Desalinasi

Desalinasi air
Metode
Distilasi Multi-stage flash distillation (MSF) Multiple-effect distillation (MED) Vapor-compression (VC) Pertukaran ion Teknologi membran Electrodialysis reversal (EDR) Reverse osmosis (RO) Nanofiltration (NF) Membrane distillation (MD) Osmosis maju (FO) Freezing desalination Geothermal desalination Solar desalination Solar humidification–dehumidification (HDH) Multiple-effect humidification (MEH) Seawater greenhouse Kristalisasi Metana klatrat High grade water recycling Wave-powered desalination

Desalinasi adalah proses yang menghilangkan komponen mineral dari air asin. Secara lebih umum, desalinasi mengacu pada penghilangan garam dan mineral dari bahan target (tidak harus berupa air), misalnya seperti desalinasi tanah dalam bidang pertanian. Air asin (terutama air laut) didesalinasi untuk menghasilkan air yang cocok untuk konsumsi atau irigasi manusia. Produk sampingan dari proses desalinasi adalah air asin. Desalinasi digunakan pada banyak kapal laut dan kapal selam. Sebagian besar penggunaan modern dalam desalinasi difokuskan pada penyediaan air tawar yang hemat biaya untuk digunakan manusia. Seiring dengan air limbah yang didaur ulang, metode ini adalah salah satu dari beberapa sumber air yang tidak bergantung pada curah hujan.

Dua metode yang paling banyak digunakan adalah osmosis terbalik (47,2%) dan distilasi kilat multi-tahap (36,5%).

Pada kehidupan modern seperti saat ini, proses desalinasi difokuskan pada pengembangan cara yang efektif untuk menyediakan air bersih untuk digunakan di wilayah yang memiliki keterbatasan air. Desalinasi pada skala besar biasanya menggunakan sejumlah besar energi dan infrastruktur spesialis, sehingga sangat mahal dibandingkan dengan penggunaan air tawar dari sungai atau air tanah.

Teknologi

Desalinasi adalah proses buatan dimana air asin (umumnya air laut) diubah menjadi air tawar. Proses desalinasi yang paling umum adalah distilasi dan reverse osmosis.

Ada beberapa metode. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan tetapi semuanya berguna. Metode dapat dibagi menjadi metode berbasis membran (misalnya osmosis balik) dan berbasis termal (misalnya, distilasi flash bertingkat).Proses desalinasi tradisional adalah distilasi (yaitu, merebus menguapkan dan mengkondensasi dingin ulang air laut untuk meninggalkan garam dan kotoran).

Saat ini ada dua teknologi dengan sebagian besar kapasitas desalinasi dunia: distilasi flash multi-tahap dan osmosis balik .

Distilasi

Penyulingan surya meniru siklus air alami, di mana matahari memanaskan air laut cukup untuk terjadinya penguapan. Setelah penguapan, uap air terkondensasi ke permukaan yang dingin. Ada dua jenis desalinasi matahari. Tipe pertama menggunakan sel fotovoltaik untuk mengubah energi matahari menjadi energi listrik untuk menggerakkan desalinasi. Jenis kedua mengubah energi matahari menjadi panas, dan dikenal sebagai desalinasi bertenaga panas matahari.

Air dapat menguap melalui beberapa efek fisik selain penyinaran matahari. Efek ini telah dimasukkan dalam metodologi desalinasi multidisiplin di Rumah Kaca IBTS. IBTS adalah pabrik desalinasi (listrik) industri di satu sisi dan rumah kaca yang beroperasi dengan siklus air alami (diperkecil 1:10) di sisi lain. Berbagai proses penguapan dan kondensasi ditampung dalam utilitas berteknologi rendah, sebagian di bawah tanah dan bentuk arsitektur bangunan itu sendiri. Sistem biotektur terintegrasi ini paling cocok untuk penghijauan gurun skala besar karena memiliki km 2jejak untuk penyulingan air dan sama untuk transformasi lanskap dalam penghijauan gurun, masing-masing regenerasi siklus air tawar alami.

Dalam distilasi vakum tekanan atmosfer berkurang, sehingga menurunkan suhu yang dibutuhkan untuk menguapkan air. Cairan mendidih ketika tekanan uap sama dengan tekanan sekitar dan tekanan uap meningkat dengan suhu. Secara efektif, cairan mendidih pada suhu yang lebih rendah, ketika tekanan atmosfer sekitar lebih rendah dari tekanan atmosfer biasa. Jadi, karena tekanan berkurang, panas "limbah" bersuhu rendah dari pembangkit tenaga listrik atau proses industri dapat digunakan.

