Ultrafiltrasi - Cara Kerja, Cara Design dan Jenis Membrane ultrafiltrasi

ultrafiltrasi membrane

Ultrafiltrasi membrane menggunakan tekanan air yang standar untuk mendorong air melalui membran semipermeabel dan menghilangkan kontaminan apa pun. Tidak seperti reverse osmosis atau nanofiltrasi,  Membrane ultra filter mempertahankan mineral di dalam air, sambil menyaring bakteri, virus, dan parasit.

Menggunakan membrane ultra filter tidak saja untuk air bersih, namun treatment air kotor menggunakannya juga.  Aplikasi penggunaan ultra filter membrane juga lebih meluas saat ini untuk digunakan pengolahan air bersih dan sebagai pretreatment desalinasi air laut.

Ultrafiltrasi membrane ada beberapa jenis material dan ukurannya, untuk itu pastikan menggunakan yang baik.  Disamping membrane ultra filter juga mempunyai bentuk yang khusus untuk digunakan pengolahan sewage treatment, yang umum disebut membrane bio reactor.

Mobile Membrane Ultrafiltrasi

Sistem Ultrafiltrasi produk Mapurna, kapasitasnya hanya 2 – 50 M3/Jam.  System menggunakan dimensi ultra filter membrane dengan diameter 8 atau 10 inch.  Pilihan membrane bisa menggunakan PP, PVC, PES atau PVDF.

Ultra filter membrane menggunakan power listrik yang lebih rendah daripada reverse osmosis. Serta recovery system lebih tinggi juga yaitu 70 – 90%.

Membrane Ultrafiltrasi 4M3jam
Membrane Ultrafiltrasi 4M3jam
Membrane Ultrafiltrasi 10 M3/Jam untuk Sewage Treatment
Membrane Ultrafiltrasi 10 M3/Jam untuk Sewage Treatment

Spesifikasi Standard :

  • Skid Frame
  • Prefilter Cartridge 25 micron
  • Flow Meter, rotameter pada permeate
  • Pompa Tekanan Multistage
  • Ultrafiltrasi Membrane
  • Low-Pressure Switch
  • Pressure Gauge pada Pre & Post Filter, Pompa
  • Concentrate Valve.
  • Automatic Inlet Feed water valve
  • Electronic Panel Control
  • Automatic Fast Flush
  • Sample Valve
  • Cleaning Port
  • Pemipaan Standard menggunakan PVC Class AW.

Spesifikasi Tambahan :

  • Turbidity Meter
  • Cleaning In Place
  • Pemipaan PVC Sch 80
  • Pilihan Membrane PVDF
  • dll. sesuai kebutuhan

Apakah Ultrafiltrasi?

Ultrafiltrasi adalah proses penyaringan membrane yang berfungsi untuk memisahkan mikro organisme, bakteri dan kontaminan lainnya.  Membrane ultra filter mampu memisahkan bahan yang lebih besar seperti koloid, partikel, lemak, bakteri, dan protein, sambil memungkinkan gula, dan molekul dengan berat molekul rendah lainnya melewati membran.

Ultrafiltrasi membrane adalah kelompok komponen membrane yang mirip dengan membran reverse osmosis. Nama lain dari Ultra filter membrane adalah “elemen tubular” atau serat berongga (hollow fiber).
Jenis filter membran lainnya adalah Microfiltration (MF), Nanofiltration (NF), dan Reverse Osmosis (RO).

Dengan kisaran ukuran pori antara 0,01 hingga 0,1μm, ukuran pori membran ultrafiltrasi berada di antara nanofiltration dan mikro filtrasi.   Tekanan operasional pada Ultrafiltrasi Membrane biasanya beroperasi antara 50 – 120 PSI (3,4 – 8,3 bar) dan bergantung pada tekanan trans membran untuk mendorong proses ultra filter.

Pemasangan prefilter sebelum system ultra filter harus ada, agar partikel tidak langsung menutup permukaan ultra filter membrane.

