Pemasangan System Nanofiltration di Pabrik AMDK

Nanofiltration adalah salah satu sistem yang menggunakan membran, selain reverse osmosis sistem. Pada bidang water treatment lebih banyak mengenal reverse osmosis untuk teknologi membran. Walaupun demikian nanofiltration membrane pastinya mempunyai karakteristik yang lebih khusus.

Pemasangan sistem membrane nanofiltration lokasinya di Pabrik AMDK Jawa Timur pada Februari sampai Maret tahun 2022. Kebutuhan kapasitas sistem terpasang adalah 30 M³/jam. dengan recovery 75%. Water treatment sistem ini menggunakan sumber air baku dari air permukaan mountain spring. Namun sumber air baku memiliki TDS yang agak tinggi.

Tujuan pemasangan nanofiltration adalah agar mendapatkan TDS air yang lebih rendah, namun power lebih efisien.

Apakah Sistem Nanofiltration?

Sistem nanofiltration adalah sistem membran yang fungsinya hampir mirip dengan membrane reverse osmosis. Secara sistem keduanya hampir sama operasionalnya, juga penggunaan beberapa komponen utama. Perbedaan yang dominan adalah hanya terletak pada kebutuhan tekanan.

Nanofiltration mempunyai karakteristik yang lebih mirip dengan reverse osmosis. Ukuran dari spektrum membran, ada di antara membran reverse osmosis dan membran ultrafiltrasi. Karena mempunyai perbedaan spektrum pori – pori ini, maka fungsi membran ini akan berbeda dengan reverse osmosis dan ultrafiltrasi.

Sistem ini mempunyai rejection yang lebih rendah daripada sistem reverse osmosis. Membran nanofiltration mempunyai rejection rata-rata adalah 90 – 98%, sedangkan reverse osmosis berkisar 95 – 99%.

Pada intinya fungsi dari membran nanofiltration dan reverse osmosis adalah sama, yaitu mampu menurunkan TDS air. Namun faktor yang membedakan adalah dari faktor sumber air bakunya. Ketika sumber air baku dari air asin (baik payau atau air laut), maka tidak bisa menggunakan sistem ini.

Apa Saja Fungsi Nanofiltration Membrane?

Membran nanofiltration mempunyai fungsi sebagai cara menurunkan TDS air. Sistem ini juga mempunyai fungsi lainnya sebagai berikut:

Menghilangkan warna dan karbon organik total (TOC) dari air permukaan.
Menghilangkan kesadahan atau radium dari air sumur.
Mengurangi total padatan terlarut (TDS) secara keseluruhan.
Demineralisasi air
Produksi air dengan mineral rendah
Menghilangkan heavy metal ion

Waste Water dalam Produksi Textile
Waste water dalam Produksi Kertas
Water Treatment pada Budidaya Tanaman (agriculture)
Water Softening
Menurunkan kadar nitrat

Bagaimana Proses Sistem Membrane Nanofiltration?

Proses sistem nanofilter mempunyai persamaan dengan sistem RO. Permulaan proses bermula pada pompa bertekanan yang mendorong air umpan ke nanofiltration. Selanjutnya sistem membran membagi air umpan menjadi air produk dan air konsentrat.

Pengaturan valve concentrate, akan mengatur besarnya persentase recovery dan rejection. Pengaturan tekanan pompa umumnya lebih kecil dari 100 psi, sedangkan pada RO umumnya lebih besar dari 100 psi. Rata – rata sistem nanofiltration membutuhkan tekanan 60 – 75 psi.

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

Nanofiltration memiliki ukuran pori membran 0,001 micron, hanya membutuhkan tekanan sedang. Dengan tekanan sedang, maka membutuhkan listrik lebih kecil dari RO. Proses daur ulang limbah, juga bisa menggunakan membran nanofiltration.

Nanofiltration mempunyai rejeksi antara 50-90%, tergantung air baku. Karena kemampuannya untuk secara efektif menghilangkan ion “di” dan “trivalen,” maka sistem ini bisa juga untuk menghilangkan “kesadahan”.

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 nanofiltration 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).

Berapa Persentase Nanofiltration Menghasilkan Air Produk?

Sistem nanofiltration akan menghasilkan 50 – 80 % dari jumlah air bakunya. Artinya apabila air baku 10 M³/jam, maka menghasilkan hasilnya hanya 5 – 8 M³/jam. Sedangkan air sisanya sebesar 20 – 50% akan terbuang atau menggunakannya kembali untuk utilitas.

