Teknologi Membran Membran ialah sebuah penghalang selektif antara dua fasa. Membran memiliki ketebalan

yang berbeda-beda, ada yang tebal dan ada juga yang tipis serta ada yang homogen dan ada

juga yang heterogen. Ditinjau dari bahannya membran terdiri dari bahan alami dan bahan

sintetis. Bahan alami yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas sedangkan bahan

sintetis dibuat dari bahan kimia, misalnya polimer.

Membran berfungsi untuk memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk molekul,

menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari pori-pori membran

dan melewatkan komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Larutan yang

mengandung komponen yang tertahan disebut konsentrat dan larutan yang mengalir disebut

permeat. Filtrasi dengan menggunakan membran selain berfungsi sebagai sarana pemisahan

juga berfungsi sebagai sarana pemekatan dan pemurnian dari suatu larutanyang dilewatkan

pada membran tersebut.

Beberapa keunggulan Teknologi Membran:

- Pemisahan dapat dilakukan secara kontinyu

- Konsumsi energi umumnya relatif rendah

- Proses membran dapat dengan mudah digabungkan denga proses pemisahan lainnya

(hybrid processing)

- Pemisahan dapat dilakukan dengan kondisi operasi yang dapat diatur

- Tidak memerlukan bahan tambahan

- Pemakaiannya mudah diadaptaasikan karena material penyusun membran yang

bervariasi

Dengan banyaknya keunggulan, penggunaan membran juga mempunyai keterbatasan yaitu

terjadinya fouling atau polarisasi konsentrasi pada membran, dan jangka hidup membran

yang relatif singkat.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja membran antara lain:

1. Ukuran molekul

2. Bentuk molekul

3. Bahan membran

4. Karakteristik larutan

5. Parameter operasional (tekanan, suhu, konsentrasi, ph, polarisasi)\

Klasifikasi membran :

Membran diklasifikasikan menjadi beberapa golongan sebagai berikut :

1. Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatan

2. Jenis membran berdasarkan fungsi

3. Jenis membran berdasarkan morfologi

4. Jenis membran berdasarkan prinsip pemisahannya

Jenis membran berdasarkan bahan dasar pembuatan

Berdasarkan bahan dasar pembuatannya, membran dapat dibagi menjadi dua jenis,

yaitu :

1. Membran biologis

Merupakan membran yang sangat kompleks pada struktur dan fungsinya. Banyak

dijumpai dalam sel mahluk hidup yang terdiri atas struktur dasar dari dua lapisan

lemak. Contoh : sel kulit, ginjal, jantung dan lain sebagainya (Wenten,1996)

2. Membran sintesis

Membran sintesis merupakan membran buatan yang sengaja dibuat untuk kepentingan

tertentu. Membran sintesis dibedakan menjadi dua jenis, yaitu : membran organik dan

membran anorganik ( Mulder, 1996). Membran organik adalah membran yang bahan

penyusun utamanya adalah polimer dan makromolekul dengan bahan baku senyawa

organik yang dibuat pada suhu rendah (suhu kamar ). Contoh : membran selulosa

asetat, PAN, PA, dan lain sebagainya ( Mulder, 1996 ). Membran anorganik tersusun

dari senyawa anorganik contoh : membran keramik ( seperti ZrO2 dan -Al2O3 ),

membran gelas ( seperti SiO2 ) ( Mulder, 1996).

Jenis membran berdasarkan fungsi

Berdasarkan fungsinya, membran terbagi menjadi empat jenis, yaitu : membran

mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan reserve osmosis ( Mulder, 1996). Ciri-ciri khusus

seperti ukuran pori, tekanan, dan fungsi masing-masing membran ditunjukkan pada tabel 2.2

Tabel 2.2 Jenis membran berdasarkan fungsi ( Mulder, 1996 )

NO Jenis Membran Ukuran Pori Tekanan Fungsi

1 Mikrofiltrasi 0,05-10 m < 2 bar Memisahkan suspensi dan

koloid

2 Ultrafiltrasi 1 -100 nm 1-10 bar Memisahkan makromolekul

3 Nanofiltrasi < 2 nm 5-25 bar Memisahkan kompononen

terlarut yang mempunyai

berat molekul rendah

4 Reverse osmosis < 2 nm Air payau : 15-25 bar

Air laut : 40-80 bar

Memisahkan komponen

terlarut dengan berat molekul

rendah

Definisi Nanofiltrasi

Nanofiltarsi merupakan proses khusus yang dipilih ketika proses Reverse Osmosis dan

Ultrafiltrasi bukan merupakan pilihan yang tepat untuk operasi separasi. Nanofiltrasi bisa

digunakan untuk beberapa jenis pemisahan seperti demineralisasi, penghilangan zat pewarna

dan desalinasi. Pada larutan yang terdiri solute organik, suspended solid, dan ion polyvalen,

permeat yang dihasilkan mengandung ion monovalen dan berupa larutan organik dengan BM

rendah seperti alkohol (Baker, 2004 )

Nanofiltrasi adalah proses yang menggunakan tekanan sebagai driving force. Proses

separasi didasarkan pada ukuran molekul. Membran yang digunakan dalam proses

nanofiltrasi memiliki retensi yng tidak terlalu besar terhadap garam univalen ( Dasilva dkk,

2007 ).