Pretreatment untuk RO sering menggunakan ultra filter membrane.  Ultrafiltrasi membrane menghilangkan sebagian besar partikel yang mengotori RO, serta koloid, bakteri berbahaya, sebagian besar virus, dan parasit seperti cryptosporidium dan giardia. RO menghilangkan bakteri dan virus yang tersisa, garam terlarut, organik terlarut, warna, rasa, dan bau.

Apa Saja Jenis Ultrafiltrasi Membrane?

Jenis membrane ultra filter dibagi berdasarkan material dan ukurannya.  Ultra filtersystem akan menggunakan jenis ultra filter membrane berbeda, tergantung pada aplikasi dan air baku.  Sementara pemilihan terhadap dimensi ukuran, tentunya berhubungan dengan rencana kapasitas yang akan direncanakan.

Jenis Material Ultrafiltrasi Membrane

Beberapa manufaktur membrane ultrafiltrasi menawarkan berbagai macam jenis ultrafiltrasi membrane.  Penggunaan jenis ultra filter membrane yang berbeda mempunyai tujuan agar cocok dengan aplikasinya.  Misalnya, aplikasi ultra filteruntuk menurunkan turbiditas pastinya akan berbeda dengan ultra filter membrane untuk aplikasi air kotor.

Beberapa jenis ultrafiltrasi membrane berdasarkan materialnya, yaitu PES, PAN dan PVDF.  Beberapa jenis membrane ultra filter yang dikembangkan untuk aplikasi ultrafiltrasi adalah sebagai berikut :

Dimensi Membrane Ultrafiltrasi

Dimensi Ultrafiltrasi membrane terkadang tidak mempunyai standarisasi antara merk membrane dari beberapa vendor Manufaktur.  Pengamatan tim Mapurna, hampir sebagian besar berbeda dan terkadang ketika dilakukan pergantian harus menyesuaikan dimensi input dan output.  Mengganti ultra filter membrane pada ultrafiltrasi plant terkadang tidak bisa melakukan dengan merek berbeda. Apabila mengganti membrane RO atau membrane nanofiltrasi, dari merek apa pun akan cocok.

Beberapa ukuran ultrafiltrasi membrane diantara-Nya : 4040, 1060, 8040, dll.

ultrafiltrasi membrane
Membrane Ultrafiltrasi PVDF Series

Bagaimana Cara Kerja Ultrafiltrasi System?

Cara kerja sistem ultrafiltrasi tentunya dipengaruhi beberapa faktor, yang umum adalah jenis air bakunya.  Jenis air baku akan menyebabkan sistem ultra filter menyesuaikan tekanan operasional ultrafiltrasi membrane.

Kecepatan aliran (flow velocity) aliran jika sangat penting untuk air baku yang mengandung minyak  atau suspended (endapan).  Jika alirannya lebih tinggi, berarti konsumsi energi lebih tinggi dan pompa lebih besar.

Umumnya kecepatan aliran optimal dicapai dengan pengaturan yang sesuai antara Tekanan Pompa dan Kapasitas Permeate (permeate flow).

Flow Diagram Sistem Ultrafiltrasi
Flow Diagram Sistem Ultrafiltrasi

Tekanan Operasional

Permeate flow  berbanding lurus dengan tekanan yang diberikan ke ultrafiltrasi membrane.  Tetapi tentu meningkatkan tekanan agar memperoleh hasil yang tinggi akan menimbulkan risiko ultrafiltrasi membrane mampat.  Disamping itu, struktur membrane ultrafiltrasi tidak melebihi 100 psi dan bahkan tekanan operasional umumnya sekitar 50 psi.

Start – Up Pertama Kali Sistem Ultrafiltrasi

Pada saat awal pertama kali (startup) modul ultrafiltrasi membrane harus disiram (dibilas) terlebih dahulu menggunakan air bersih, untuk menghilangkan sisa bahan kimia atau udara yang terperangkap.  Flush ini hanya di bagian luar serat dan tidak membuat filtrat apa pun. Setelah flush, bisa menempatkan modul pada posisi mode operasi.

