BAB I

FiltrasiA. Pengertian Filtrasi

Filtrasi adalah operasi dimana campuran yang heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan dipisahkan oleh media filter yang meloloskan fluida tetapi menahan partikel-partikel padatan.

Hal yang paling utama dalam filtrasi adalah mengalirkan fluida melalui media berpori. Filtrasi dapat terjadi karena adanya gaya dorong, misalnya ; gravitasi, tekanan dan gaya sentrifugal. Pada beberapa proses media filter membantu balok berpori (cake) untuk menahan partikel-partikel padatan di dalam suspensi sehingga terbentuk lapisan berturut-turut pada balok sebagai filtrat yang melewati balok dan media tersebut.

Pada umumnya filter dapat digolongkan berdasarkan gaya dorong alami.PRINSIP

Prefiltration dapat digambarkan hanya sebagai setiap langkah filtrasi dimasukkan ke dalam proses manufaktur sebelum filtrasi akhir. Tujuan yang biasa dalam melakukan penyaring farmasi adalah untuk menghilangkan partikel keberatan dari obat cairan persiapan. Dalam mempengaruhi seperti pemurnian di sana adalah kekhawatiran untuk tingkat di mana filtrasi berlangsung, dan sejauh mana hasil sebelum partikel dipertahankan blok pori-pori filter cukup untuk membuat filtrasi lebih lanjut sehingga lambat hingga praktis. Sebuah kecukupan penghapusan partikel adalah tujuan prinsip. Tingkat filtrasi dan throughput pertimbangan sekunder. Namun demikian, partikel akrual pada relatif saringan akhir untuk yang porositas dan luas permukaan filter menentukan tingkat yang sedang berlangsung filtrasi serta pemutusan akhirnya.

Dalam hampir semua proses farmasi dan biotek, filter akhir adalah mikroporous membran, yang dibuat dari polimer berteknologi tinggi. hal ini tersedia secara komersial dalam penentuan ukuran pori 0,04-8 mm, dan karena modenya manufaktur adalah distribusi ukuran pori yang sempit. Akibatnya, filter ini mungkin mempertahankan partikel ukuran lebih besar dari pori-pori mereka peringkat ukuran dengan kehandalan yang hebat, seorang yang mekanisme saringan partikel retensi retensi sedang atau pengecualian ukuran. menjadi sangat efektif menghilangkan partikel sub-micronic, mereka mempertahankan sehingga benar-benar bahwa dengan berat cairan dimuat mereka tidak mungkin memiliki kapasitas yang signifikan untuk menghapus volume besar partikulat sambil mempertahankan aliran fluida yang cukup di filter. Lebih penting lagi, masalah partikulat yang lebih dengan filter akhir ditantang dan dipertahankan, tinggi tekanan diferensial di filter akan menjadi. Hal ini diinginkan karena itu secara luas diketahui bahwa filter melakukan retensi pada efisiensi tertinggi partikel saat dioperasikan pada tekanan diferensial rendah (( p). Pada rendah ( p filter mempertahankan partikel kecil melalui mekanisme penyerapan adsorptif. Menurunkan tekanan operasi perbedaan akan memberikan throughput yang lebih besar dari akan tinggi ( p, karena semakin tinggi perbedaan tekanan cenderung memampatkan penyaring kue render mereka kurang permeabel.B. Metode FiltrasiFiltrasi dengan aliran vertikal dilakukan dengan membagi limbah ke beberapa filter bed (2 atau 3 unit) secara bergantian. Pembagian limbah secara bergantian tersebut dilakukan dengan pengaturan klep (dosing)dan untuk itu perlu dilakukan oleh operator. Karena perlu dilakukan pembagian secara bergantian tersebut, pengoperasian sistem ini rumit hingga tidak praktis.

Filtrasi dengan aliran horizontal dilakukan dengan mengalirkan limbah melewati media filter secara horizontal. Cara ini sederhana dan praktis tidak membutuhkan perawatan, khususnya bila di desain dan dibangun dengan baik.

