Solusi Sumber Air Bersih dengan cara Mengolah Air Laut Menjadi Air Tawar dengan Metode Osmosis Balik (Reverse Osmosis)

Pengertian Sistem Osmosis Balik

Osmosis balik atau reverse osmosis (RO) adalah suatu sistem atau alat yang canggih yang dapat digunakan untuk mengolah air laut menjadi air tawar yang siap diminum. Kecanggihan teknologi ini sudah dirasakan di banyak negara seperti Amerika, Jepang, dan Arab. Teknologi canggih ini pun sudah seharusnyalah dikembangkan di Indonesia karena mengingat sedang terjadinya krisis air bersih di Indonesia sedangkan Indonesia sendiri merupakan negara kepulauan yang mempunyai laut yang luas yang seharusnya bisa dimanfaatkan.

Cara kerja alat ini yaitu dengan memberikan tekanan terhadap air laut, sehingga memaksa molekul-molekul air murni menembus suatu membran semipermeabel, sedangkan sisanya berupa garam larut, bahan-bahan organik, dan  bakteri pun akan ditolak (rejeksi).

Osmosis balik ini dioperasikan secara berlanjut. Kemurnian air yang dicapai hingga 99% dengan tingkat produksi yang tinggi. Osmosis balik  merupakan cara paling murah untuk menawarkan pemurnian air laut. Keuntungan metode ini adalah kemurnian air yang dihasilkan sangat bagus, menghemat tempat, dan menghemat energi.

Potensi

Potensi yang dapat diambil dari penerapan teknologi ini berupa nilai tambah sebagai hasil dari pengembangan 

dan rekayasa komponen utama unit RO. Adapun macam-macam komponen yang mungkin masih dapat dikembangkan di Indonesia adalah:

1. Studi membran semipermeable yang mengarah pada produksi local. Jantung filter dari sistem RO adalah terletak pada teknologi membrane. Saat ini teknologi membrane belum dapat diproduksi di Indonesia, hal ini disebabkan karena kita belum menguasai teknologi tersebut terutama untuk skala produksi. Untuk itu perlu segera dilakukan transfer teknologi pembuatan membran semipermeable dari negara lain.
2. Fabrikasi pretreatment dan filter. Pretreatment atau pengolahan awal mempunyai peranan yang sangat penting dalam pengolahan air ini. Air asin sebelum masuk pada unit RO harus diolah terlebih dahulu. Syarat air baku sebelum masuk ke unit utama harus tidak boleh kruh, tidak boleh berwarna, tidak berbau, kandungan zat besi/mangan kurang dari 0,01 ppm. Berdasarkan kriteria tersebut maka pengolahan tingkat awal menjadi hal yang begitu penting, sehingga peranan fabrikasi oleh perusahaan lokan akan menunjang penerapan teknologi ini. Untuk fabrikasi pembuatan pretreatment dan filter dapat dibuat dengan bahan dari “stainless stell”, paralon maupun “fiber glass”.
3. Fabrikasi media. Media filter sangat diperlukan sebagai media filter. Media filter biasanya terdiri dari pasir silica, mangan aktif dan karbon aktif. Teknologi untuk mengolah media tersebut sudah dikuasai oleh bangsa Indonesia. Sumber bahan yang dapt diolah menjadi media filter juga banyak terdapt di Indonesia.
4. Industri perakitan. Untuk menghasilkan 1 unit RO diperlukan beberapa komponen dasar yang terdiri dari: (1) Casis, (2) Pompa Tekanan Tinggi, (3) Modul Membran Tabung, (4) Pipa Fleksibel, (5) Panel Listrik, (6) Flow Meter, (7) Velve, dan (8) Komponen pendukung lain, dirakit dalam suatu industry perakitan. Pada industri semacam itu paling tidak diperlukan beberapa orang ahli yang mengetahui dasar teknik mesin dan listrik. 

