PENDAHULUAN
Menurut UNESCO (Tahun 2003) melalui badan air dunianya (WWAP) menyatakan ketersediaan air tawar dunia hanya 2,5% sedangkan 97,5% adalah air laut, sehingga tidak bijak jika manusia hanya bertumpu pada air tawar yang jumlahnya sangat sedikit tersebut, dan saatnyalah kita beralih pada pemanfaatan air laut yang ketersediaannya sangat besar itu.
Belum lagi terjadinya pencemaran hebat akibat pembuangan limbah oleh pabrik, rumah tangga, dan kegiatan penambangan, dengan kondisi ini ketersediaan air bersih akan semakin terbatas. Ditambah lagi kondisi global warming (pemanasan global) telah menambah krisis air 20% dari krisis sebelumnya.
Mari kita melihat teknologi yang sudah dikuasai oleh negara-negara di Timur Tengah yang telah terlebih dahulu memurnikan air, sehingga krisis air bersih bisa diatasi oleh Negara-negara tersebut. Kerajaan Arab Saudi, misalnya, negeri dengan Ibu Kota Riyadh dimana Kota-kota utamanya antara lain : Jeddah, Mekkah, Medinah, itu sudah berhasil mengalihkan menggunakan air laut sebagai sumber air bersih untuk memenuhi kebutuhan hidup penduduknya sebanyak 27.019.731 jiwa (per Juli 2006) dengan angka pertumbuhan penduduk 2,18 % per tahun, dengan 23% dari jumlah penduduk (6 juta orang) adalah warga negara asing
Secara geografi letak Kerajaan Arab Saudi terletak di kawasan Timur Tengah, menempati 80 % luas keseluruhan semenanjung Arabia. Memiliki Luas Wilayah 2,25 juta km2
Batas Wilayah Kerajaan Arab Saudi berbatasan dengan Yaman (1458 km), Irak (814 km), Yordania (744 km), Oman (676 km), Uni Emirat Arab (457 km), Kuwait (222 km) dan Qatar (60 km) dengan Panjang garis pantai 2640 km terdiri atas 1800 km sepanjang Teluk Aqabah dan Laut Merah serta sisanya sepanjang Teluk Persia.
Sumber Daya Air di Kerajaan Saudi Arabia tidak memiliki sungai atau danau utama. Namun di semenanjung arabia sebelah timur sejumlah sumur artesis dan mata air menjadi sumber air tawar yang memadai, sedangkan di sejumlah wilayah sebelah utara dan timur semenanjung didapati aliran air bawah tanah yang cukup banyak.
Mengenai iklim, Kerajaan Arab Saudi memiliki iklim berbeda jauh antara wilayah pesisir pantai dan pedalamannya. Kawasan pesisir memiliki kelembaban yang tinggi dan suhu rata-rata normal (di bawah 380 C) sedangkan kawasan pedalaman sangat kering dan suhu udara rata-rata sangat tinggi (rata-rata 450 C di musim panas) hingga mencapai temperatur ekstrim 540 C. Curah hujan secara umum sangat rendah kecuali di Provinsi Asir bagian barat daya memiliki curah hujan rata-rata 300 mm di bulan Mei dan Oktober akibat terjadinya gejala Monsoon.
Sumber daya alam, di samping memiliki sumber daya minyak yang besar, di Arab Saudi juga ditemukan cadangan gas alam, bauksit, batubara, tembaga, emas, biji besi, fosfat, biji platina, perak, seng dan uranium.
Pemanfaatan lahan-nya, hampir setengah luas daratan Arab Saudi berupa padang pasir tak berpenghuni. Berdasarkan data statistik 2005, hanya 0,09 persen luas lahan yang ditanami. Luas lahan yang diairi oleh irigasi diperkirakan hanya 16200 km2 pada tahun 1998
Masalah kelangkaan air bersih menjadi isu tetap hingga saat ini. Di sisi lain, udara yang terlalu kering sering memicu terjadinya badai pasir dan debu yang mengganggu aktifitas transportasi. Ketiadaan sumber daya air permukaan seperti sungai dan danau menyebabkan pemanfaatan air tanah yang berlebihan. Isu lain adalah masalah tumpahan minyak di perairan pantai yang menyebabkan pencemaran lingkungan.
Hal ini membuat Kerajaan Arab Saudi dan Negara-negara lain di kawasan Timur Tengah pun bergeliat menggunakan teknologi untuk memurnikan air laut. Dan sejak era tahun 80-an, Kerajaan Arab Saudi sudah mulai merealisasikan pemurnian air laut untuk dikonsumsi rakyatnya.
