Reverse Osmosis: Memahami Sistem dan Cara Kerjanya

Sesungguhnya pengertian reverse osmosis adalah proses osmosis dengan arah terbalik atau osmosis balik. Secara alami proses osmosis adalah proses aliran air yang bergerak dari larutan garam rendah ke larutan garam konsentrasi tinggi.

Sebaliknya cara kerja reverse osmosis adalah larutan garam konsentrasi tinggi bergerak mengalir ke konsentrasi rendah.  Pemaksaan ini karena adanya pompa tekanan tinggi, yang membalikkan aliran.  Isitlah inilah yang disebut “reverse” (kebalikan).

Makna lainnya reverse osmosis adalah air yang berkonsentrasi tinggi akan melewati pori – pori membran yang ukurannya kecil.  Ukuran membran hanya 0,0001 micron, sehingga hanya partikel lebih kecil dari 0,0001-micron saja bisa melewati.

Aliran air pada system reverse osmosis adalah air yang menembus pori-pori adalah air PERMEATE (air hasil), sedangkan yang tidak bisa menembus pori-pori adalah air CONCENTRATE (air buangan).  Dari proses osmosis balik ini tidak semuai air yang masuk ke membran menjadi air hasil, melainkan sebagian akan keluar.

Hasil dari pengolahan system RO disebut air reverse osmosis, yaitu air yang sudah hilang mineralnya sejumlah 98 – 99%.  Air ini mempunyai mineral rendah, juga rendah mikrobiologi.

Hampir sebagaian besar mikro biologi dan virus akan hilang pada air hasil reverse osmosis.  Hal ini disebabkan karena ukuran pori – pori membran sangat kecil, dan lebih kecil dari ukuran bakteri dan virus.  Oleh sebab itulah unsur mikro biologi menjadi rendah bahkan hilang, dan air aman untuk di konsumsi.

Karena mineralogi rendah, maka air reverse osmosis bisa digunakan untuk beberapa aplikasi.  Rendahnya mineral dalam air bisa dilihat dari nilai TDS atau nilai konduktivitasnya.  Semakin kecil maka mineralnya semakin rendah, rata – rata air PDAM setelah menggunakan RO system berkisar 2 – 5 ppm.

Namun kualitas pengolahan system reverse osmosis untuk air laut, masih menyisakan sebagian besar mineral.  Walaupun demikian air hasil sistem RO ini sudah tidak asin lagi, karena TDS berkisar 200 – 500 ppm.

Istilah RECOVERY pada reverse osmosis adalah persentase jumlah air yang menjadi air hasil.  Misalnya recovery 60% artinya, hanya 60% air baku yang akan menjadi air hasil (permeate), sementara 40% sisanya akan menjadi air buangan (rejection).

Jika air baku cukup bagus masuk ke RO sistem, maka air buangan masih bisa memanfaatkan kembali untuk kebutuhan air lainnya.  Seperti air mandi, air cuci mobil, air siram tanaman, dll.

Air rejection ini bukanlah limbah berbahaya, hanya nilai TDS yang lebih tinggi.  Namun pada system reverse osmosis untuk pengolahan limbah dengan TDS tinggi, maka pada air concentrate mengandung TDS yang lebih tinggi lagi.

Persentase rejection sistem system RO bekisar 98 – 99%.  Ini artinya 98% mineral dalam air akan hilang, hanya tersisa 2%.  Apabila ingin menghitung berapa TDS yang akan menjadi air hasil, jawabannya adalah 2% dari TDS air bakunya

Proses RO Sistem akan menghasilkan dua aliran air, yaitu air permeate dan air concentrate.  Apakah yang disebut dengan Permeate Reverse Osmosis?  Air Permeate adalah istilah yang mempunyai persamaan dengan Air Hasil atau Air Produk.

Persentase air permeate reverse osmosis adalah sebesar 40 – 70%, tentu hal ini tergantung dari desain sistemnya.  Desain sistem akan tergantung besarnya TDS air baku.  Pada pengolahan air laut, besarnya recovery hanya sekitar 25 – 35%, artinya air permeate jauh lebih sedikit dari air buangannya.

Proses reverse osmosis pada sistem double pass akan menghasilkan air permeate dengan kualitas yang lebih bagus.  Serta besarnyanya recovery mencapai 70 – 80%, hal ini karena faktor air inputnya sudah rendah TDS airnya.