Pohon Komoditi

Gambar 1. Pohon Komoditi Sistem Pengolahan Air Berdasarkan Kadar Salinitas

Gambar 1 di atas menunjukkan pohon komoditi sistem pengolahan air berdasarkan kadar salinitas (kegemaran terlarut) dalam air baku. Batas kelarutan garam dalam air baku untuk standar air minum adalah DHL = 400 – 1250 mmhos dan CI = 600 ppm. Pembagian kualitas air berdasarkan kadar salinitas air adalah: (1) Air Tawar (DHL < 1250 mmhos); (2) Air Payau (DHL 1250 – 12.000 mhos) dan Air Asin > 12.000 mmhos), sehingga untuk menentukan jenis teknologi yang akan digunakan salah satunya ditentukan oleh kadar salinitas tersebut.

Bahan

Bahan Utama

Komponen utama unit RO dibagi menjadi 4 macam yaitu:

Pengolahan Tingkat Awal

Komponen RO

Komponen Desinfeksi dan Tangki Penampung Air Minum

Pembangkit Listrik

Bahan Tambahan

Bahan tambahan yang diperlukan dalam operasional unit pengolah air sistem RO anatara lain Kalium Permanganat (KMnO₄), Anti Scalant, Anti Fouling, dan Anti Bakteri. Kalium Permanganat digunakan sebagai bahan oksidator terhadap zat besi, mangan, dan bahan organic dalam air baku.

Tahapan

Untuk membuat suatu alat pengolah air sistem RO persiapan yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Analisis kualitas air baku: Hasil analisa kualitas air sangat menentukan jenis teknologi yang akan dipakai serta biaya yang akan dikeluarkan untuk mendesain alat. Jika air baku yang akan digunakan mempunyai kualitas yang jelek sudah dapat dipastikan bahwa biaya yang akan dikeluarkan banyak. Sebagai contoh jika kualitas air baku mempunyai TDS di atas 35.000 ppm maka jenis membran yang dipakai harus membran untuk air asin, pompa tekanan tinggi yang digunakan tentu saja harus besar sehingga biaya yang diperlukan menjadi besar.
2. Desain dan rencana: Desain dan rencana dibuat berdasarkan data kualitas air dan permintaan dari user. Rancangan unit  pengolahan air dituangkan ke dalam gambar desain untuk memudahkan pengerjaan di bengkel dan lapangan. Besar kecilnya desain rancangan unit pengolahan air dibuat berdasarkan pesanan. Kapasitas yang pernah dibuat adalah 2 m³/hari, 7,5 m³/hari, dan 10 m³/hari. Meskipun kapasitas yang pernah dibuat masih tergolong kecil akan tetapi pernah merancang sampai kapasitas 3 liter/detik.
3. Perakitan dan Instalasi: Pada tahap perakitan ini dibagi menjadi 3 bagian yaitu: (1) Perakitan Pretreatment, (2) Perakitan Unit RO, (3) Perakitan sistem elektrik dan pendingin.
4. Pemasangan di lapangan: Unit RO dipasang pada bangunan yang telah dipersiapkan terlebih dahulu. Bangunan tersebut berupa rumah RO dan Genset. Jaringan distribusi dan bangunan bak penampung.

Gambar 2. Tahap Pelaksanaan Instalasi

Metodologi

Jika air murni dan larutan garam dipisahkan oleh selaput semipermeabel maka akan terjadi aliran yang mengalir dari zat cair dengan konsentrasi rendah menuju ke air garam (larutan air yang mengandung kadar garam tinggi) yang mempunyai konsentrasi tinggi. Aliran air melalui selaput semipermeabel tersebut dapat berlangsung karena adanya tekanan osmosis. Jika tekanan dilakukan sebaliknya yaitu air garam diberikan suatu tekanan buatan yang besarnya sama dengan tekanan osmosis, maka yang terjadi adalah tidak ada aliran dari air ke air garam atau sebaliknya.

Faktor yang mempengaruhi besar kecilnya tekanan osmosis adalah konsentrasi garam dan suhu air. Air laut umumnya mengandung TDS minimal sebesar 30.000 ppm. Sebagai contoh, untuk air laut dengan TDS 35.000 ppm pada suhu air 25^oC, mempunyai tekanan osmose 26,7 kg/cm², sedangkan yang mengandung 42.000 ppm TDS pada suhu 30^oC mempunyai tekanan osmosis 32,7 kg/cm².