Filtrasi dengan aliran vertikal dan horizontal mempunyai prinsip kerja yang berbeda. Filtrasi horizontal secara permanen terendam oleh air limbah dan proses yang terjadi adalah sebagian aerobik dan sebagian anaerobik.Sedangkan pada filtrasi vertikal, proses yang terjadi cenderung anaerobik. Prinsip kerja tersebut dapat dilihat pada sketsa dibawah:

Mengingat faktor pengelolaan maka untuk finalisasi pengolahan limbah industri filtrasi dengan aliran horizontal lebih sesuai, hingga dalam manual ini hanya sistem tersebut yang dibahas dengan lebih rinci.Penyumbatan merupakan salah satu faktor yang perlu diperhatikan didalam filtrasi horizontal. Bila penyumbatan (clogging) ini terjadi maka konstruksi tersebut tidak akan berfungsi dengan semestinya dan perlu dilakukan pembongkaran serta penggantian media dan hal tersebut merupakan pekerjaan yang menyulitkan. Karena itu pemilihan media merupakan salah satu issue yang amat penting didalam men desain filtrasi horizontal.

Sungguhpun pada tingkat finalisasi (post treatment), beban organis dan padatan pada air limbah lebih besar dibanding filtrasi untuk pengolahan air minum. Karena itu media yang lazim digunakan untuk filtrasi horizontal adalah gravel (kerikil). Konstruksi demikian sering juga disebut sebagai : Constructed Wetland; Sub Surface Flow Wetland (SSF), atau; Root Zone Treatment Plant.Beberapa syarat yang perlu diperhatikan untuk applikasi Filtrasi Horizontal adalah:

Sedimen didalam limbah cair harus cukup rendah. Dalam hal ini masukan limbah kedalam Imhoff cone dan setelah kira kira 1 jam sedimen nya harus kurang dari 1 ml/I.

Sedangkan Suspended Solid yang tidak terendapkan harus kurang dari 100 ml/I Hal lain yang perlu juga diperhatikan adalah bila COD dari settleable solid kurang dari 40% dari Total SS; ada kemungkinan bahwa padatan didalam-nya adalah lemak (fat) dalam bentuk kolloida. Formasi lemak tersebut dapat menghambat pengaliran didalam filtrasi horizontal (mengt. raagi hydraulic conductivity)dan konsekwensinya mengurangi umur dan kinerja konstruksi.Kasus seperti ini banyak dijumpai pada limbah industri makanan misalnya industri dairy, pemotongan hewan, dlsb.

COD dari limbah tidak lebih dari kira kira 400 mg/I.Konsekwensinya cara ini lebih baik digunakan untuk pengolahan lanjutan (post treatment) dan bukannya untuk primary treatment.Proses treatment yang terjadi pada Filtrasi Horizontal amat komplex.

Terdapat beberapa teori dan pendapat yang berusaha menjelaskan proses yang terjadi. Misalnya bagaimana proses physical filtration,terjadinya intake udara, pengaruh tanaman pada proses biologis,dlsb. Tetapi semua pendapat dan teori tersebut masih merupakan rekaan dan masih terdapat banyak kontroversi.Andaikata proses yang terjadi pada tiap bagian dapat dijelaskan,masih terdapat pertanyaan besar untuk menjelaskan interaksi antar tiap proses yang terjadi didalam keseluruhan konstruksi ini.SEKTOR INDUSTRIJENIS MEMBRANE

Air minumNF, UF, RO

Air Demin untuk IndustriRO, ED, EDI

Air limbah & air sungai Pemurnian Langsung MBRMF, UF, NF, RO, EDMF, UF

BAB II

Tipe FiltrasiMacam-Macam Filter

a. Filter Gravitasi (Gravity Filter)

Merupakan tipe yang paling tua dan sederhana.

Filter ini tersusun atas tangki-tangki yang bagian bawahnya berlubang-lubang dan diisi dengan pasir-pasir berpori dimana fluida mengalir secara laminer

Filter ini dugunakan untuk proses fluida dengan kuantitas yang besar dan mengandung sedikit padatan. Contohnya : pada pemurnian air.