Nilai TDS air permeate juga jauh lebih rendah dari air bakunya, sebagai contoh air baku dari PDAM akan menghasilkan TDS di bawah 10 ppm.  Sedangkan jika menggunakan air laut, maka permeate reverse osmosis sekitar 250 – 400 ppm.

Komponen utama system reverse osmosis adalah membran, dimana jumlah akan tergantung dari rencana kapasitas dan jenis air bakunya.  Semakin tinggi TDS air baku, maka akan semakin banyak membutuhkan membrane.

Ukuran membrane dan jumlahnya yang akan digunakan pada desain system RO, akan berpengaruh terhadap jenis vessel.  Pada umumnya untuk kebutuhan yang higienis, maka akan menggunakan vessel dari stainless steel.  Sedangkan untuk air asin, akan menggunakan material vessel dari fiber glass (FRP).

Berdasarkan kapasitasnya, RO sistem dibedakan menjadi komersial dan industri.  Untuk kapasitas komersial cenderung menggunakan ukuran 4 inch, sedangkan kapasitas industri 8 inch.

Beberapa merk membran untuk system reverse osmosis di antaranya Filmtec, Hydranautics, dan beberapa merk lainnya adalah LG Membrane, Keensen dan lainnya.

Perhitungan jumlah membrane untuk reverse osmosis system bisa menghitungnya dengan software seperti ROSA, Hydracap, Wave dan lainnya, seperti contoh di bawah ini.

Skid frame berfungsi agar bisa meletakkan seluruh komponen reverse osmosis, juga sistem kabel dan pemipaannya.   Material untuk skid frame biasanya terbuat dari struktur baja maupun dari stainless steel.  Untuk area yang korosif, sebaiknya menggunakan ketebalan cata yang memadai.

Aplikasi reverse osmosis system untuk kebutuhan air minum, farmasi, kosmetik, serta area korosif lebih baik stainless steel SS – 304 atau SS – 316.  Tujuannya adalah menghindari adanya karat pada unit,  dan low maintenance tidak perlu mengecat di kemudian hari.

Dimensi skid frame sangat bervariasi tergantung kapasitas desain RO system.  Misalnya kapasitas lebih kecil 1000 liter per jam, menggunakan dimensi vertikal.  Sedangkan untuk kapasitas lebih dari 5000 liter per jam dimensinya horizontal, dengan ukuran 300 (P) X100 (L) X 150 (T) cm.

Skid frame sistem RO menjadi faktor yang perlu dipertimbangkan kekuatannya, ketika menggunakan pompa yang memiliki vibrasi tinggi.

Sebagian besar reverse osmosis system menggunakan housing filter yang di dalamnya berisi filter Cartridge.  Filter ini berfungsi agar membran bersih dari lapisan partikel, sehingga berpotensi merusak membran.

Jumlah dan jenis cartridge filter sistem RO sangat bervariasi, misalnya ukuran 10 inch, 20 inch, 30 inch dan 40 inch.  Pada sistem kecil, misalnya 600 – 1200 gpd hanya membutuhkan 1 buah filter cartrdige ukuran 10 inch.  Namun kapasitas besar, misalnya 30 M3/Jam akan membutuhakan 15 buah filter ukuran 30 inch.

Hampir sebagian besar system reverse osmosis menggunakan filter cartridge dengan pori – pori 5 micron.  Dari riset dan pengalaman internasional, bahwa ukuran 5 micron sudah mewakili sistem dengan baik.

Terkadang memasang ukuran yang lebih kecil misalnya 1 micron, akan menyebabkan cartridge lebih sering mampat dan drop.  Lebih baik jika menambahkan ukuran 10 atau 25 micron sebelum 5 micron.

Pompa tekanan tinggi (high pressure pump) adalah faktor kunci agar air bisa menembus pori – pori  membran. Sangat penting memastikan sistem RO mempunyai pompa dengan kekuatan tekanan yang cukup.  Apabila tekanannya rendah, menyebabkan air permeate kecil dan kualitasnya juga buruk.

Dengan memberikan tekanan pompa semakin tinggi, maka akan mendapatkan flow hasil yang lebih banyak.  Namun peningkatannya tentu ada batasnya, yaitu sesuai dengan kapasitas maksimum per membrane.