Jika tekanan pada sisi air garam (air asin) diberikan tekanan sehingga melampaui tekanan osmosisnya, maka yang terjadi adalah air dipaksa keluar dari larutan garam melalui selaput semipermeabel. Proses memberikan tekanan balik tersebut disebut dengan osmosis balik. Prinsip osmosis balik tersebut diterapkan untuk pengolahan air payau atau air laut menjadi air tawar. Sistem tersebut disebut Reverse Osmosis atau RO.

Sistem RO tidak bisa menyaring garam sampai 100 % sehingga air produksi masih sedikit mengandung garam. Untuk mendapatkan air dengan kadar garam yang kecil maka diterapkan sistem dengan dua sampai tiga saluran. Jika ingin membuat air minum yang mengandung kira-kira 300 sampai 600 ppm TDS cukup menggunakan saluran tunggal.

Jika air olahan yang dihasilkan menjadi semakin banyak maka jumlah air baku akan menjadi lebih besar dan sebagai akibatnya tekanan yang dibutuhkan akan menjadi semakin besar. Tekanan buatan (tekanan kerja) tersebut harus lebih besar dari tekanan osmosis pada air baku. Tekanan kerja yang dibutuhkan jika memakai air laut adalah antara 55 sampai 70 kg/cm².

RO mempunyai ciri-ciri yang sangat khusus sebagai model pengolah air asin yaitu:

1. Energi Yang Relatif Hemat yaitu dalam hal pemakaian energinya. Konsumsi energi alat ini relatif rendah untuk instalasi kemasan kecil adalah antara 8-9 kWh/T (TDS 35.000) dan 9-11 kWh untuk TDS 42.000.
2. Hemat Ruangan. Untuk memasang alat RO dibutuhkan ruangan yang cukup hemat.
3. Mudah dalam pengoperasian karena dikendalikan dengan sistem panel dan instrumen dalam sistem pengontrol dan dapat dioperasikan pada suhu kamar.
4. Kemudahan dalam menambah kapasitas.

Meskipun alat pengolah air sistem RO tersebut mempunyai banyak keuntungan akan tetapi dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk operasi. Hal ini dimaksudkan agar alat tersebut dapat digunakan secara baik dan awet. Untuk menunjang operasional sistem RO diperlukan biaya perawatan. Biaya tersebut diperlukan antara lain untuk bahan kimia, bahan bakar, penggantian media penyaring, servis dan biaya operator.

Sistem pengolahan air sangat bergantung pada kualitas air baku yang akan diolah. Kualitas air baku yang buruk akan membutuhkan sistem pengolahan yang lebih rumit. Apabila kualitas air baku mempunyai kandungan parameter fisik yang buruk (seperti warna dan kekeruhan), maka yang membutuhkan pengolahan secara lebih khusus adalah penghilangan warna, sedangkan proses untuk kekeruhan cukup dengan penjernihan melalui pengendapan dan penyaringan biasa. Tetapi apabila kualitas air baku mempunyai kandungan parameter kimia yang buruk, maka pengolahan yang dibutuhkan akan lebih kompleks lagi.

Untuk daerah pesisir pantai dan kepulauan kecil, air baku utama yang digunakan pada umumnya adalah air tanah (dangkal atau dalam). Kualitas air tanah ini sangat bergantung dari curah hujan. Jadi bila pada musim kemarau panjang, air tawar yang berasal dari air hujan sudah tidak tersedia lagi, sehingga air tanah tersebut dengan mudah akan terkontaminasi oleh air laut. Ciri adanya intrusi air laut adalah air yang terasa payau atau mengandung kadar garam khlorida dan TDS yang tinggi.

Air baku yang buruk, seperti adanya kandungan khlorida dan TDS yang tinggi, membutuhkan pengolahan dengan sistem Reverse Osmosis (RO). Sistem RO menggunakan penyaringan skala mikro (molekul), yaitu yang dilakukan melalui suatu elemen yang disebut membrane. Dengan sistem RO ini, khlorida dan TDS yang tinggi dapat diturunkan atau dihilangkan sama sekali. Syarat penting yang harus diperhatikan adalah kualitas air yang masuk ke dalam elemen membrane harus bebas dari besi, manganese dan zat organik (warna organik). Dengan demikian sistem RO pada umumnya selalu dilengkapi dengan pretreatment yang memadai untuk menghilangkan unsur-unsur pengotor, seperti besi, manganese dan zat warna organik.

