PENGOLAHAN AIR INDUSTRI

MIKROFILTRASI

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah pengolahan air industri

Dosen pembimbing :

Ir. Bambang Soeswanto

Disusun oleh :

Lisnawai 08401014

Mira Anisa 08401016

Kelas :

2A

JURUSAN TEKNIK KIMIA

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2009

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di zaman modern, keprihatinan atas kualitas air tetap tertinggi. Selama bertahun-

tahun, para ilmuwan telah menemukan banyaknya kontaminan dalam sumber-sumber air.

Pengolahan air merupakan proses-proses yang digunakan untuk membuat air lebih untuk

penggunaan akhir yang diinginkan. Tujuan dari proses pengolahan air adalah untuk

menghapus kontaminan (zat padat) dalam air atau mengurangi konsentrasi kontaminan (zat

padat) tersebut sehingga air menjadi layak untuk akhirnya digunakan sebagai bahan baku

untuk proses di industri.

Filtrasi dalam proses pengolahan air merupakan langkah terakhir dalam proses

penghilangan zat padat yang dimulai dengan koagulasi, flokulasi dan sedimentasi. Pada

filter, hingga 99,5% dari padatan tersuspensi di dalam air dapat dihilangkan, termasuk

mineral, flok, dan mikroorganisme.

Filtrasi dibutuhkan untuk pengolahan air kebanyakan sistem. Alat saring harus

mengurangi kekeruhan sampai kurang dari 0,5 NTU di 95% dari bulan setiap pengukuran

dan kekeruhan air selesai tidak boleh melebihi 5 NTU di setiap sampel.

Proses filtrasi dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu filtrasi konvensional, filtrasi

langsung dan filtrasi in-line.

1.2 Tujuan

a. Mengetahui metode penyaringan menggunakan mikrofiltrasi

b. Mengetahui proses pembersihan pada membran filtrasi

c. Membandingkan mikrofiltrasi dengan filtrasi konvensional

d. Mengetahui pengaruh penambahan energi ultrasonik pada membran

BAB II

ISI

2.1 Definisi mikrofiltrasi

Mikrofiltrasi adalah proses filtrasi untuk menghilangkan kontaminan dari fluida

dengan menggunakan tekanan sebagai gaya dorong. Mikrofiltrasi merupakan salah satu dari

sejumlah proses filtrasi menggunakan membran. air baku disaring melalui bahan plastik atau

polimer yang berisi jutaan pori-pori kecil. Penyaringan terjadi karena pori-pori membran paa

mikrofiltrasi memiliki ukuran yang cukup agar dapat dilalui oleh air, sedangkan kontaminan

seperti partikulat dan organisme pathogen akan tertahan di atas membran.

Mikrofiltrasi merupakan salah satu jenis dari filtrasi dengan membran. Perbedaan

mikrofiltrasi dengan jenis filtrasi dengan membran lainnya terletak pada ukuran pori-pori

membran yang berdampak pula pada kemampuan membran untuk menyaring kontaminan.

Semakin kecil pori-pori membran, semakin kecil pula ukuran partikel kontaminan yang dapat

dihilangkan.

Dalam pengolahan air, mikrofiltrasi biasanya digunakan untuk menghilangkan

partikel berukuran besar, seperti padatan tersuspensi, partikulat, dan mikroorganisme.

Membran yang digunakan umumnya memiliki ukuran pori berkisar antara 0,05-10 mikron

(μm). Bahan membran biasanya terbuat dari keramik, teflon, polypropylene, atau plastik

lainnya.

2.2 Metode mikrofiltrasi

Untuk memisahkan air dari kontaminan, digunakan dua metode filtrasi, yaitu dead-

end filtration dan cross-flow filtration. Ketika padatan dalam air berjumlah 0,1%,digunakan

metode dead-end filtration. Namun ketika padatan dalam air berjumlah 0,5%,digunakan

metode cross-flow filtration.