Pemanfaatan Air Laut Oleh Kerajaan Arab Saudi
Melihat begitu gencarnya negara-negara Timur Tengah melakukan upaya pemanfaatan air laut sebagai sumber air bersih ini juga didorong oleh semangat untuk tetap menjaga kelestarian alam dengan meningkatkan cadangan air tanah agar bisa dimanfaatkan jauh lebih besar oleh biota tumbuh lainnya dimuka bumi ini.
Air laut
Sebagaimana telah kita ketahui bahwa air laut adalah air dari laut atau samudera. Air laut memiliki kadar garam rata-rata 3,5%. Artinya dalam 1 liter (1000 mL) air laut terdapat 35 gram garam (terutama, namun tidak seluruhnya, garam dapur/NaCl).
Selain mengandung garam air laut juga mengandung gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Keberadaan garam-garaman mempengaruhi sifat fisis air laut (seperti: densitas, kompresibilitas, titik beku, dan temperatur).
Selain itu ada dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah garam di laut adalah daya hantar listrik (konduktivitas) dan tekanan osmosis.
Garam-garaman utama yang terdapat dalam air laut adalah klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium (4%), kalsium (1%), potasium (1%) dan sisanya (kurang dari 1%) teridiri dari bikarbonat, bromida, asam borak, strontium dan florida. Tiga sumber utama garam-garaman di laut adalah pelapukan batuan di darat, gas-gas vulkanik dan sirkulasi lubang-lubang hidrotermal (hydrothermal vents) di laut dalam.
Sehingga bisa disimpulkan, garam yang terkandung dalam air laut juga berasal dari daratan yang
terakumulasi dan dibawa oleh hujan dan aliran sungai yang hampir keseluruhannya bermuara dilaut. Sehingga air tawar yang terdapat didaratan sebenarnya juga mengandung garam meskipun kadarnya sangat kecil.
Langkah selanjutnya yang paling penting untuk dilakukan dalam memanfaatkan air laut sebagai air bersih adalah memisahkan garam, sebagai unsur utama yang harus dihilangkan atau dikurangi hingga memenuhi standarisasi sebagai air bersih, selain itu unsur-unsur lainnya yang terdapat dalam air laut yang dapat mempengaruhi kualitas air bersih tersebut. Untuk mencapai tujuan tersebut, bisa dilakukan dengan menggunakan teknologi Desalinasi (Desalination) atau biasa disebut juga dengan teknologi pemurnian air laut.
Proses pemenuhan kebutuhan air dari air laut sering disebut dengan proses desalination. Lebih dari 120 negara telah memulai proses pemurnian air laut ini seperti Australia, Amerika Serikat, Jepang, China, India, Arab Saudi, Singapura dan beberapa negara lain.
Desalinasi (Desalination).
Saat ini, telah dipopulerkan 2 cara proses desalinasi, yaitu;
1. Membrane technique, yaitu menggunakan sistem membrane yang dikombinasikan dengan berbagai metode baik pressure maupun electrical, adapun metode yang termasuk dalam kategori ini adalah reverse osmosis(RO), electrodialysis (ED), capacitative deionization (CDI), mikrofiltration (MF), ultrafiltration (UF), nanofiltration (NF).
2. Distillation technique, yaitu menggunakan tenaga thermal (panas) dengan proses evaporasi ataupun kondensasi, adapun metode yang termasuk dalam kategori ini adalah multistage flash evaporation (MSF), multieffect distillation (MED atau MEE), vapor compression distillation, solar thermal distillation.
Dari kedua teknologi desalinasi, teknologi dengan sistem membran dirasa paling efektif dan efisien, dan dari metode sistem membran maka metode reverse osmosis (RO) yang paling banyak digunakan, karena ia mampu mengkonversi air laut menjadi air bersih jauh lebih besar yaitu 20 – 50%. Sedangkan metode yang lain dibawah 20%.