Air diuapkan dan dipisahkan dari air laut melalui distilasi flash multi-tahap, yang merupakan rangkaian penguapan flash. Setiap proses flash berikutnya menggunakan energi yang dilepaskan dari kondensasi uap air dari langkah sebelumnya.

Distilasi multi-efek (MED) bekerja melalui serangkaian langkah yang disebut "efek". Air yang masuk disemprotkan ke pipa yang kemudian dipanaskan untuk menghasilkan uap. Uap tersebut kemudian digunakan untuk memanaskan gelombang air laut yang masuk berikutnya. Untuk meningkatkan efisiensi, uap yang digunakan untuk memanaskan air laut dapat diambil dari pembangkit listrik terdekat. Meskipun metode ini adalah yang paling efisien secara termodinamika di antara metode yang ditenagai oleh panas, ada beberapa batasan seperti suhu maksimum dan jumlah efek maksimum.

Penguapan kompresi uap melibatkan penggunaan kompresor mekanis atau aliran jet untuk mengompres uap yang ada di atas cairan. Uap terkompresi kemudian digunakan untuk menyediakan panas yang dibutuhkan untuk penguapan sisa air laut. Karena sistem ini hanya membutuhkan daya, lebih hemat biaya jika disimpan dalam skala kecil.

Sistem desalinasi bertenaga gelombang umumnya mengubah gerakan gelombang mekanis langsung menjadi tenaga hidrolik untuk reverse osmosis. Sistem tersebut bertujuan untuk memaksimalkan efisiensi dan mengurangi biaya dengan menghindari konversi ke listrik, meminimalkan kelebihan tekanan di atas tekanan osmotik, dan berinovasi pada komponen hidrolik dan tenaga gelombang. Salah satu contohnya adalah CETO, teknologi tenaga ombak yang menghilangkan garam air laut menggunakan pelampung terendam. Pembangkit desalinasi bertenaga ombak mulai beroperasi di Garden Island di Australia Barat pada tahun 2013 dan di Perth pada tahun 2015.

Distilasi membran menggunakan perbedaan suhu melintasi membran untuk menguapkan uap dari larutan air garam dan mengembunkan air murni di sisi yang lebih dingin. Desain membran dapat memiliki pengaruh yang signifikan terhadap efisiensi dan daya tahan. Sebuah studi menemukan bahwa membran yang dibuat melalui co-axial electrospinning PVDF- HFP dan silika aerogel mampu menyaring 99,99% garam setelah penggunaan terus menerus selama 30 hari.

Osmosa

Proses desalinasi terkemuka dalam hal kapasitas terpasang dan pertumbuhan tahunan adalah reverse osmosis (RO). Proses membran RO menggunakan membran semipermeabel dan memberikan tekanan (pada sisi umpan membran) untuk menginduksi perembesan air melalui membran sambil menolak garam. Sistem membran pabrik reverse osmosis biasanya menggunakan lebih sedikit energi daripada proses desalinasi termal. Biaya energi dalam proses desalinasi sangat bervariasi tergantung pada salinitas air, ukuran pabrik, dan jenis proses. Saat ini biaya desalinasi air laut, misalnya, lebih tinggi daripada sumber air tradisional, namun diperkirakan biaya akan terus menurun dengan peningkatan teknologi yang mencakup, namun tidak terbatas pada, peningkatan efisiensi, pengurangan jejak pabrik, peningkatan operasi dan pengoptimalan pabrik, pra-perlakuan input yang lebih efektif, dan sumber energi dengan biaya lebih rendah.

Reverse osmosis menggunakan membran komposit film tipis, yang terdiri dari film tipis poliamida aromatik ultra tipis. Film poliamida ini memberi membran sifat transpornya, sedangkan membran komposit film tipis lainnya memberikan dukungan mekanis. Film poliamida adalah polimer padat, bebas rongga dengan luas permukaan yang tinggi, memungkinkan permeabilitas airnya yang tinggi. Sebuah studi baru-baru ini menemukan bahwa permeabilitas air terutama diatur oleh distribusi massa skala nano internal dari lapisan aktif poliamida.

