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 ada heterogen. Ditinjau dari bahannya membran terdiri dari bahan alami dan bahan sintetis. Bahan alami adalah bahan yang berasal dari alam misalnya pulp dan kapas, sedangkan bahan sintetis dibuat dari bahan kimia, misalnya polimer.Membran berfungsi 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 larutan yang dilewatkan pada membran tersebut. Proses pemisahan dengan membran yang memakai gaya dorong berupa beda tekan umumnya dikelompokkan menjadi empat jenis diantaranya mikromembran, ultramembran, nanomembran dan reverse osmosis. Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses lain, antara lain :
- Pemisahan dapat dilakukan secara kontinu
- Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah
- Proses membran dapat mudah digabungkan dengan proses pemisahan lainnya (hybrid processing)
- Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan
- Mudah dalam scale up
- Tidak perlu adanya bahan tambahan
- Material membrane bervariasi sehingga mudah diadaptasikan pemakaiannya.
Kekurangan teknologi membran antara lain : fluks dan selektifitas karena pada proses membran umumnya terjadi fenomena fluks berbanding terbalik dengan selektifitas. Semakin tinggi fluks seringkali berakibat menurunnya selektifitas dan sebaliknya. Sedangkan hal yang diinginkan dalam proses berbasiskan membran adalah mempertinggi fluks dan selektifitas.
JENIS-JENIS MEMBRAN
1. Mikrofiltrasi
Mikrofiltrasi merupakan pemisahan partikel berukuran micron atau submicron. Bentuknya lazim berupa cartridge, gunanya untuk menghilangkan partikel dari air yang berukuran 0,04 sampai 100 mikron. Asalkan kandungan pdatan total terlarut tidak melebihi 100 ppm. Filtrasi cartridge merupakan filtrasi mutlak. Artinya partikel padat akan tertahan, terkadang cartridge yang berbentuk silinder itu dapat dibersihkan. Cartridge tersebut diletakkan di dalam wadah tertentu (housing). Bahan cartridge beraneka : katun, wool, rayon, selulosa, fiberglass, poly propilen, akrilik, nilon, asbes, ester-ester selulosa, polimer hidrokarbon terfluorinasi. Jenis- jenis cartridge dikelompokkan :
- Cartridge leletan
- Cartridge rajut-lekatan-terjurai
- (Cartridge lembar – berpori (kertas saring khusus, media nirpintal,membran, berkarbon)
2. Osmosis Balik (RO)
Membran RO dibuat dari berbagai bahan seperti selulosa asetat (CA), poliamida (PA), poliamida aromatis, polieteramida,polieteramina, polieterurea, polifelilene oksida, polifenilen bibenzimidazol,dsb. Membran komposit film tipis terbuat dari berbagai bahan polimer untuk substratnya ditambah polimer lapisan fungsional diatasnya. Membran mengalami perubahan karena memampat dan fouling (sumbat). Pemampatan atau fluks-merosot itu serupa dengan perayapan plastic/logam bila terkena beban tegangan kompresi. Makin besar tekanan dan suhu, biasanya tak reversible dan membran makin mampat. Normalnya, membran bekerja pada suhu 21- 35 derajat celcius. Fouling membran itu diakibatkan oleh zat-zat dalam air baku misalnya kerak, pengendapan koloid, oksida logam, organic dan silica. Berdasarkan kajian ekonomi menunjukkan osmosis balik mempunyai keuntungan sebagai berikut ;
- Untuk umpan padatan total terlarut di bawah 400 ppm, osmosis balik merupakan perlakuan yang murah.
- Untuk umpan padatan total terlarut di ats 400 ppm, dengan penuruanan padatan total terlarut 10% semula, osmosis balik sangat menguntungkan sbanding dengan deionisasi
- Untuk umpan berapapun konsentrasi padatan total terlarut, disertai kandungan organic lebih daripada 15 g/liter, osmosis balik sangat baik untuk praperlakuan deionisasi.
- Osmosis balik sedikit berhubungan dengan bahan kimia, sehingga lebihnmpraktis.