Pada dead-end filtration, semua larutan umpan didorong melewati membran dengan

menggunakan tekanan. Partikel yang tertahan dikumpulkan pada bagian atas membran.

Aliran air mengalir secara vertikal di atas membran filtrasi. Arah penyerapan identik dengan

arah aliran air, yaitu vertikal. Padatan yang tertahan di atas membran akan terakumulasi. Hal

tersebut menyebabkan kecepatan alir berlangsung semakin lambat. Oleh karena itu, cartridge

filter arus diganti secara berkala.

Gambar pola aliran dead-end filtration

Pada cross-flow filtration, air yang akan difiltrasi dipompakan menyebrang menuju

permukaan membran secara paralel. Dengan menggunakan kecepatan aliran yang tinggi

dengan arah yang bersebrangan dengan membran, padatan yang tertahan di atas membran

akan tersapu.

Dalam cross-flow microfiltration (CFMF), air yang telah melalui proses koagulasi

dan flokulasi dipompakan secara paralel menuju medium filtrasi. Air bersih meresap ke

dalam medium filtrasi dan padatan tertahan di atas membran. Padatan terakumulasi di atas

membran filter dan membentuk lapisan fouling atau biasa disebut cake.

Cake akan meningkatkan ketahanan hidrolik dan mengurangi kecepatan alir cairan.

Namun, aliran tangensial akan membatasi penumpukan cake di atas membran. Karena

digunakan kecepatan aliran yang tinggi dengan arah yang bersebrangan dengan membran,

cake yang tertahan di atas membran akan tersapu. Jadi, setelah terjadi penumpukan cake,

ketebalan cake akan berada pada batasnya dan berada dalam keadaan steady state.

Gambar pola aliran cross-flow filtration

Dalam mikrofiltrasi, penyaringan akan lebih efektif jika digunakan filtrasi

menggunakan metode cross-flow filtration karena kontaminan yang dapat dihilangkan hanya

partikel berukuran 0,05-10 mikron.

2.3 Bagaimana mikrofiltrasi bekerja

Konfigurasi membran dapat bervariasi, tapi hollow fiber merupakan jenis membran

yang paling umum digunakan. Membran jenis hollow fiber dimasukkan ke dalam pipa

berdiameter kecil, biasanya berukuran satu meter. Ribuan pipa digabung bersama dan pada

bagian ujung pipa diikatkan pada sekat epoxy atau wadah. Sekat bagian ujung dipotong

untuk memungkinkan akses ke dalam serat-serat dari ujung wadah tersebut. Sekumpulan pipa

yang terikat tersebut kemudian dimasukkan ke dalam PVC atau stainless steel, dinamakan

modul. Hal ini memungkinkan air didorong melalui dinding fiber tanpa arus pendek.

Modul kemudian disalurkan bersama-sama dengan cara mendorong air dari satu sisi

melewati dinding membran dan kemudian dikumpulkan. Biasanya, air dipompa dari luar

serat, dan air bersih yang dikumpulkan dari bagian dalam serat, dinamakan aliran outside-to-

inside. Arah aliran ini kadang-kadang terbalik tergantung pada produsen dan konfigurasi

membran.

2.4 Backwashing

Backwashing biasanya dilakukan untuk menghilangkan bahan yang tersaring pada

permukaan membran. Backwashing dilakukan dengan melewatkan air pada membran untuk

mengangkat endapan dari permukaan. Backwashing biasanya dilakukan setiap 10-20 menit

sekali.

2.5 Pembersihan secara kimia

Meskipun dilakukan backwashing, membran secara perlahan akan rusak. Hal ini

ditunjukkan oleh meningkatnya tekanan operasi secara bertahap. Untuk mempertahankan

kinerja sistem dalam waktu yang cukup lama, dilakukan pembersihan secara kimia.

Pembersihan biasanya dilakukan setiap empat minggu sekali. Tujuannya untuk

membersihkan dan mensterilkan membran. Beberapa teknik pembersih secara kimia yang

dapat digunakan adalah klorinasi (hanya membran tertentu dapat menahan metode ini),

pembersihan dengan asam, dan pembersihan dengan soda kaustik.