Beberapa merk pompa tekanan tinggi yang umumnya dipakai dalam reverse osmosis jenis komersial dan industri adalah : Grundfos, Lowara, Calpeda, CNP.  Namun untuk tekanan tinggi dalam aplikasi pengolahan air laut, biasanya menggunakan merek Fedco, Catpump, Danfoss dan lainnya.

Harga pembelian pompa untuk sumber air laut jauh lebih tinggi dari air biasa.  Apalagi jika RO sistem menggunakan material yang sangat baik seperti stainless steel duplex.

Electronic Panel control pada RO sistem berfungsi untuk mengatur komponen elektrik dan instrumentasi.  Unit ini biasanya menempel pada unit reverse osmosis system.  Panel control bisa menggunakan sistem yang sederhana, atau bisa juga dengan desain yang kompleks.

Pada desain RO system lebih kompleks dengan tujuan mengurangi operator, maka intrumentasi akan di control oleh sistem PLC (program logic controller) yang dilengkapai HMI (human machine interface).

Panel Control akan mengatur low pressure switch, high pressure switch, solenoid, pompa feed, pompa booster, pressure transmitter, dll.  Juga terkadang control terhadap water level pada tangki air baku dan tangki produk.

Jika reverse osmosis system merupakan bagian di dalam water treatment plant, maka akan menggunakan panel control lainnya.  Sehingga dalam satu plant akan menggunakan 1 unit panel control induk (main panel) dan di tambah 4 – 6 panel control sistem lainnya.

Fungsi reverse osmosis sebagai alat pemurnian air adalah sudah sangat ‘proven” penggunaannya.  Artinya sudah banyak yang menggunakan sebagai pemurnian air atau demineralisasi.

Selama proses pada sistem RO, sebagian besar garam, bakteri, dan bahan organik yang ada dalam air umpan “ditolak” oleh membran.  Material atau komponen ini yang merupakan kontaminan dalam air yang masuk, menjadi “terkonsentrasi” dan terpisah dari air murni yang menembus membran.

Selain untuk air minum, fungsi RO sangat efektif dalam memurnikan air, mampu menghilangkan hingga 99% bahan terlarut yang ada dalam sumber air umpan. Untuk kebutuhan air murni tingkat lebih tinggi, maka sistem RO saja tidak cukup.  Sehingga dibutuhkan sistem satu tahap lagi yaitu Elektrodeionisasi.

Dalam teknologi demineralisasi, maka sistem RO sangat efektif menurunkan mineral tanpa menggunakan bahan kimia.  Sehingga bisa berfungsi menggantikan sistem ion exchane yang menggunakan kimia.

Penggunaan teknologi reverse osmosis untuk pengolahan limbah sangat jarang di publikasi.  Padahal saat ini salah satu sistem yang populer untuk menurunkan TDS air effluent pada limbah adalah dengan menggunakan sistem RO ini.

Limbah dari hasil pengeboran minyak biasanya mempunyai TDS yang tinggi sekitar 12.000 – 30.000.  Tentunya air limbah ini tidak bisa membuangnya di saluran terbuka.  Untuk itu membutuhkan sistem pengolahan limbah, yang di dalamnya menggunakan reverse osmosis system.

Beberapa badan lingkungan hidup di daerah menetapkan ambang batas TDS yang boleh masuk ke saluran terbuka adalah maksimum 4000 ppm.  Untuk itu penggunaan dengan RO system akan membantu memecahkan masalah tersebut.

Kasus lainnya juga ada pada pengolahan textile dan industri lainnya, yang mempunyai TDS air limbah melebihi ambang batas untuk di masukkan ke saluran terbuka.  Tentu menggunakan reverse osmosis system akan memecahkan permasalahan membuang limbah dengan aman.

Fungsi multimedia filter adalah untuk menghilangkan unsur partikel air baku, sebelum dialirkan masuk ke dalam system reverse osmosis.  Partikel tersebut tidak boleh ada di dalam air baku, karena akan menutup permukaan membrane.

Dengan menurunnya jumlah partikel dalam air, maka turbiditas (kekeruhan) air semakin baik.  Dalam system RO di kenal dengan istilah SDI (silt density index).