Siklus operasi biasanya 20 hingga 60 menit.  Model Dead-End merubah air umpan seluruhnya 100% menjadi air hasil. Pada akhir waktu yang telah ditentukan sebelumnya, siklus backwash dimulai.

Operational dan Pemeliharaan Sistem Ultrafiltrasi

Operasional dan pemeliharaan sistem ultrafiltrasi hampir sama dengan sistem reverse osmosis dan nanofiltration. Mencatat data harian atau data berkala dalam “Log-Sheet” menjadi keharusan. Data harian mencatat parameter permeate flow, inlet pressure, outlet pressure, juga catatan adanya penurunan pressure.

Membersihkan membrane ultrafiltrasi saat flow kapasitas menurun, adalah kegiatan berkala pemeliharaan. Apabila kapasitas menurun 10 – 20% segera melakukan pembersihan membrane.  Kemungkinan yang sering terjadi adalah ketika, ada masalah pada prefilter (jika ada), solenoid/valve yang tertutup atau dengan pompa air umpan sudah lemah.

Ketika terjadi menon-aktifkan ultrafiltrasi sistem lebih 2 hari, maka kemungkinan mikro biologi akan tumbuh. Untuk itu pastikan, sebelum dipakai airnya di flushing agar tidak masuk ke tangki produk.

Membrane Mampat (Fouling)

Selama penyaringan, kontaminan akan terbentuk di ultrafiltrasi membrane. Untuk menghilangkan penumpukan kontaminan, maka memerlukan backflush dan CIP. Beberapa kontaminan dapat lepas dengan cara backwash.  Namun Pengotoran lainnya harus dibersihkan dengan prosedur CIP berkala.

Design dan Perhitungan Ultrafiltrasi System?

Design sistem ultrafiltrasi yang baik tentunya harus dilakukan oleh tim atau personal yang sudah mengerti.  Serta mengumpulkan data – data yang mendukung perencanaan.

Untuk menentukan kinerja modul ultrafiltrasi membrane, Anda harus memiliki yang berikut instrumentasi:

  • Feed Pressure
  • Concentrate Pressure
  • Filtrate Pressure
  • Filtrate Flow Rate
  • Concentrate Flow Rate (Crossflow)

Selain itu, instrumentasi berikut harus mencakup sistem ultrafiltrasi juga:

  • Feed Turbidity
  • Feed Temperature
  • Total Filtrate Flow Rate
  • Total Filtrate Turbidity
  • Backwash Pressure
  • Backwash Flow Rate
  • Cleaning Flow Rate
  • Cleaning pH
  • Cleaning Temperature

Flux Rate Menentukan Design Ultrafiltrasi

Kualitas air umpan akan menentukan nilai flux rate, beberapa vendor menyarankan menggunakan membrane flux rate 60-80 L / m2.hr.

Namun, dapat juga memilih modul ultrafiltrasi membrane yang memiliki sifat anti-fouling yang tinggi dan merancang fluks yang lebih tinggi daripada 80L / m2.hr, sehingga sistem dapat berjalan pada tingkat fluks yang lebih rendah bahkan ketika kualitas air umpan turun secara dramatis.

Dibawah ini tabel beberapa contoh nilai flux rate dari sumber air bakunya :

Flux Rate Sumber Air Baku

Jenis Sumber Turbidity TOC Flux
(NTU) (mg/L) GFD/lmh)
PAM <0.5 <1 85/145
Air Bor 0~5 <5 75/128
Alr Permukaan 2~5 3 50/85
5~15 3 40/68
15~50 <10 32/55
50~100 <10 32/55
Air Laut <5   60/102

Operation Mode Sistem Ultrafiltrasi

Ketika air baku adalah air sumur atau air PAM dan kekeruhan lebih rendah dari 5, COD lebih rendah dari 10, maka mode “DEAD END” bisa dipilih. Ketika menggunakan air umpan dari air permukaan atau sedimentasi lebih tinggi, maka memilih mode “CROSS FLOW” lebih baik.
Ketika air umpan memiliki kekeruhan10, atau COD 50, maka cross flow harus ditambah dengan kimia cleaning (CEB) secara terus menerus.