Adapun saat ini menurut IDA dalam ASIRC (2005) metode yang banyak digunakan adalah Reverse osmosis (RO) sebesar 44 % dan Multistage Flash (MSF) sebesar 40 %. Menurut AQUA-CSP (2007) kemampuan konversi air laut menjadi air bersih pada metode RO sebesar 20 – 50 % adapun untuk metode MSF hanya mampu mengkonversi sebesar 10 – 20 %. Disamping itu menurut ASIRC (2005) pada sistem yang menggunakan sistem thermal membutuhkan energi yang besar dalam pengoperasiannya sehingga membutuhkan biaya awal pembangunan yang besar sedangkan pada sitem membrane seperti RO membutuhkan energi dan biaya pembangunan yang lebih kecil. Sehingga beberapa negara lebih memilih metode RO dalam proses desalinasi seperti yang dilakukan di Singapura.
Preliminary design yang dilakukan ASIRC (2005) menyatakan bahwa metode RO yang akan dibuat diwilayah Sydney nantinya membutuhkan biaya 1.44 dolar Australia/m3 untuk kapasitas 500.000 m3/hari dimana sudah termasuk didalamnya biaya untuk pembuatan intake, discharge and distribution. Proses desalination terbesar saat ini berada diwilayah Israel dengan kapasitas 273.000 m3/hari dengan biaya 0.53 dolar/m3. Menurut GF Leitner dalam James E Miller (2003) untuk membangun kapasitas 24 juta gallon /hari membutuhkan investasi 69 sampai 95 juta dolar dengan masa layan 50 tahun. Nilai investasi yang sangat kecil apabila dibandingkan dengan manfaat kedepannya.
Pemurnian Air Laut dengan RO
Adapun skema yang dilakukan dalam proses desalination dengan metode RO terlihat seperti ilustrasi dibawah ini, dimana proses purification air laut dimulai dengan masuknya air laut melalui intake yang berbentuk kanal ataupun intake tower ditengah laut yang dihubungkan dengan pipa penyalurnya.
Kemudian air laut tersebut di pretreatment guna mengontrol :
1. Membrane Scalling (calcium sulfate, calcium carbonate)
2. Metal oxide fouling (oxide of ferric iron, manganese)
3. Biological activity (biofouling, biofilm formation)
4. Colloidal, particulate fouling (clays, colloidal colour)
Untuk memaksimalkan proses pretreatment maka RO dikombinasikan dengan ultrafiltration (UF), dipilihnya UF dikarenakan secara teknik dan ekonomi dipandang paling kompetitif. Ultrafiltrasi digunakan untuk menghilangkan padatan tersuspensi (turbidity matters), algae, Cryptosporidium oocysts, Giardia lamblia cysts, coliform bacteria, viruses dan pyrogens, Tingkat turbiditas produk yang dihasilkan secara kontinu dapat mencapai nilai , 0,5 NTU.
Setelah proses pretreatment dilakukan maka air laut tersebut kemudian dipompakan dengan tekanan tinggi melalui spiral membrane untuk memisahkan garam dan airnya seperti yang terlihat pada ilustrasi dibawah ini, adapun air laut yang tidak lolos saringan membrane akan dialirkan ke saluran pelepasan/discharge yang digambarkan dengan garis merah dalam ilustrasi dibawah. Sedangkan air laut yang lolos saringan kemudian ditampung dalam tampungan air raksasa yang diwakili dengan garis berwarna biru. Sebelum dialirkan kesaluran air minum masyarakat, air hasil proses RO yang mana mempunyai total dissolved solid (TDS) berkisar 25-500 mg/L mesti dipastikan bebas pathogenic organism dengan menambahkan chlorine. Meskipun hal ini bukan merupakan keharusan, karena air bersih yang keluar dari proses RO sudah langsung dapat diminum/digunakan, karena dijamin terbebas dari pathogenic organism, atau pun unsure-unsur terlarut lainnya yang dapat membahayakan kesehatan.
Proses Reverse Osmosis (RO) merupakan proses yang saat ini sangat populer dalam aplikasi pemurnian air. RO merupakan proses pemisahan berbagai impuritis dari dalam air dengan cara melewatkan air pada suatu membran yang bersifat semipermeabel. Membran semipermeabel ini hanya melewatkan very small atoms dan groups of atoms seperti molekul air, molekul organik kecil, dan gas. Hydrated ions atau ion yang telah larut di dalam air dan oleh karenanya dikelilingi oleh molekul air, tidak mampu melewati membran.
Jika pada proses osmosis yang terjadi adalah perpindahan pelarut dari larutan yang lebih encer (potensial kimia rendah) ke larutan yang lebih pekat (potensial kimia tinggi) sedangkan pada proses reverse osmosis yang terjadi adalah sebaliknya, pelarut dipaksa berpindah dari larutan pekat ke larutan yang lebih encer dengan bantuan tekanan. Karena pori membran yang digunakan sangat kecil, mendekati dense, maka mekanisme pemisahan yang terjadi tidak berdasarkan ukuran molekul tetapi lebih berdasarkan mekanisme solution– diffusion.