2.6 Perbandingan antara mikrofiltrasi dengan filtrasi konvensional

Mikrofiltrasi mempunyai keunggulan dibanding filtrasi dengan cara konvensional.

Harga mikrofiltrasi memang lebih mahal jika dibanding harga alat filtrasi konvensional.

Namun, semua itu dapat tergantikan dengan kelebihan yang dimiliki mikrofiltrasi.

Mikrofiltrasi lebih lengkap dibanding filtrasi konvensional. Pada mikrofiltrasi, tidak ada

pengontrolan aliran secara manual, tidak membutuhkan flash mixer, tidak dibutuhkan

flokulator, dan pengoperasian yang mudah. Pembersihan dilakukan secara otomatis pada saat

membran memang butuh untuk dibersihkan. Selain itu, semua settelable solid dapat terjebak

di atas membran. Bakteri dan patogen pun dapat dihilangkan dalam air.

2.7 Ultrasonic Cross-flow Microfiltration

Ultrasonic Cross-flow Microfiltration merupakan alat filtrasi yang dilengkapi dengan

penambahan energi ultrasonik pada membran. Ultrasonic Cross-flow Microfiltration

biasanya digunakan untuk pegolahan air pada air yang mengandung banyak padatan. Dengan

adanya energi ultrasonik, dapat mengurangi tindakan pembersihan pada lapisan membran

dan meningkatkan kemampuan untuk mengalirkan air melalui membran.

Gambar cross-flow filtration tanpa menggunakan ultrasound

Pada gambar di atas, terlihat bahwa membran terhalangi oleh padatan yang tersaring oleh

membran. Hal ini dapat menyebabkan penyumbatan aliran. Meskipun pada cross-flow filtration,

padatan yang tersaring akan tersapukan oleh aliran dari air, penyumbatan akan tetap terjadi

karena akan timbulnya keadaan di mana padatan di atas membran terakumulasi.

Gambar cross-flow filtration menggunakan ultrasound

Pada gambar di atas, terlihat bahwa energi ultrasonik dapat mencegah membran

terhalangi oleh padatan yang tersaring. Energi ultrasonik akan menggetarkan padatan sehingga

padatan yang telah membentuk cake tersebut akan menyebar dan tidak menutupi membran. Hal

ini akan mengatasi masalah berkurangnya kecepatan aliran akibat penyumbatan. Sayangnya alat

Ultrasonic Cross-flow Microfiltration ini masih berada dalam tahap penelitian.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Mikrofiltrasi merupakan teknologi yang sedang berkembang yang dapat memenuhi

kebutuhan tekanan regulasi dan publik yang semakin ketat. Mikrofiltrasi dapat menyaring

partikel yang berukuran 0,05-10 mikron (μm). Kinerja dari mikrofiltrasi akan lebih efektif

jika dilakukan dengan metode cross-flow. Pada mikrofiltrasi, digunakan membran yang

terbuat dari keramik, teflon, polypropylene, atau plastik lainnya.

Saat ini, sedang dikembangkan mikrofiltrasi menggunakan energi ultrasonik. Dengan

adanya energi ultrasonik, akan mengatasi masalah berkurangnya kecepatan aliran akibat

penyumbatan

DAFTAR PUSTAKA

——-, http://www.che.sc.edu. Diakses pada 15 Mei 2010

——-, http://www.disco.co.jp Diakses pada 15 Mei 2010

——-, http://www.mpu.org. Diakses pada 15 Mei 2010

——-, Crossflow_Microfiltration. http://www.scitopics.com. Diakses pada 15 Mei 2010

——-, Microfiltration. http://en.wikipedia.org. Diakses pada 15 Mei 2010

——-, Microfiltration. http://www.rpi.edu. Diakses pada 15 Mei 2010

——-, Microfiltration-How-Does-it-Compare--article467. http://www.wwdmag.com. Diakses

pada 15 Mei 2010

LAMPIRAN

Microfiltration: How Does it Compare ?