3. Ultrafiltrasi
Membran ultrafiltrasi adalah teknik proses pemisahan (menggunakan) membran untuk menghilangkan berbagai zat terlarut BM (berat molekul) tinggi, aneka koloid, mikroba sampai padatan tersuspensi dari air larutan. Membran semipermeabel dipakai untuk memisahkan makromolekul dari larutan. Ukuran dan bentuk molekul terlarut merupakan faktor penting. Dalam teknologi pemurnian air, membran ultrafiltrasi dengan berat molekul membran (MWC) 1000 – 20000 lazim untuk penghilangan pirogen, sedangkan berat molekul membrane (MWC) 80.000- 100.000 untuk pemakaian penghilangan koloid. Terkadang pirogen (BM 10.000- 20.0000) dapat dihilangkan oleh membrane 80.000 karena adanya membrane dinamis. Tekanan sistem ultrafiltrasi biasanya rendah, 10-100 psi (70-700 kPa), maka dapat menggunakan pompa sentrifugal biasa. Membran ultrafiltrasi sehubungan dengan pemurnian air dipergunakan untuk menghilangkan koloid (penyebab fouling) dan penghilangan mikroba, pirogen dan partikel dengan modul higienis. Membran ultrafiltrasi dibuat dengan mencetak polimer selulosa acetate (CA) sebagai lembaran tipis. Fluks maksimum bila membrannya anisotropic, ada kulit tipis rapat dan pengemban berpori. Membran selulosa acetate (CA) mempunyai sifat pemisahan yang bagus namun sayangnya dapat dirusak oleh bakteri dan zat kimia, rentan pH. Adapula membrane dari polimer polisulfon, akrilik, juga polikarbonat, PVC, poliamida, piliviniliden fluoride, kopolimer AN-VC, poliasetal, poliakrilat, kompleks polielektrolit, PVA ikat silang. Juga dapat dibuat membrane dari keramik, aluminium oksida, zirconium oksida, dsb.
4. Nanofiltrasi
Proses nanofiltrasi merejeksi kesadahan, menghilangkan bakteri dan virus, menghilangkan warna karena zat organik tanpa menghasilkan zat kimia berbahaya seperti hidrokarbon terklorinisasi. Nanofiltrasi cocok bagi air padatan total terlarutrendah, dilunakkan dan dihilangkan organiknya. Sifat rejeksinya khas terhadap tipe ion : ion dwivalen lebih cepat dihilangkan daripada yang ekavalen, sesuai saat membrane itu diproses, formulasi bak pembuat, suhu, waktu annealing, dan lain-lain. Formulasi dasarnya mirip osmosis balik tetapi mekanisme operasionalnya mirip ultrafiltrasi. Jadi nanofiltrasi itu gabungan antara
osmosisi balik dan ultrafiltrasi.
FAKTOR- FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KINERJA MEMBRAN
Pembuatan membran mempunyai spesifikasi khusus tergantung untuk apa membran tersebut digunakan dan spesifikasi apa product yang diharapkan. Beberapa faktor yang mempengaruhi dalam penggunaan membran diantaranya sebagai berikut :
1. Ukuran Molekul
Ukuran molekul membran sangat mempengaruhi kinerja membran. Pada pembuatan mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi mempunyai spesifikasi khusus. Sebagai contoh untuk membran protein kedele yang dihidrolisis menggunakan ukuran
membrane 5000 MWCO, 10.000 MWCO dan 50.000 MWCO.
2. Bentuk Molekul
Bentuk dan konfigurasi macromolekul mempunyai efek pada kekuatan ion, temperature dan interaksi antar komponen. Perbedaan bentuk ini khusus pada kondisi dibawah permukaan membrane. Hal ini dapat terlihat dalam penggunaan membrane pada protein dan dextrin.
3. Bahan Membran
Perbedaan bahan membran akan berpengaruh pada hasil rejection dan distribusi ukuran pori. Sebagai contoh membrane dari polysulfone dan membrane dari selulosa asetat, kedua membran ini menunjukkan rendahnya deviasi antara kedua membran dan ini mempunyai efek pada tekanan membran. Selain itu mempunyai efek pada tingkat penyumbatan (fouling) pada membrane.
4. Karakteristik Larutan
Pada umumnya berat molekul larutan garam dan gula mempunyai berat molekul yang kecil dari ukuran pori membran. Karakteristik larutan ini mempunyai efek pada permeability membran
5. Parameter operasional
Jenis parameter yang digunakan pada operasional umumnya terdiri dari tekanan membran, permukaan membran, temperature dan konsentrasi. Dan parameter tambahan adalah : pH, ion strength dan polarisasi