Tangki biasanya terbuat dari kayu, bata atau logam tetapi untuk pengolahan air biasa digunakan beton. Saluran dibagian bawah yang berlubang mengarah pada filtrat, saluran itu dilengkapi dengan pintu atau keran agar memungkinkan backwashing dari dasar pasir untuk menghilangkan padatan-padatan yang terakumulasi. Bagian bawah yang berlubang tertutup oleh batuan atau kerikil setinggi 1 ft atau lebih untuk menahan pasir. Pasir yang biasa digunakan dalam pengolahan air sebagai media filter adalah pasir-pasir kuarsa dalam bentuk yang seragam. Kokas yang dihancurkan biasanya digunakan untuk menyaring asam sulfur. Batu kapur biasanya digunakan untuk membersihkan cairan organik baik dalam filtrasi maupun adsorbsi.Kelebihan Filter Gravitasi (Gravity Filter).1) Tidak menggunakan bahan kimia dalam proses filtrasi ( penyaringan ).

2) Alat yang digunakan mudah didapatkan seperti pasir, kayu dan batu kapur.

3) Dapat membersihkan cairan organik baik dalam filtrasi maupun adsorbsi

Kekurangan Filter Gravitasi (Gravity Filter).1) Penyaringan yang dilakukan tidak dapat menghilangkan sisa padatan dari bahan yang akan di filtrasi2) Penyaringan dilakukan dalam skala kecil dengan mengandung padatan yang sedikit.b. Filter Pelat dan BingkaiFilter tekanan biasanya tersusun dari pelat-pelat dan bingkai-bingkai (gb. 2-34). Pada filter ini pelat-pelat dan bingkai-bingkai disusun secara bergantian dengan filter kain dengan arah berkebalikan pada tiap pelat. Pemasangannya dilakukan secara bersamaan sebagai kesatuan gaya mekanik (oleh sekrup / secara hidrolik). (gb. 2-36)

Ada beberapa macam tipe bertekanan yang menggunakan pelat dan bingkai. Yang paling sederhana mempunyai salah satu saluran tunggal mengenali suspensi pada pencucian dan pembukaan tunggal pada setiap pelat untuk mangalirkan cairan (pada pengiriman terbuka). Tipe yang lain mempunyai saluran terpisah untuk membedakan suspensi dan air pencucian tetapi ada juga yang menggunakan saluran terpisah untuk memisahkan suspensi dan air pencucian (pada pengiriman tertutup). Saluran ini biasanya terdapat di pojok atau di tengah atau tepat di tengah.

Umpan suspensi masuk malalui saluran yang terbentuk dari lubang-lubang pada pojok kanan atas antara pelat dan bingkai. Dari saluran ini, suspensi masuk ke bingkai menuju ruang di antara pelat-pelat. Tekanan pada suspensi diumpankan pada proses penekanan untuk menghasilkan filtrat. Filtrat tersebut menuju ruang-ruang diantara kain dan pelat melalui kain-kain dari kedua sisi pelat ke keluaran yang berupa klep atau menuju saluran kedua yang dibentuk oleh lubang-lubang pada pojok lain dari pelat dan bingkai dengan keluaran yang didukung oleh pelat-pelat tidak oleh bingkai. Baik keluaran melalui saluran atau melalui keran atau klep dan pelat dilubangi atau dibuat dengan filtrat, memasuki keluaran melalui sisi pelat.

Padatan dalam suspensi berakumulasi dalam kain pada sisi sebaliknya dari pelat-pelat. Setelah beberapa waktu sebagian kecil ruang diantara pelat tersedia untuk suspensi, dan umpan dimatikan. Jika cake dicuci, fluida pencuci di dalamnya disalurkan ke dalam suspensi atau masukan campuran bi balik suspensi, masuk ke cake kurang lebih dari tengah bingkai, dan lewat menuju pelat pada kedua sisi. Setelah cake dicuci, aliran ini terhenti, gaya yang menahan pelat dilepaskan, pelat dan bingkai terbuka seketika, dan cake dihilangkan atau dibuang ke dalam lubang di bawah penekan. Setelah pembuangan selesai, penekan ditutup lagi dengan memberikan gaya mekanik untuk mengunci pelat dan bingkai bersamaan, dan sebuah siklus baru filtrasi dimulai.

Pencucian dapat dikeluarkan terpisah dari filtrat dengan menyediakan kedua keluaran bawah melalui keran dan sebuah saluran terpisah pada pojok lainnya dari pelat.