Increased focus on technologies that meet tighter regulatory requirements and increased public

pressure has motivated municipalities to take a serious look at microfiltration (MF) membranes

as a viable treatment option. This article is intended to familiarize you with the basics of

microfiltration and discuss how it compares to conventional alternatives

- Thomas Muilenberg

Increased focus on technologies that meet tighter regulatory requirements and increased public

pressure has motivated municipalities to take a serious look at microfiltration (MF) membranes

as a viable treatment option. This article is intended to familiarize you with the basics of

microfiltration and discuss how it compares to conventional alternatives.

What is Microfiltration?

Microfiltration is one of a number of membrane processes. Raw water is filtered by passing

through a plastic or polymeric material which contains millions of small pores. Filtering occurs

because the membrane pores are large enough to allow water to pass though, yet small enough to

restrict the passage of undesirable materials such as particulate matter and pathogenic organisms.

Microfilters are well suited for:

Removal of precipitated heavy metals as pre-treatment to a primary resource recovery

system

Removal of silica and hardness

Pre-treatment for nanofiltration and reverse osmosis systems

Environmental compliance

High-molecular-weight separation tasks

Because microfiltration is one in a "family" of membranes, it is useful to compare it to other,

perhaps more familiar, membrane technologies including reverse osmosis (RO), nanofiltration

(NF) and ultrafiltration (UF). The primary difference between the types of membranes is the size

of the pores in the membrane material: the smaller the holes, the smaller the materials the

membrane removes. Each membrane has a particular range of applications for which it is best

suited.

How Microfiltration Works

Membrane configuration can vary between manufacturers, but the "hollow fiber" type is the most

commonly used. Membranes in the hollow fiber type are cast into small diameter tubes or straws,

nominally one meter in length. Thousands of these straws are bundled together and the ends are

bonded into an epoxy bulkhead or "potting." The ends of potting are cut off to allow access to the

inside of the fibers from the end of the potting. The bundles are then sealed into a housing which

is usually PVC or stainless steel. The sealed potting creates a separate, sealed space in the

module that isolates access to the inside of the fibers from access to the outside. This membrane

and housing combination is called a module. It allows water to be forced through the fiber walls

without short-circuiting.

System design is done once the desired flow rate and water conditions are known and a pilot has

been performed to determine the required number of modules. The modules are then piped

together in a manner which will allow water to be forced from one side of the fibers through the

membrane wall and collected from the filtrate side of the modules.

Typically, the water is pumped from the outside of the fibers, and the clean water is collected

from the inside of the fibers. This is called "outside-to-inside" flow (see Figure 2). This flow

direction is sometimes reversed depending on manufacturer and membrane configuration.

Backwashing

Periodic backwashing is performed to remove filtered materials from the membrane surface. A

water-only backwash backflushes a surge of filtered water through the membrane to lift sediment

from the surface and flush it to waste. Some manufacturers use chemical backwashing or high

pressure "air-ram" backwashing. However, the goal is the same regardless of method: to remove

solids from the membrane by lifting dirt away. Backwashing is performed once every 10p;20

minutes and is normally done on a timed basis in order to prevent severe fouling which might

occur if significant pressure were allowed to build up between backwashes.

Chemical Cleaning

Even with backwashing, MF membranes will slowly foul. This is indicated by a gradual increase

in operating pressure. In order to maintain system performance over an extended period of time,

chemical cleaning is employed. Usually preformed every one to four weeks, it is used to clean

and sterilize the membrane. Several chemical cleaning techniques can be employed including

chlorinated cleaning (only certain membranes can withstand this method), acid cleaning, caustic

cleaning, or a number of proprietary solutions.