Type ultrafiltrasi Membrane

Modul Ultrafiltrasi membrane yang terbuat dari diameter kapiler membran yang lebih besar biasanya menawarkan sifat anti-fouling yang lebih baik, dan lebih cocok untuk air umpan yang tercemar lebih tinggi.

Vendor menyarankan untuk memilih ultrafiltrasi membrane diameter kapiler lebih besar untuk air yang lebih kotor, dan lebih pendek dimensinya. Ketika menggunakan sumber air dari PAM atau air sumur, maka memilih ukuran dalam 0.9.

Engineer dapat memilih membrane yang mempunyai kemampuan anti fouling lebih tinggi. Sehingga memilih membrane ini mendapatkan tingkat flux rate lebih besar. Kapiler berdiameter lebih besar biasanya dibuat lebih kuat dan bertahan lebih lama dalam kondisi operasi yang sama.

Design Aplikasi Software Sistem Ultrafiltrasi

Untuk memudahkan perhitungan dan simulasi design sistem ultrafiltrasi, beberapa vendor memberikan software gratis yang bisa digunakan oleh engineer.  Penggunaan software tidak saja untuk desain, namun menghitung juga biaya operasional.  Sehingga investasi yang berhubungan dengan capex dan Opex sudah bisa di asumsikan untuk jangka panjang.

Dibawah ini contoh penggunaan software untuk merencanakan sistem ultrafiltrasi dari salah satu merk membrane ultrafiltrasi :

Software Design Sistem Ultrafiltrasi

Dimana Sistem Ultrafiltrasi Digunakan?

Sistem Ultrafiltrasi tentunya bisa digunakan pada bermacam – macam aplikasi, namun tentunya tergantung jenis ultrafiltrasi membrane yang disesuaikan.  Beberapa aplikasi umum dari teknologi ultrafiltrasi meliputi:

JENIS INDUSTRI APLIKASI
Water treatment Feed pretreatment for pure, ultra pure and RO water in electronic industry
For Boiler Make-up water
Wastewater reclamation; potable water production
Bacteria free, pyrogens-free water for injection in medical industry
Bacteria free pure water for cosmetic and beverage uses.
Integrated with bioreactor to treat all kinds of wastewater Wastewater treatment and reclamation in dextrin manufacture;
Treatment and reclamation of wastewater containing sugar;
Wastewater treatment of plating manufacture; oil-containing wastewater treatment;
Oil emulsion wastewater treatment and reclamation;
Treatment and reclamation of wastewater containing oil/fat.
Treatment and reclamation of wastewater containing PVA in textile industry; colored and dye-containing wastewater treatment and reclamation;
Wastewater treatment of photo processing industry and printing industry;
Wastewater treatment and recovery of electrophoretic coating
Wastewater treatment in paper manufacture or radioactive
Wastewater Treatment & reclamation
Food industry Recovery of whey protein and concentration of skim milk in dairy industry;
Clarification, bacteria removal and ripening acceleration of wine; Bacteria removal, clarification and de-coloration of soy sauce and vinegar;
Purification of fermentation solution, and clarification and concentration of fruit juice;
Concentration of gelatin;
Recovery of sugar from sugary water.
Medical industry Purification of antibiotics and interferon (IFN)
Removal of pyrogens from water for injection
Treatment of blood plasma, and high molecular weight biopolymer; concentration of ascites
Separation, concentration and alcoholization of protein and enzymes
Extraction and purification of Chinese herb medicines
Machining Industry Prolongation of residence time of electrode position paint solution
Separation of emulsion oil/water solution
Treatment of degreasing solution
Recovery of electrocoat paint

Apa Yang Dihilangkan Sistem Ultrafiltrasi

Sistem ultrafiltrasi adalah filter super halus yang mengurangi partikel 5.000 kali lebih kecil dari rambut manusia. Ultrafiltrasi memberikan pengurangan 90-100% pada kontaminan ini.