Sistem pretreatment yang mendukung sistem RO umumnya terdiri dari tangki pencampur (mixing tank), saringan pasir cepat (rapid sand filter), saringan untuk besi dan mangan (Iron dan manganese filter) dan yang terakhir adalah sistem penghilang warna (colour removal).

Gambar 3. Skema Pengolahan Air Sistem Reverse Osmosis

Peralatan

Untuk merakit suatu unit RO diperlukan beberapa alat pendukung seperti : Mesin Las, Bor listrik, Alat potong/gergaji, Obeng, Palu, Lem, Kunci, Gurinda dan alat pertukangan.

Gambar 4. Pompa Air Baku dan Pompa Celup

Gambar 5. Tangki Reaktor, Tangki Kimia dan Pompa Dosing

Gambar 6. Filter Pasir, Mangan dan Carbon

Gambar 7. Cartridge Filter

Gambar 8. Membran Tabung

Gambar 9. Unit RO

Gambar 10. Generator Listrik 10 KVA 380 V dan Panel Listrik

Cara Pembuatan

Cara pembuatan unit pengolah air sistem RO dibagi menjadi 4 bagian utama yaitu (1) Unit Pengolah Awal(Pre Treatmen); (2) Unit Sistem RO; (3) Unit Sumberdaya; dan (4) Bangunan Pelindung. Cara pembuatan masing-masing komponen dapat diuraikan sebagai berikut:

Manfaat dan Keunggulan Sistem Osmosis Balik

Pada proses pemurnian (penyaringan air) dengan menggunakan sistem osmosis balik ini terjadi melalui 4 tahap penyaringan. Dengan melihat proses dan hasilnya tersebut maka akan kita ketahui banyak sekali manfaat yang diberikan sistem osmosis balik ini, khususnya untuk kesehatan tubuh.

Empat tahap penyaringan air laut dengan system osmosis balik:

1. Penyaring air 1:  Bahan fiber 5 mikron yang berfungsi menyaring bahan dalam air seperti karat, pasir, kapur yang menyebabkan penyakit hati, perut, batu dan disfungsi pada organ tubuh. Juga menyaring mikroba seperti yeast (ragi) bir, fungi (jamur) yang menyebabkan penyakit membranmukus pada perut dan hati.
2. Penyaring air 2:  Pre-karbon granular aktif berbentuk butiran yang berfungsi menyaring bahan dalam air seperti bahan organik, bau, warna, bahan pencuci, klorin bahan penyebab kanker triklorometana. Juga menyaring acid amino, proteolipid (minyak busuk), racun serangga, pembunuh kuman, phosphorus organik bahan penyebab kanker, keracunan, sakit perut, muntah dan hepatitis.
3. Penyaring air 3:  Membran reverse osmosis yang terbuat dari bahan Poly Amide TFC yang mempunyai daya saring membran 0.0001 mikron yang hebat dan berfungsi menyaring bahan dalam air seperti: karbon; bakteri; virus penyebab polio dan encephalitis; desinfektan penyebab iritasi pada rongga mulut, shock dan sesak napas; zat peluntur seperti: xenon perokside, sodium percarbonat, sodium perborat, oxalate yang menyebabkan inflamasi rongga mulut, pencernaan atas, usus, muntah, perut, liver, sakit kepala dan batu ginjal; senyawa kimia beracun seperti: potassium chlorate, cyanide bromide penyebab gangguan ginjal, muntah, sakit perut, jantung, anemia, nausea dan kanker; zat pewarna penyebab gangguan liver, syaraf dan ginjal, garam penyebab darah tinggi; logam berat (arsenik, plumbum, kadmium, merkuri, tembaga, seng, besi) penyebab gangguan syaraf, ginjal, kelenjar, sistem pencernaan dan darah.
4. Penyaring air 4:  Post-carbon aktif berkualitas tinggi yang berfungsi menyaring bahan dalam air seperti: menyerap sisa bahan organik, bau, menjamin rasa dan kualitas air yang bermutu.