Filter multimedia hampir selalu ada di dalam pemasangan RO sistem, apalagi jika untuk sistem air kotor.   System reverse osmosis berfungsi untuk menurunkan mineral, untuk jangan fungsinya menjadi filter.  Maksudnya adalah membran tidak boleh menyaring kotoran, dalam hal ini TSS atau partikel.

Pemasangan multimedia filter adalah sebagai pretreatment system reverse osmosis.  Pada urutan pemasangan pretreatment, biasanya ada sebelum filter carbon dan water softener.  Tangki filter bisa menggunakan material FRP, Stainless maupun mild steel.

Untuk sistem operasional, multimedia filter bisa menggunakan sistem Manual atau Otomatis.  Apabila jumlah teknisi terbatas untuk operasional, sebaiknya menggunakan sistem otomatis.

Filter Carbon Active berfungsi untuk menurunkan kadar organik dalam air.  Selain itu, khusus air  baku yang mengandung kaporit seperti PAM, mengharuskan untuk menurunkan atau menghilangkan kadar kaporitnya.

Ketika menggunakan bahan baku dari PAM, maka pemilihan jenis media carbon aktif harus sangat selective.  Terdapat 2 jenis material karbon aktif, yaitu dari bahan kelapa (coconut base) dan batu bara (coal base).

Gunakanlah material yang coal base jika menggunakan sebagai pretreatment reverse osmosis system.  Alasannya adalah mengurangi serbuk carbon aktif, dari pada menggunakan coconut base.  Beberapa system menggunakan merk seperti merk Calgon, Haycarb, dll.

Dalam hal operasional, filter carbon mempunyai dua optional yaitu sistem manual atau  otomatis.  Sistem manual yaitu melakukan operasional back wash dengan menggunakan “tuas handle valve”.  Sedangkan yang otomatis bisa menggunakan valve otomatis.

Filter ini adalah bagian menyeluruh dalam water treatment plant, untuk itu perhatikan cara pemeliharaannya dengan mengganti media 1.5 – 2 tahun sekali.

Sistem RO membutuhkan air yang “Soft” artinya tidak boleh unsur calcium berlebihan di air baku.  Agar kualitas air baku calciumnya rendah, maka harus menggunakan water softener.

Pada desain reverse osmosis yang besar (lebih dari 10 M³/jam), penggunaan softener akan dilema karena harus menyiapkan garam regenerasi.  Untuk itu pada RO sistem kapasitas ini lebih baik menggunakan dosing kimia antiscalant.

Apabila air bakunya cukup bagus (air gunung) atau PDAM, maka pengalaman tim bahwa bisa mengabaikan penggunaan water softener.  Namun, hanya untuk kapasitas kecil, misalnya di bawah 1000 liter/jam

Cara kerja reverse osmosis semakin baik, tentu jika masalah kapur bisa menurunkannya.  Pada bidang farmasi, system RO yang menggunakan kimia anstiscalant sering kali menjadi issue.  Hal ini karena adanya bahan kimia yang di masukkan ke dalam aliran, walaupun sesungguhnya kimia ini sudah NSF grade.

Pertimbangan tidak boleh menggunakan antiscalant adalah, ada beberapa industri di farmasi atau air minum tidak menggunakan bahan kimia

Apa yang dimaksud dengan DEKLORINASI?  Deklorinasi adalah cara untuk menghilangkan kadar Chlorine (note : mirip kaporit) dalam air.

Kondisi ini umumnya ada pada reverse osmosis dari air laut.  Pada umumnya air baku dari air laut yang sifatnya “open surface” mengandung banyak mikrobiologi.  Untuk itu agar jumlah mikrobiologinya berkurang maka membutuhkan Klorinasi mikrobiologi tersebut.

Secara teori umumnya membrane dengan material TFC tidak tahan terhadap chlorine, hal ini akan menyebabkan membrane rusak (failure).  Untuk itu perlu menambahkan cara untuk menghilangkan unsur chlorine tersebut, yang selanjutnya disebut deklorinasi.

Berdasarkan uraian di atas, maka system RO membutuhkan deklorinasi atau “menghilangkan residu chlorine”.  Proses deklorinasi ini sama juga menggunakan bahan kimia yang di injeksi dengan dosing pump.  Dosing tersebut menggunakan bahan kimia sodium metabisulfit