Pencucian sederhana adalah ketika pencucian mengalir melalui cake dengan jalan yang sama seperti filtrat. Ekspresi trhough washing atau every other pelate washing (gb. 2-38) membutuhkan penggunaan dua tipe pelat yang berbeda. Pelat yang bukan pencuci (satu tombol) dan pelat pencuci (tiga tombol) diisikan dalam penekan diantara bingkai (dua tombol). Umpan memasuki bingkai seperti sebelumnya. Pencucian memasuki setiap pelat dan melewati dua cake pada bingkai di kedua sisi pelat, meninggalkan keran pada pelat bukan pencuci (satu tombol). Metode ini memerlukan klep yang tertutup pada pelat-pelat (tiga tombol) ke dalam masukan pencuci.

Semua tipe pelat ini dapat didesain untuk mengoperasikan pada pengiriman tertutup dengan menyediakan saluran ketiga yang dibentuk oleh lubang di sebelah pojok kanan bawah pelat dan bingkai. Empat saluran memungkinkan untuk mengoperasikan dengan menggunakan pengiriman tertutup dengan keluaran terpisah untuk filtrat dan pencucian. Umpan suspensi masuk ke setiap bingkai melalui saluran kanan atas (tidak ada pembukaan dari saluran ini ke pelat manapun). Filtrat meninggalkan setiap pelat menuju saluran kiri bawah bingkai penuh dengan cake. Pencucian masuk melalui saluran kiri atas ke setiap pelat menuju cake ganda di antara bingkai pada sisi lain pelat ini dan keluar melalui saluran kanan bawah pada pelat pengganti (satu tombol). Selama pencucian keran pada filtrat pada keluaran dan masukan pencucian tertutup.

Penekan pelat dan bingkai sangat luas digunakan khususnya ketika cake sangat berharga dan ukurannya sangat kecil. Filter yang kontinyu menggantikan penekan pelat dan bingkai untuk banyak operasi berskala besar. c. Batch Leaf Filter

Filter daun mirip dengan filter pelat dan bingkai, di bagian dalamnya cake disimpan pada setiap sisi daun dan filtrat mengalir keluar melalui saluran dari saringan pembuangan air yang kasar pada daun di antara cake, daun-daun tersebut dibenamkan ke dalam suspensi.

Filter tertutup dan kran masukan terbuka sehingga suspensi dapat masuk ke selongsong dengan udara yang dipindahkan dari ventilasi ke selongsong atas bagian belakang. Ventilasi dapat tertutup atau dibiarkan terbuka setelah selongsong penuh. Jika kran dibiarkan terbuka, maka kran akan membatasi aliran berlebih dan akan mengembalikan umpan yang berlebih ke tangki pengumpan sehingga dapat memberikan sirkulasi yang lebih baik antara filter daun dan untuk menjaga partikel-partikel besar dari pengendapan filtrasi dilanjutkan sampai ketebalan yang diinginkan tercapai atau filtrasi rata-rata turun secara tajam.

Umpan didiamkan sebentar, saluran keluaran terbuka kemudian slurry dialirkan. Tekanan udara rendah dialirkan ke dalam tangki untuk menambahkan solution berlebih. Adanya perbedaan tekanan akan membantu menjaga cake di dalam melawan filter kain. Setelah filter kosong, tutup dapat dibersihkan atau dialiri udara berlebih untuk mengeringkan cake lebih dulu. Untuk kelebihan fluida pencuci dikeringkan pada akhir pencucian dengan cara sama seperti pada kelebihan slurry dan cake dialiri dengan udara.

Contoh : pembuatan Mg dari air laut.

d. Rotary Vacuum Filter?Rotary Vacuum Filter adalah sebuah filter yang bekerja secara berkelanjutan dimana bagian yang solid dari sebuah campuran dipisahkan oleh filter yang hanya dapat dilalui oleh liquid atau gas, dalam hal ini keadaan vakum diperlukan untuk mengakumulasi zat padat di permukaan. Prinsip KerjaTekanan di luar drum adalah tekanan atmosferik tetapi di dalam drum mendekati vakum. Drum dimasukkan ke dalam cairan yang mengandung suspensi padatan, lalu diputar dengan kecepatan rendah. Cairan tertarik melewati filter cloth karena tekanan vakum, sedangkan padatan tertinggal di permukaan luar drum membentuk cakeGambar Cara Kerja

