Perubahan iklim sangat berdampak pada kandungan dan karakteristik NOM di air permukaan melalui berbagai mekanisme yang kompleks, menjadikan NOM sebagai polutan utama dalam pengolahan air minum. Sumber air-NOM yang tinggi umumnya menunjukkan warna yang tinggi dan DOC (dosis per satuan luas) yang tinggi. NOM tidak hanya menyebabkan masalah warna dan bau pada badan air tetapi juga bereaksi dengan disinfektan menghasilkan produk samping karsinogenik.
Proses pengolahan air minum tradisional memiliki efisiensi penghilangan NOM yang terbatas, sedangkan proses membran organik konvensional memiliki kelemahan seperti kerentanan terhadap pengotoran dan ketahanan korosi yang buruk. Membran keramik yang digabungkan dengan koagulasi menghasilkan solusi yang inovatif,-konsumsi-energi rendah, kompak, dan sangat stabil untuk memurnikan air permukaan-NOM tinggi.
Tiga Metode Pra-Perawatan: Dari Tradisional hingga Kekompakan Tertinggi
Sebuah tim peneliti Eropa merancang dan membandingkan tiga model untuk pra-perlakuan koagulasi dan flokulasi, sehingga mencapai optimalisasi aliran proses secara berkelanjutan sekaligus memastikan efektivitas pengolahan:
1. Koagulasi/Flokulasi Dua-Tangki Tradisional
Sebagai mode pengolahan klasik, proses ini menggunakan desain reaksi dua{0}}tahap: tangki pencampur cepat dan tangki flokulasi lambat. Air mentah dan koagulan dicampur secara menyeluruh dalam tangki pencampur cepat sebelum memasuki tangki flokulasi untuk menyelesaikan pertumbuhan flok, dengan total waktu retensi hidrolik (HRT) 21 menit. Mode ini memberikan reaksi yang menyeluruh namun membutuhkan tapak yang besar dan biaya konstruksi yang tinggi.
2. Mode Pencampuran Cepat
Mode ini menyederhanakan aliran proses, menghilangkan tangki flokulasi lambat dan hanya mempertahankan unit pencampuran cepat. Koagulan dan air baku dicampur dan langsung masuk ke modul membran, sehingga mengurangi waktu retensi hidrolik menjadi 7 menit. Sambil mempertahankan efektivitas perawatan dasar, hal ini secara signifikan menyederhanakan konfigurasi peralatan.
3. Mode Flokulasi Tubular Online
Ini adalah solusi ringkas paling inovatif dalam penelitian ini. Alur prosesnya adalah sebagai berikut: air baku + koagulan → pencampuran pompa umpan membran → flokulan berbentuk tabung → membran keramik → meresap. Tidak ada tangki reaksi selama proses berlangsung; pencampuran dan flokulasi diselesaikan melalui pipa. Waktu retensi hidrolik (HRT) hanya 45 detik, dan nilai G-dikendalikan pada 330 s⁻¹. Ini memiliki jejak terkecil di antara ketiga mode tersebut.
Parameter Inti: Dukungan Perangkat Keras Membran Keramik
Percobaan ini menggunakan membran keramik, yang karena sifat bahan anorganiknya yang tahan terhadap bahan kimia dan kekuatan mekanik yang tinggi, menjadi pendukung perangkat keras inti untuk operasi proses yang stabil.
Hasil Eksperimen: Keuntungan Ganda-Efisiensi Tinggi + Rendah-Polusi
Penelitian ini menggunakan DOC, warna, dan UV₂₅₄ sebagai indikator evaluasi NOM dan perbedaan tekanan transmembran (TMP) sebagai indikator evaluasi pengotoran membran, mengoptimalkan jenis, dosis, dan nilai pH koagulan.
Eksperimen tersebut membandingkan polialuminium klorida dan besi klorida, dan hasilnya cukup mencerahkan:
Penghapusan DOC:
Garam aluminium mencapai tingkat penghilangan 50%-85% pada pH 5,5, meningkat seiring dengan peningkatan dosis.
Garam besi mencapai tingkat penghilangan maksimum 87% pada pH 4,5 dan 10 mg/L.
