

Perbandingan Efisiensi Penggunaan Konsumsi Listrik

Apabila dibandingkan cara menurunkan TDS air dengan menggunakan nanofiltration membrane dan membran RO, maka di bawah ini adalah gambar perbandingan kebutuhan listrik (kW).

Perbandingan penggunaan power listrik antara nano filter dengan reverse osmosis komersial pada umumnya akan mencapai 30 – 40%. Untuk itu ketika kualitas air yang dibutuhkan tidak terlalu sensitif, maka penggunaan membrane nanofiltration cenderung lebih cocok.