Material membran RO yang digunakan umumnya bersifat hidrofilik, mempunyai permeabilitas yang tinggi terhadap air dan kelarutan yang sangat rendah terhadap zat terlarut. Aplikasi RO terutama adalah untuk pemurnian air. RO mampu memisahkan berbagai macam kontaminan dalam ukuran ion yang tidak mampu dilakukan oleh teknologi filtrasi lainnya, bahkan oleh ultrafiltrasi sekalipun. RO mampu menghilangkan sampai dengan 99.9% pengotor terlarut di dalam air tanpa penggunaan bahan kimia.
Menurut Lattemann dan Hopner dalam AQUA-CSP (2007) guna menghindari efek negatif dari kenaikan temperatur (pada proses dengan thermal) dan kadar garam (pada proses dengan mekanis) didaerah pelepasan atau mixing zone maka keluaran air laut yang tidak lolos penyaringan di membrane RO harus dibatasi kenaikan temperatur dan kadar garamnya sebesar 10 %.
Saat ini beberapa desalination plant dikombinasikan dengan PLTU (Pembangkit Listrik Tenaga Uap) untuk supply air laut dan energi listriknya. Seperti terlihat pada ilustrasi dibawah, air laut yang akan dimurnikan terlebih dahulu digunakan oleh power plant untuk membantu dalam proses menghasilkan energi listrik, kemudian air laut tersebut sebagian dibuang dan sebagian lagi dialirkan ke desalination plant dengan terlebih dahulu di pretreatment untuk dilanjutkan dengan penyaringan di membrane RO. Menurut AQUA-CSP (2007) keuntungan dari kombinasi desalination plant dan power plant adalah keluaran hasil dari desalination plant dan power plant akan tercampur sehingga tingkat temperatur air keluaran keduanya dan kadar garamnya akan memenuhi ambang batas yang diijinkan. Sehingga proses pemurnian air laut ini akan membawa manfaat besar bagi manusia dengan tidak merusak lingkungan yang telah memberikan segala sesuatunya.
Standar WHO Untuk Air Bersih
Lembaga Kesehatan Dunia (WHO), telah menetapkan standar untuk air bersih yaitu; pH yang baik berkisar antara 5,8-8,6. Selain itu, tingkat alkalinitasnya sekitar 3 CaCO3 miligram per liter.Kemampuan daya hantar listriknya sebesar kurang dari 700 mg/l. Kandungan ion klorida kurang dari 200 mg/l Cl-. Dan kandungan ion besinya adalah kurang dari 0,3 mg/l Fe, kemudian tidak berwarna dan tidak berasa.
Berdasarkan hasil penelitian bahwasanya pemurnian air laut menjadi air bersih ini memiliki kadar; pH 8,5 pada suhu 25 derajat. Selain itu, tingkat alkalinitasnya sekitar 3 CaCO3 miligram per liter. Kemampuan daya hantar listriknya sebesar 4,1 mg/l. Kandungan ion klorida, ion besi masing-masing sebanyak kurang dari 2 mg/l Cl- dan kurang dari 0,05 mg/l Fe, kemudian tidak berwarna dan tidak berasa.
No. Kadar ----------------WHO-----------------Air laut yang dimurnikan
1. pH ................... 5,8 – 8,6 ........................ 8,5
2. Alkalinitas ........ 3 CaCo3 mg/l ................. 3 CaCo3 mg/l
3. Daya Hantar Listrik .. < 700 mg/l ................... 4,1 mg/l
4. Ion Klorida (Cl-) .. < 200 mg/l Cl- ............... 2 mg/l Cl-
5. Ion Besi (Fe) ....... 0,3 mg/l Fe ................ 0,05 mg/l Fe
6. Warna ............. Tidak Berwarna ............... Tidak Berwarna
7. Rasa ............... Tidak Berasa ................. Tidak Berasa
Dari perbandingan diatas maka jelas terlihat bahwasanya air laut yang telah dimurnikan menjadi air tawar, ternyata sangat layak sebagai air bersih yang layak untuk dikonsumsi/diminum.