MF vs. Conventional

MF membranes have many features that compare with conventional systems, such as cost

competitiveness. Upon first review, it appears that the cost for a membrane package is higher

than equipment for conventional filters. However, the MF system is more of a complete package

than filters alone. A source water MF plant is essentially complete. There are no chemical pre-

feed equipment or feed controls, no flash mixers, no flocculators, and no complicated concrete

work such as settling and filter basins. As a result, the total cost of an MF system often compares

favorably with its conventional counterpart.

MF systems are easy to operate as filtration, backwashing and cleaning are all performed

automatically. In addition, because it filters via a physical straining mechanism, MF usually

requires no chemical pre-feed and chemical usage is kept to a minimum. There are no

complicated chemical feed systems to monitor and optimize. Furthermore, since almost all

bacteria, turbidity and pathogens are removed from the water, the amount of post-chlorination

needed may also be reduced. Finally, the absence of chemical pre-feed means no knowledge of

chemical mixing and flocculation is required.

With the straining mechanism, the filtered water quality does not change with spikes in the raw

water quality. Since the membrane excludes all particles greater than its pore size, the membrane

will consistently remove particles regardless of the amount present. The result is that a spike in

the feed turbidity will not show up in the effluent turbidity. Conventional systems, on the other

hand, require close monitoring and operation by the plant operator, which is not always possible

with smaller systems where the operators may only be on site intermittently.

Microfiltration membranes act as a physical barrier to pathogens such as Cryptosporidium and

Giardia as well as bacteria. A typical MF pore size is 0.2 µm, and a Cryptosporidium is between

3p;5 µm. As seen in the graphs, even the smallest Cryptosporidium oocyst is 15 times larger than

the membrane pore. With increased public concern over pathogen removal in drinking water, this

feature is a primary benefit.

Conclusion

Microfiltration is a burgeoning technology which can fulfill the needs of increasingly stringent

regulatory and public pressures.

Source : http://www.wwdmag.com/Microfiltration-How-Does-it-Compare--article467

Ultrasonic Cross-flow Microfiltration

 

Introduction

Solid-liquid filtration is one of the most commonly performed unit operations in industry today. 

The need for the purification of liquids, as well as the recovery and processing of solids, has

applications in the pharmaceutical, chemical, water treatment and food and beverage industries

to name a few.  There are various techniques and apparatuses that can be utilized for the purpose

of filtration, such as filter presses and centrifuges, but a growing number of industries are

looking at membrane technology to suit their needs.  In response to this demand, researchers are

investigating enhancing membrane filtration in a number of ways.  One way in particular is

adding ultrasonic energy to a cross-flow system (see Figures 1and 2 below).  The advance of

sonic energy in filtration processes will be beneficial to many industries since it reduces the need

for membrane cleaning, increases the membrane life, and allows for a more consistent filtrate

quality over a longer period of time.

Figure 1.  Cross-flow filtration without ultrasound.  Over time the membrane is blocked with

particulates and the amount of filtrate able to pass through the membrane decreases.

Figure 2.  Cross-flow filtration with ultrasound.  The sonic energy prevents the membrane from

being blocked with particulates so the amount of filtrate able to pass through the membrane does

not decrease as much over time.

Research Objective

To study the advantages of using ultrasonic energy in filtration across various membrane

geometries in order to reduce membrane fouling and enhance filtrate flux.

Overview of Research

The use of force fields to aid in solid-liquid filtration has been widely studied in regards to

magnetically-assisted filters and electrically-assisted filters, but ultrasonic-assisted filtration is a

fairly new concept.  The research I will be doing involves studying the properties of ultrasonic

energy and investigating its affect on reducing filtrate flow decline across various membrane

geometries, such as rotating disc filters.  Factors such as, but not limited to, suspension

concentration, liquid viscosity, particle size, particle surface charge, and filter geometry will be

investigated to determine how they affect the ultrasonic force fields ability to reduce membrane

fouling and enhance flows through the filter. 

Sumber : http://www.che.sc.edu/centers/RCS/palucis/palucis_main.htm