Proses reverse osmosis membutuhkan perawatan. Berbagai faktor mengganggu efisiensi: kontaminasi ionik (kalsium, magnesium, dll.); karbon organik terlarut (DOC); bakteri; virus; koloid dan partikulat yang tidak larut; biofouling dan penskalaan. Dalam kasus ekstrim, membran RO dihancurkan. Untuk mengurangi kerusakan, berbagai tahap pretreatment diperkenalkan. Inhibitor anti-scaling termasuk asam dan agen lain seperti polimer organik poliakrilamida dan asam polimaleat, fosfonat dan polifosfat. Inhibitor untuk fouling adalah biocides (sebagai oksidan terhadap bakteri dan virus), seperti klorin, ozon, natrium atau kalsium hipoklorit. Secara berkala, tergantung pada kontaminasi membran; fluktuasi kondisi air laut; atau saat diminta oleh proses pemantauan, membran perlu dibersihkan, yang dikenal sebagai pembilasan darurat atau kejut. Pembilasan dilakukan dengan inhibitor dalam larutan air tawar dan sistem harus offline. Prosedur ini berisiko terhadap lingkungan, karena air yang terkontaminasi dialihkan ke laut tanpa pengolahan. Habitat laut yang sensitif dapat rusak secara permanen.

Unit desalinasi bertenaga surya off-grid menggunakan energi surya untuk mengisi tangki penyangga di bukit dengan air laut. Proses reverse osmosis menerima umpan air laut bertekanannya pada jam-jam non-sinar matahari oleh gravitasi, menghasilkan produksi air minum yang berkelanjutan tanpa memerlukan bahan bakar fosil, jaringan listrik, atau baterai. Nano-tabung juga digunakan untuk fungsi yang sama (yaitu Reverse Osmosis).

Osmosis maju menggunakan membran semipermeabel untuk mempengaruhi pemisahan air dari zat terlarut terlarut. Kekuatan pendorong untuk pemisahan ini adalah gradien tekanan osmotik, seperti larutan "menarik" dengan konsentrasi tinggi. lBekukan–cairkan Desalinasi beku-cair (atau desalinasi beku) menggunakan pembekuan untuk menghilangkan air tawar dari air asin. Air garam disemprotkan selama kondisi beku ke bantalan tempat tumpukan es menumpuk. Ketika kondisi musiman hangat, air lelehan desalinasi alami pulih. Teknik ini bergantung pada kondisi sub-pembekuan alami dalam waktu lama.

Metode beku-cair yang berbeda, tidak tergantung cuaca dan ditemukan oleh Alexander Zarchin, membekukan air laut dalam ruang hampa. Dalam kondisi vakum es, desalinasi, dicairkan dan dialihkan untuk pengumpulan dan garam dikumpulkan.

Elektrodialisis menggunakan potensial listrik untuk memindahkan garam melalui pasangan membran bermuatan, yang menjebak garam di saluran bolak-balik. Beberapa varian elektrodialisis ada seperti elektrodialisis konvensional, pembalikan elektrodialisis.

Elektrodialisis secara bersamaan dapat menghilangkan garam dan asam karbonat dari air laut. Perkiraan awal menunjukkan bahwa biaya penghilangan karbon tersebut dapat dibayar sebagian besar jika tidak seluruhnya dari penjualan air desalinasi yang dihasilkan sebagai produk sampingan.

Sel desalinasi mikroba adalah sistem elektrokimia biologis yang menerapkan penggunaan bakteri elektroaktif untuk menggerakkan desalinasi air in situ, sumber daya gradien anoda dan katoda alami dari bakteri elektroaktif dan dengan demikian menciptakan superkapasitor internal.

Galeri

Lihat pula

• Air
• Air asin
• Siklus air
• Awan
• Banjir
• Es
• Embun
• Danau
• Hidrologi
• Hujan
• Laut
• Salju
• Sungai
• Osmosis
• Osmosis terbalik
• Yakhchāl bangunan kubah alat pendinginan Persia kuno.
• Menara air
• Menara pendingin
• Fresh Water Generator (FWG) alat pembuat air tawar pada kapal laut.