Prinsip kerja nanofiltrasi

Nanofiltrasi merupakan proses yang terjadi akibat perbedaan tekanan untuk

memisahkan solut berukuran lebih besar dari larutan dengan menggunakan membran

semipermeabel. Proses ini dilakukan dengan cara mengalirkan larutan sepanjang permukaan

membran dengan memanfaatkan beda tekanan. Filtrasi membran aliran crossflow

menggunakan laju alir yang besar untuk meningkatkan laju permeate dan mengurangi

kemungkinan terjadinya fouling. Partikel solut yang terinjeksi ( misal : garam terlarut )

terpisah bersama dengan arus aliran yang keluar dan tidak terakumulasi dipermukaan

membran ( Norman dkk, 2008 ).

Pori pada membran nanofiltrasi tidak bisa diamati dengan menggunak mikroskop,

walaupun begitu air masih bisa melewati membran sedangkan garam multivalent dan bahan

organik dengan BM rendah akan terinjeksi.

Membran nanofiltrasi dengan ukuran pori sekitar 0,001 mikrometer memiliki

keterbatasan dalam mengolah air baku menjadi air minum. Membran nanofiltrasi hanya dapat

memisahkan air dari padatan terlarut, bakteri, virus, ion multivalensi seperti Ca2+

, Mg2+

dll

yang menyebabkan kesadahan atau molekul yang mempunyai berat moleku dengan rentang

200-5000 dan tidak dapat memisahkan ion monovalensi seperti Na+, K

+ dll. Hal ini berarti,

membran nanofiltrasi hanya dapat mengolah air baku yang berupa air tawar ( Ren dan Wang,

2011).

Sulit untuk memprediksi performansi dari membran nanofiltrasi, terutama bila

terdapat lebih dari tiga macam solut dalam larutan tersebut karena rejeksi membran di

pengaruhi oleh ukuran , struktur, dan muatan dari komponen dalam larutan. Akibatnya,

proses piloting sangat direkomendasikan pada aplikasi nanofiltrasi, apalagi bila hasil analisa

air umpan tersedia secara lengkap.

Aplikasi membran dalam industri

Nanofiltrasi merupakan teknik yang ditemukan beberapa tahun yang lalu. Sekarang,

nanofiltrasi banyak diterapkan diberbagai aplikasi pada proses pemurnian air seperti

pelunakan air, penghilangan warna dan penghilangan makropolutan pada tabel 2.3 akan

disajikan aplikasi membran dalam industri.

Tabel 2.3 aplikasi membran dalam industri ( Norman dkk, 2008)

No Aplikasi Permeat Konsentrat

(Retentat)

keterangan

1 Whey / whey

permeat

Air limbah yang

mengandung

garam

Concentrate whey

tanpa garam

Memungkinkan recovery

konsentrat laktosa dan

protein dengan reduksi

kandungan garam

2 Tekstil Zat warna Air, garam, BOD, Digunakan untuk

COD menghilangkan garam

dari zat warna sehingga

didapatkan produk

bernilai tinggi

3 Larutan kaustik Larutan kaustik BOD, COD,

suspended solids,

pembersih kaustik

Memungkinkan larutaan

kaustik dapat direcycle

sehingga dapat

mengurangi biaya

pembersihan secara

kimia

4 Recycle dari

larutan asam

Larutan asam BOD, COD,

kalsium,

suspended solids,

air asam

Memungkinkan larutan

asam dapat direcycle

sehingga dapat

mengurangi pembersihan

secara kimia

5 Air (laut dan

payau)

Air lunak Air sadah Produksi air secara

portable. Air lunak dapat

mengurangi terjadinya

kerak pada permukaan

Heat Exchanger

6 Antibiotik Limbah yang

mengandung

garam

Antibiotik pekat

tanpa garam

Menghasilkan produk

farmasi bernilai tinggi

Nanofiltrasi dapat menghasilkan proses pemisahan yang sangat terjangkau secara ekonomis.

Tetapi Nanofiltrasi belum dapat mengolah mineral terlarut, warna dan salinasi air, sehingga

air hasil olahan (permeate) masih mungkin mengandung ion monovalen dan larutan dengan

pencemar yang memiliki berat molekul rendah seperti alkohol. Pengolahan menggunakan

Nanofiltrasi pada umumnya menggunakan membran berukuran 0.0001 mikron 0.001

mikron

Teknologi Pemisahan dengan Membran untuk Pengolahan Air Buangan

Feature MF UF NF RO Per-

vaporation

Pemisahan zat

padat tersuspensi

Sangat

baik

Tidak praktis Tidak praktis Tidak praktis Tidak cocok

Pemisahan zat

organic terlarut

Tidak

cocok

Sempurna Sangat baik Sangat baik Baik

Pemisahan Volatile

Organic Carbon

(VOC)

Tidak

cocok

Buruk Cukup Cukup-baik Sangat baik

Pemisahan zat

inorganic terlarut

Tidak

cocok

Tidak cocok Baik (untuk

garam

inorganic

terlarut)

Sangat baik

(pemisahan

90-99%)

Tidak cocok

Efek tekanan

osmosis

Tidak ada Kecil Signifikan High Tidak ada

Batasan

konsentrasi

total solid

sampai

dengan

5%

total organic

sampai

dengan 50%

sampai

dengan 15%

sampai

dengan 15%

Tidak cocok

Kualitas Permeate Sangat

baik

Sangat baik Baik Sangat baik Sangat baik

Tekanan Kerja 1-3 bars 3-7 bars 5-10 bars 15-70 bars