Di bawah ini adalah beberapa unsur yang bisa dihilangkan oleh sistem ultrafiltrasi.

Elemen Mereduksi Sebagian Besar Mereduksi Sedang Mereduksi Minimal
Algae   x  
Arsenic     x
Bakteri x    
Benzene x    
Klorida   x  
Chlorine x    
Tembaga   x  
Crypro x    
flouride     x
Timah   x  
Merkuri   x  
Nitrate     x
Pesitisida x    
Karat x    
Garam     x
Sulfate     x
Rasa dan Bau x    
Virus x    

Kapan Ultrafiltrasi Membrane Diganti

Membran UF memiliki masa pakai 3 – 5 tahun (note : ada informasi manufaktur bisa berfungsi sampai 7 tahun), tetapi akan membutuhkan pemeliharaan berkala seperti cleaning membrane. Serta perlunya pemeliharaan prefilter seperti bag filter maupun cartridge filter sebelum masuk ke ultrafiltrasi membrane, untuk mencegah partikel besar memasukinya.

Apakah Membrane Ultrafiltrasi Menurunkan TDS

Ultrafiltrasi pada umumnya tidak menurunkan TDS secara mutlak, tetapi secara relatif akan menurunkan 90% TDS.  Seperti yang di sebutkan diatas bahwa membrane ultrafiltrasi hanya mengurangi mikro bilogi, bakteri, partikel dan suspended solid.

Kelebihan dan Kekurangan Sistem Ultrafiltrasi

Dibawah ini kelebihan dan kekurangan sistem ultrafiltrasi, yang tentunya akan bervariatif tergantung air baku dan aplikasi yang digunakan.

Kelebihan Ultrafiltrasi Membrane :

  • Ukuran pori mikron 0,03 untuk menghilangkan bakteri (>6 pengurangan log), virus (>2,5 pengurangan log), dan partikel (<2,5 SDI)
  • Ultrafiltrasi menghasilkan kualitas produk yang konsisten, dengan turbidity kurang dari 0.1 NTU dan SDI kurang dari 2.5.
  • System Dead End, artinya semua air umpan akan melewati membran. UF mempunyai recovery hingga 95%, karena bisa memanfaatkan air backwash untuk air baku atau lainnya.
  • Ultrafiltrasi dapat menggantikan pretreatment media (pada air umpan yang relatif bersih), sehingga air umpan akan lebih berkualitas.
  • Filtrate flux at max 30 psi transmembrane pressure – 24 -70 gfd (gallons/sq.ft./day)
  • Hollow fiber membrane mempunyai toleransi temperatur yang lebar mulai 1 to 40°C
  • Feed pressure 4 to 90 psi
  • pH range 6-9 (2-11 max for cleaning)
  • Ultrafiltrasi membrane mempunyai toleransi unsur chlorine 200 ppm max. System design bisa menggunakan automation maupun manual.

Kekurangan Ultrafiltrasi Membrane :

  • Pada kualitas air jelek, membersihkan membrane ultrafiltrasi akan semakin sering.
  • Kelebihan tekanan pompa akan menyebabkan kerusakan membrane ultrafiltrasi.
  • Untuk mencegah partikel besar, sebaiknya memasang bag filter dan automatic screener dengan micron 100 – 300.

Kesimpulan:

  1. Ultrafiltrasi akan terus berkembang dengan beberapa aplikasi yang sudah ada. Untuk prinsip dasar mengenai kesesuaian jenis membrane dan aplikasinya akan membuat design perencanaan menjadi tepat guna.
  2. Pretreatment modern sering menggunakan ultrafiltrasi sebagai pretreatment RO. Beberapa aplikasi post filtration juga menggunakan Ultrafiltrasi.

CONTACT

Mempunyai Project Untuk Kami ?

Visit Survey dan Preliminary desain juga draft quote.

Sales Tim

SUPPLY & PROJECT

+21 8274 7811

+0811 189 122

sales@mapurna.id

Senin. - Jumat. 08:00 - 17:00

Bekasi, JaBar

Send message