Rujukan

Catatan

1. "Desalination" (definition), The American Heritage Science Dictionary, via dictionary.com. Retrieved August 19, 2007.
2. Panagopoulos, Argyris; Haralambous, Katherine-Joanne; Loizidou, Maria (2019-11-25). "Desalination brine disposal methods and treatment technologies - A review". The Science of the Total Environment. 693: 133545. Bibcode:2019ScTEn.693m3545P. doi:10.1016/j.scitotenv.2019.07.351. ISSN 1879-1026. PMID 31374511.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
3. Fischetti, Mark (September 2007). "Fresh from the Sea". Scientific American. 297 (3): 118–119. Bibcode:2007SciAm.297c.118F. doi:10.1038/scientificamerican0907-118. PMID 17784633. 
4. Shammas, Nazih K. (2011). Water and wastewater engineering : water supply and wastewater removal. Lawrence K. Wang. Hoboken, N.J.: Wiley. ISBN 978-0-470-41192-6. OCLC 639163996. 
5. "2.2 Desalination by distillation". www.oas.org. 
6. Khawaji, Akili D.; Kutubkhanah, Ibrahim K.; Wie, Jong-Mihn (March 2008). "Advances in seawater desalination technologies". Desalination. 221 (1–3): 47–69. doi:10.1016/j.desal.2007.01.067. 
7. Warsinger, David M.; Mistry, Karan H.; Nayar, Kishor G.; Chung, Hyung Won; Lienhard V, John H. (2015). "Entropy Generation of Desalination Powered by Variable Temperature Waste Heat" (PDF). Entropy. 17 (12): 7530–7566. Bibcode:2015Entrp..17.7530W. doi:10.3390/e17117530 . 
8. Al-Shammiri, M.; Safar, M. (November 1999). "Multi-effect distillation plants: state of the art". Desalination. 126 (1–3): 45–59. doi:10.1016/S0011-9164(99)00154-X. 
9. Warsinger, David M.; Tow, Emily W.; Swaminathan, Jaichander; Lienhard V, John H. (2017). "Theoretical framework for predicting inorganic fouling in membrane distillation and experimental validation with calcium sulfate" (PDF). Journal of Membrane Science. 528: 381–390. doi:10.1016/j.memsci.2017.01.031 . 
10. Irving, Michael (July 6, 2021). . New Atlas (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal July 6, 2021. Diakses tanggal 2021-07-07.  Parameter |url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
11. Najim, Abdul (19 April 2022). "A review of advances in freeze desalination and future prospects". NPJ Clean Water (dalam bahasa Inggris). Nature. 5: 1–15. doi:10.1038/s41545-022-00158-1 .  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
12. Fritzmann, C; Lowenberg, J; Wintgens, T; Melin, T (2007). "alination". Desalination. 216 (1–3): 1–76. doi:10.1016/j.desal.2006.12.009. 
13. Warsinger, David M.; Tow, Emily W.; Nayar, Kishor G.; Maswadeh, Laith A.; Lienhard V, John H. (2016). "Energy efficiency of batch and semi-batch (CCRO) reverse osmosis desalination" (PDF). Water Research. 106: 272–282. doi:10.1016/j.watres.2016.09.029 . hdl:1721.1/105441. PMID 27728821. 
14. Thiel, Gregory P. (2015-06-01). "Salty solutions". Physics Today. 68 (6): 66–67. Bibcode:2015PhT....68f..66T. doi:10.1063/PT.3.2828. ISSN 0031-9228. 
15. Culp, T.E. (2018). "Electron tomography reveals details of the internal microstructure of desalination membranes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 115 (35): 8694–8699. Bibcode:2018PNAS..115.8694C. doi:10.1073/pnas.1804708115 . PMC 6126755 . PMID 30104388. 
16. Culp, Tyler E.; Khara, Biswajit; Brickey, Kaitlyn P.; Geitner, Michael; Zimudzi, Tawanda J.; Wilbur, Jeffrey D.; Jons, Steven D.; Roy, Abhishek; Paul, Mou; Ganapathysubramanian, Baskar; Zydney, Andrew L. (2021-01-01). "Nanoscale control of internal inhomogeneity enhances water transport in desalination membranes". Science (dalam bahasa Inggris). 371 (6524): 72–75. Bibcode:2021Sci...371...72C. doi:10.1126/science.abb8518. ISSN 0036-8075. PMID 33384374 Periksa nilai |pmid= (bantuan).  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
17. Rautenbach, Melin (2007). Membranverfahren – Grundlagen der Modul und Anlagenauslegung. Germany: Springer Verlag Berlin. ISBN 978-3540000716. 
18. Seawater Desalination – Impacts of Brine and Chemical Discharge on the Marine Environment. Sabine Lattemann, Thomas Höppner. 2003-01-01. ISBN 978-0866890625. 
19. "Access to sustainable water by unlimited resources | Climate innovation window". climateinnovationwindow.eu. 
20. "Solving fresh water scarcity, using only the sea, sun, earth & wind". www.glispa.org. 
21. "From Plentiful Seawater to Precious Drinking Water". SIDS Global Business Network. March 20, 2018. 
22. "HH Sheikh Maktoum bin Mohammed bin Rashid Al Maktoum honours 10 winners from 8 countries at Mohammed bin Rashid Al Maktoum Global Water Award". Suqia (dalam bahasa Inggris). 
23. Boysen, John E.; Stevens, Bradley G. (August 2002). "Demonstration of the Natural Freeze-Thaw Process for the Desalination of Water From The Devils Lake Chain to Provide Water for the City of Devils Lake" (PDF). 
24. Van der Bruggen, Bart; Vandecasteele, Carlo (June 2002). "Distillation vs. membrane filtration: overview of process evolutions in seawater desalination". Desalination. 143 (3): 207–218. doi:10.1016/S0011-9164(02)00259-X. 
25. Mustafa, Jawad; Mourad, Aya A. -H. I.; Al-Marzouqi, Ali H.; El-Naas, Muftah H. (2020-06-01). "Simultaneous treatment of reject brine and capture of carbon dioxide: A comprehensive review". Desalination (dalam bahasa Inggris). 483: 114386. doi:10.1016/j.desal.2020.114386. ISSN 0011-9164. 
26. Mustafa, Jawad; Al-Marzouqi, Ali H.; Ghasem, Nayef; El-Naas, Muftah H.; Van der Bruggen, Bart (February 2023). "Electrodialysis process for carbon dioxide capture coupled with salinity reduction: A statistical and quantitative investigation". Desalination (dalam bahasa Inggris). 548: 116263. doi:10.1016/j.desal.2022.116263. 