Penghapusan Warna:
Aluminum salts were optimally removed at pH 5.5, with a dosage as low as 2 mg/L achieving a removal rate >90%.
Garam besi dihilangkan secara optimal pada pH 5,0, membutuhkan 6... Untuk mencapai hasil yang setara memerlukan konsentrasi di atas mg/L.
Temuan utama dari penelitian ini adalah bahwa lebih banyak koagulan belum tentu lebih baik.
Pada garam aluminium 2 mg/L: netralisasi muatan tidak mencukupi, gumpalan kecil, dan pori-pori membran mudah tersumbat.
Pada garam aluminium 5 mg/L: restabilisasi muatan dapat terjadi, atau beban permukaan membran mungkin terlalu tinggi.
Pada garam aluminium 3 mg/L: pengotoran membran paling rendah, dan pengoperasian paling stabil.
Artinya, mengoptimalkan dosis lebih penting daripada meningkatkannya secara membabi buta.
Mengenai pengotoran membran, ia menunjukkan stabilitas yang sangat kuat, dengan pengotoran membran ireversibel yang sangat rendah. Pada dosis garam aluminium 3 mg Al/L, laju pengotoran membran mencapai tingkat optimal, dengan kenaikan tekanan-siklus tunggal hanya sekitar 40 mbar. Dikombinasikan dengan backwashing rutin,-operasi stabil jangka panjang dapat dipertahankan.
Perlu dicatat bahwa konsentrasi logam sisa dalam limbah merupakan indikator pembatas inti untuk operasi proses. Dalam kisaran pH optimal 4,5–5,5 untuk menghilangkan NOM, konsentrasi sisa aluminium dan besi dengan mudah melebihi 150 ug/L (batas aluminium dalam "Standar Kualitas Air Minum GB5749-2022" adalah 200 ug/L dan untuk besi, 300 ug/L). Dalam rekayasa praktis, penting untuk menyeimbangkan nilai pH dan dosis koagulan, dengan mempertimbangkan efisiensi penghilangan dan keamanan limbah.
Mode flokulasi tubular online adalah pilihan yang lebih disukai
Perbandingan tiga mode pretreatment terungkap:
Tingkat penghapusan warna dan DOC keduanya sekitar 80%, dengan perbedaan yang dapat diabaikan.
Tingkat pengotoran membran ireversibel serupa (0,06-0,10 mbar/jam).
Kekeruhan limbah secara konsisten tetap berada di bawah 0,1 NTU.
Ketiga mode tersebut tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan dalam efisiensi penghilangan NOM, namun mode flokulasi tubular online, dengan waktu retensi hidraulik yang sangat-pendek yaitu 45 detik dan desain minimalis tanpa tangki reaksi, menjadi pilihan optimal.
Studi ini menegaskan bahwa proses koagulasi-flokulasi + membran keramik sepenuhnya dapat diterapkan pada kebutuhan pemurnian air permukaan dengan NOM (Biasanya Kandungan Oksigen) yang tinggi: dosis koagulan yang rendah menghasilkan perlakuan yang sesuai; membran keramik dapat dicuci dan memiliki umur yang panjang; dan konsumsi energi pengoperasiannya jauh lebih rendah dibandingkan proses tradisional. Mode flokulasi tubular online mendobrak batasan besar yang melekat dalam proses pengolahan air tradisional, memberikan dukungan teknis untuk pembangunan pabrik air minum yang kompak dan cerdas.
Kesimpulan
Dihadapkan dengan standar kualitas air minum yang semakin ketat dan tantangan pencemaran sumber air, proses pra-perlakuan membran keramik koagulasi-menyeimbangkan efektivitas pengolahan dengan pengurangan biaya teknik sipil. Dengan keunggulan utamanya berupa penghilangan-efisiensi tinggi, polusi rendah, desain ringkas, dan konsumsi energi rendah, sistem ini memberikan pendekatan baru bagi instalasi air yang menangani sumber air dengan kandungan-organik-tinggi (seperti air waduk di selatan dan sebagian air sungai di utara).