mikrofiltrasi oleh lisnawati(08401014)&mira.a.(08401016)
Post on 08-Apr-2015
843 Views
Preview:
TRANSCRIPT
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
top related