Bacaan

• Committee on Advancing Desalination Technology, National Research Council. (2008). Desalination: A National Perspective. National Academies Press.

Artikel

• Desalination: The next wave in global water consumption 2011-02-19 di Wayback Machine. from TLVInsider 2011-02-19 di Wayback Machine.

Pranala luar

• Sidem - French Desalination Company 2011-03-01 di Wayback Machine.
• GeoNoria Solar Desalination Process 2008-11-22 di Wayback Machine.
• National Academies Press | Desalination: A National Perspective
• World Wildlife Fund | Desalination: option or distraction?
• International Desalination Association
• Desalination & Water Reuse - Official magazine of the International Desalination Association 2010-04-19 di Wayback Machine.
• European Desalination Society
• IAEA - Nuclear Desalination 2008-10-17 di Wayback Machine.
• DME - German Desalination Society
• Large scale desalination of sea water using solar energy
• "Desalination Journal" and Desalination Directory of the European Desalination Society
• Desalination by humidification and dehumidification of air: state of the art 2003-04-12 di Wayback Machine.
• Zonnewater - optimized solar thermal desalination (distillation)
• SOLAR TOWER Project - Clean Electricity Generation for Desalination.
• Solar Desalination using the MEH-Method
• Article: Water issues prompt new look at desalination 2010-03-08 di Wayback Machine.
• Sun Belt Water Inc. Company website
• Desalination bibliography Library of Congress
• Water-Technology
• Cheap Drinking Water from the Ocean - Carbon nanotube-based membranes will dramatically cut the cost of desalination
• Water Desalination Free pdf book
• Tampa Bay Water Seawater Desalination^{[pranala nonaktif permanen]} Reverse Osmosis Desalination Plant on Tampa Bay
• Solar thermal-driven desalination plants based on membrane distillation 2006-03-17 di Wayback Machine.
• Encyclopedia of Water Sciences, Engineering and Technology Resources
• wind-powered desalinization plant in Perth, Australia, is an example of how technology is insulating rich countries from impacts of climate change, while poor countries remain particularly vulnerable.
• The Desal Response Group 2010-07-27 di Wayback Machine.
• Encyclopedia of Desalination and water and Water Resources
• Desalination & Water Reuse - Desalination news