Pada proses tersebut menghilangkan 80 – 95% TDS air baku, sehingga mineral yang terkandung dari air hasil hanya 5 – 20%. Jika air baku mempunyai TDS 300 ppm, asumsinya setelah proses nanofiltration maka TDS hasil kira-kira 10% dari 300 ppm, atau sekitar 30 ppm.

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 Membrane Nanofiltration

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. Dengan adanya pre-filter, maka mencegah adanya partikel di permukaan membrane.

Komponen prefilter membrane nanofiltration 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.

2. Shut–Off Valve (solenoid) Unit Nanofiltration

Shut-off solenoid valve berfungsi untuk menutup aliran air pada saat sistem nanofiltration tidak berfungsi. Solenoid 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.

3. Switch Untuk Tekenan Rendah (Low Pressure Switch)

Switch tekanan rendah unit nanofiltration 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 shut-off (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

4. Pressure Pump Membrane Nanofiltration

Pressure pump membrane nanofiltration adalah pompa yang berfungsi untuk memberikan tekanan pada membrane. Pompa ini akan menghasilkan tekanan antara 60 – 80 psi. Pada sistem, pompa akan menggunakan type multistage.

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, Element Membrane Nanofiltration

Membran nanofiltration adalah jantung dari system. Jenis membran ini adalah semipermeabel, yang di desain untuk menghilangkan berbagai macam kontaminan yang berhubungan dengan mineralogi dan mikrobiologi.

Pada instalasi membrane nanofiltration ini, menggunakan membrane dengan diameter 8-inch. Namun pada kapasitas kecil bisa juga menggunakan membrane ukuran 4-inch. Biasanya kapasitas lebih kecil dari 3 M3/jam menggunakan membrane dengan ukuran 4-inch.

6. Valve Pengaturan Tekanan (Concentrate Valve)

Valve pengatur tekanan ini mutlak harus ada pada system membran nanofiltration. Tanpa valve ini, maka tidak bisa mengatur tekanan air untuk membrane. Concentrate valve letaknya setelah vessel.

Pada nanofiltration ini, menggunakan concentrate valve yang terbuat dari stainless steel SS – 304 atau SS – 316. Serta melakukan pengaturan tekanan hanya sekali pada saat di awal pemasangan. Sebaiknya jangan mengatur concentrate valve ini secara terus menerus.

Keuntungan System Membrane 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 nanofiltration lebih cocok ketika tidak membutuhkan rejection yang tinggi.

Efisien Konsumsi Power Energi Dengan Nanofiltration

Menggunakan membrane nanofiltration di Pabrik AMDK 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 nanofiltration 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 nanofiltration 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 nanofiltration 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 membran nanofiltration 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 nanofiltration juga tidak bisa menggunakan air asin payau, walaupun TDS nya lebih rendah dari air laut.

Untuk pengolahan air laut, bisa menggunakan nanofiltration sebagai double phase system. Artinya, nanofiltration 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 nanofiltration dan reverse osmosis mempunyai masa pakai yang lebih lama. Dengan semakin pretreatment memproses air baku, maka biaya pergantian dan cleaning membrane akan lebih kecil.

Disamping pretreatment nanofiltration dan RO juga membutuhkan pemeliharaan membran yaitu membersihkan membran RO. Pada waktu tertentu membran akan mampat dan harus melakukannya

Perbedaan Nanofiltration 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.

System Membrane nanofiltration mampu menghilangkan ion divalen yang lebih besar, seperti kalsium sulfat. Sementara sebaliknya, memungkinkan ion monovalen yang lebih kecil seperti natrium klorida tetap ada

Sistem Nanofiltration Untuk AMDK

Penggunaan sistem nanofiltration untuk AMDK (air minum dalam kemasan) adalah tergolong sangat jarang. Metode yang umum adalah degan menggunakan reverse osmosis. Pada pemasangan ini bertujuan menurunkan TDS air agar memperoleh hasil sekitar 60 – 70 ppm.

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.

Opex Sistem Nanofiltration Untuk Investasi Yang Ekonomis

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

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 membrane nanofiltration dan membran RO, maka di bawah ini adalah gambar perbandingan kebutuhan listrik (kW).

Perbandingan Kebutuhan Tekanan Sistem Nanofiltration VS Reverse Osmosis

Perbandingan penggunaan power listrik antara nanofiltration 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.

Galeri Photo Perakitan Nanofiltrasi 30 M³/Jam

Progres Welding Perakitan Sistem Nanofiltration

Lihat Galeri Photo