Sekarang bagaimana sikap kita untuk mengambil tindakan yang tepat dalam melakukan loncatan perubahan dalam menangani krisis air bersih di bumi ini, yang dianugrahi Allah dengan lautan luas yang masih bersih dan terjaga dari pencemaran, sementara daratannya yang sangat terbatas membutuhkan langkah cerdas dalam melakukan konservasi sumber air tawar dalam upaya melestarikan lingkungan yang berkelanjutan.
Akhirnya teknologi pemurnian air laut menjadi air bersih yang tersaji pada makalah ini semoga memberikan kontribusi positif yang bermanfaat untuk masa depan bersama, selain terbukanya peluang usaha yang begitu besar baik bagi pihak pemerintah maupun swasta, juga untuk kemashlahatan hajat hidup rakyat banyak. Krisis air bersih yang berkepanjangan perlahan akan segera berlalu, tinggal bagaimana kita menyikapinya; kita laksanakan atau bahkan kita abaikan begitu saja ?!
PENUTUP
Arab Saudi yang sebagian daerahnya merupakan gurun pasir, pernah mengalami krisis air karena musim panas yang berkepanjangan di tahun 80-90an dan akhirnya negara tersebut mampu menemukan solusinya lewat Reverse Osmosis Technology . Dan ternyata selain untuk menyuling air laut justru menemukan satu mekanisme lain saat teknologi ini dijalankan yang memberikan keuntungan lain yaitu produksi garam dengan hasil pemanasan dan pengkristalan yang berasal dari sisa kandungan garam yang ditekan dengan tekanan tertentu pada media berbentuk oval (hopper) yang kemudian menabrak dinding putaran itu hingga menjadi serbuk garam (seperti pembuatan garam manual dengan matahari).
Kalo pernah mendengar Strainer pada perpipaan yang fungsinya menyaring, maka reverse osmosis kurang lebih sama dengan strainer yang menyaring garam yang mengendap dan terjebak pada filter yang ditempatkan pada 2 media bertekanan osmosis berbeda karena adanya larutan garam. Sementara, sisa dari larutan yang tersaring sebagian ditapping untuk ditekan kembali dengan melewatkan pada hopper yang bulat untuk bisa memutar udara, air dan padatan garam dengan udara bertekanan. Masing-masing bahan ini akan muncul setelah proses ini terjadi, sementara garam turun ke bawah dan air-udara menguap layaknya cooling tower yang membuang sisa air ke atas.
Nah inilah yang ternyata lumayan menarik, karena dari air laut mampu memproduksi garam dan air bersih mampu dikonsumsi oleh masyarakat sekitar, juga garamnya bisa dijual sebagai objek income.
RESUME
Keunggulan “pemurnian air laut menjadi air bersih” :
* Dengan luas 71,1% lautan dan 28,9% daratan, kita sebagai manusia harus mengambil manfaat terbesar dari kondisi ini, sehingga kita bisa meningkatkan nilai ekonomis lautnya dalam menopang kesejahteraan hidup rakyatnya dalam hal penyediaan air bersih.
* Dengan pemanfaatan air laut sebagai air bersih maka cadangan air tawar di dalam tanah akan meningkat (jauh dari eksploitasi berlebihan, sebagai mana yang terjadi saat ini) dan hal ini akan lebih menjamin kelestarian lingkungan hidup selanjutnya.
* Terhindarnya masyarakat dari mengkonsumsi air yang tercemar.
* RO mampu memisahkan berbagai macam kontaminan dalam ukuran ion, sehingga ia mampu menghilangkan sampai dengan 99.9% pengotor yang terlarut di dalam air tanpa penggunaan bahan kimia. Artinya air yang diproduksi sudah layak untuk langsung di minum.
* Dan satu hal yang penting, hasil pemurnian air laut dengan metode RO ini telah memenuhi standar air bersih menurut WHO.
Sumber :
1. AQUA CSP-Concentrating Solar Power for Seawater Desalination, German Aerospace Centre (DLR) and Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety Germany, November 2007.
2. ASIRC Report, Overview of Treatment Processes for the Production of Fit for Purpose Water: Desalination and Membrane Technologies, Australian Sustainable Industry Research Centre, Monash University, July 2005.
3. James E Miller, Review of Water Resources and Desalination Technologies, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico, March 2003.
4. Melbourne Augmentation Program-Seawater Desalination-Feasibility Study, Melbourne Water GHD, June 2007.
5. World Water Assessments Programme-Water For People, Water For Life, UNESCO 2003.
6. magmacreative.com, global-greenhouse-warming.com