IPA RO mempunyai ciri-ciri yang sangat khusus sebagai model pengolah air payau/asin yaitu:

1. Energi yang relatif hemat. Kapasistas produksi pada penemuan terbaru saat ini bisa mencapai 1.100 liter/menit.
2. Hemat ruangan. Sebagai contoh, untuk IPA RO dengan kapasitas kecil (5 – 10 m³/hari), seluruh komponen sistem tersebut hanya membutuhkan luas ruangan sekitar 6 – 10 m².
3. Mudah dalam pengoperasian karena pengendalian operasi terpusat pada satu panel yang kecil dan sederhana.
4. Kemudahan untuk menambah kapasitas.
5. Produksi airnya dapat langsung diminum, tanpa dimasak dahulu.
6. IPA RO mudah dipindahkan ke lokasi lain (ada yang terpasang dalam unit mobil RO atau kontainer).
7. Biaya produksi air minum bila dibandingkan dengan air mineral dalam kemasan adalah jauh lebih murah, yaitu sekitar Rp. 15,- per liter.

Meskipun IPA RO tersebut mempunyai banyak keuntungan, akan tetapi dalam pengoperasiannya harus memperhatikan petunjuk operasi. Hal ini dimaksudkan agar sistem tersebut dapat digunakan secara baik dan awet. Di dalam pengelolaan IPA RO diperlukan biaya operasional dan perawatan. Biaya tersebut diperlukan antara lain untuk bahan kimia, bahan bakar, pengganti media penyaring, service komponen peralatan dan upah tenaga operator.

Berikut ini merupakan tabel perbandingan antara osmosis balik dan beberapa metode pemurnian air lainnya.

Tabel 1. Perbandingan Beberapa Metode Pemurnian Air

Setelah melihat daftar tabel diatas, maka kita ketahui bahwa sistem osmosis balik  merupakan teknologi terbaik yang dapat digunakan untuk mengatasi kesulitan air bersih khususnya di daerah pesisir laut.

Penerapan Metode Osmosis Balik

Metode Osmosis Balik bukan sesuatu yang mustahil dan tidak mungkin. Dalam penanganan bencana tsunami di Aceh, Australia telah membuktikan penerapan teknologi ini dengan mengolah air laut menjadi air minum yang layak konsumsi bagi korban bencana alam.

Indonesia juga telah menerapkan Metode Osmosis Balik ini. PT Pembangunan Jaya Ancol, pengelola Taman Impian Jaya Ancol menggunakan Metode Osmosis Balik guna menghasilkan air tawar untuk memenuhi kebutuhan tempat rekreasi tersebut sekaligus menghasilkan air berkadar garam sangat tinggi sebagai hasil sampingan. Air berkadar garam sangat tinggi ini dialirkan dalam Kolam Apung Wahana Atlantis Ancol. Berbagai negara juga telah menerapkan Metode Osmosis Balik ini, seperti:

1. Amerika Serikat (el Paso, Texas; memproduksi 104 ribu meter kubik air/hari)
2. Uni Emirat Arab (mempunyai 3 lokasi, salah satunya Fujairah F2 yang memproduksi 492 juta liter/hari)
3. Inggris, Israel, Trinidad, Cyprus dan beberapa negara lainnya.

Dengan metode osmosis terbalik (reverse osmosis) Taman Impian Jaya Ancol mampu menyulap 7.000 meter kubik air laut menjadi 5.000 m kubik air tawar dan 2.000 m kubik air berkadar garam sangat tinggi. Untuk menghasilkan air bersih dari air laut ini dibutuhkan energi listrik sebesar 4,72 kilowatt jam per meter kubik. Dengan rata-rata tarif listrik yang Rp. 1000 /kw, untuk memproduksi 1 liter air bersih melalui desalinasi membutuhkan biaya sekitar Rp. 4.700,00 Jauh lebih murah dari harga air bersih yang mencapai Rp. 12.000 meter per kubik.

Gambar 11. Proses Osmosis Balik di Ancol, Jakarta Utara