Cara Kerja Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, RVF (Rotary Vacuum Filter) bekerja secara continous. Setiap perputarannya terdiri dari cake formation, cake washing (jika diperlukan), drying, dan cake discharge. Selama perputaran drum, tekanan vakum menarik liquid melalui medium filter (cloth) di permukaan drum yang menahan padatan. Tekanan vakum mendorong gas/udara melalui cake dan gas tersebut akan mendorong liquid masuk ke dalam. Filtrat dan aliran udara akan melalui pipa filtrat internal kemudian masuk ke katup RVF dan bermuara di vakum receiver di mana liquid dipisahkan dari aliran udara. RVF ini biasanya dilengkapi dengan liquid ring vacuum pump atau barometric leg untuk menghasilkan tekanan vakum.

Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat dibedakan menjadi dua yaitu saringan pasir cepat dan saringan pasir lambat. Saringan pasir cepat dibedakan dalam beberapa kategori :

1. Menurut jenis media yang dipakai

2. Menurut sistem control kecepatan filtrasi

3. Menurut arah aliran

4. Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan

5. Menurut pretreatment yang diperlukan

Jenis-jenis filter berdasarkan sistem operasi dan media

Jenis media filter :

1. Single media: satu jenis media seperti silica, atau dolomite saja

2. Dual media : misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit

3. Multi media : misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan gamet

1. Filter single media, filter cepat tradisional biasanya digunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi padaq lapisan paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga dan sistem pematusan (under drain).

2. Filter dual media, sering gunakan filter dengan media pasir kwarsa lapisan bawah dan anthrasit pada lapisan atas.

Keuntungan dual media:

a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (10-15m/jam)

b. Periode pencucian lebih lama.

c. Merupakan peningkatan filter single media murah)

3. Multi media filter : terdiri dari anthrasit, pasir dan gamet atau dolomite, funsi multi media adalah tuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring.

Gambar : Filter aliran secara gravitasi dengan kelengkapannya ( Tom D. Reynolds, 1992)

Sistem control kecepatan :

1. Constant rate: debit hasil proses filtrasi konstan sampai pada level tertentu.hal ini dilakukan dengan member kebebasan kenaikan level muka air di atas media filter.

2. Declining rate : debit hasil proses filtrasi menurun seiring dengan waktu filtrasi, atau level muka air diatas media filter dirancang pada nilai yang tetap.

Sistem aliran :

1. Aliran down flow (kebawah)

2. Aliran upflow (keatas)

3. Aliran horizontal.

Kaidah pengaliran

1. Aliran secara gravitasi

2. Aliran dibawh tekanan (pressure filter)Pretreatment :1. kogulasi-flokulasi- sedimentasi2. Direct filtration.

Gambar : potongan filter saat operasi dan pencucian balik (back wash)

BAB III

Perhitungan

Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai aliran dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan aliran mengikuti persamaan Darcy-Weisbach sbb:

HL=f dimana

hL = kehilangan tekanan akibat gesekan aliran

L = panjang atau kedalaman media

V = kecepatan aliran

D = diameter kanal

porsi kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan dengan menggunakan percobaan piezometri dalam skala laboratorium seperti terlihat pada gambar

jika r besarnya jari-jari hidrolisis pada saluran pipa, maka:

Prositas media dapat dinyatakan sebagai perbandingan:

Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume rongga Vv dapat dinyatakan sebagai:

Jika Ab luas permukaan butiran maka jari-jari hidrolisis r adalah:

dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga:

Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) Va = (debit/luas area bak), maka kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:

Untuk jenis media yang tidak bulat digunakan faktor kebulatan , sehingga perlu dikoreksi:

Dari rumus Darcy Weisbach untuk f = f, diperoleh persamaan Carman Kozeny:

Nilai f merupakan fungsi Nre (Ergun, 1952):

Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang diturunkan dengan rumus:

Dimana: = berat jenis

= viskositas dinamis

( = viskositas kinematis

Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb:

CD = koefesien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds

Nilai koefesien drag untuk NRe < 1 :

Untuk 1