Sistem penyediaan dan pembuangan air laboratorium adalah sistem yang dirancang khusus berdasarkan sistem penyediaan dan pembuangan air bangunan, dengan ciri khas desain non-standar dan beragam tata letak yang fleksibel.

Desain sistem penyediaan dan pembuangan air laboratorium diselesaikan sebelum desain rekayasa arsitektur. Sistem ini merupakan produk terintegrasi bersama pekerjaan bangunan dan sistem penyediaan dan pembuangan air bangunan; oleh karena itu, desainnya harus ditetapkan oleh tenaga profesional berdasarkan kebutuhan penyediaan dan pembuangan air meja laboratorium yang dikonfigurasi di laboratorium, setelah itu tata letak penyediaan dan pembuangan air keseluruhan proyek dirancang.

I. Sistem Penyediaan Air

Sebagai basis penting untuk penelitian ilmiah, keamanan dan higienitas laboratorium sangatlah penting. Hal ini terutama berlaku untuk laboratorium khusus, seperti laboratorium penelitian virus menular medis dan laboratorium biologi, yang keamanannya bahkan lebih penting, dan peran sistem penyediaan dan pembuangan air — bagian yang tidak terpisahkan dari eksperimen — tidak boleh diremehkan. Sistem penyediaan air laboratorium mencakup sistem air proses laboratorium, sistem air domestik, dan sistem air proteksi kebakaran. Air proses laboratorium terbagi menjadi air laboratorium umum dan air murni laboratorium; sistem air murni laboratorium adalah sistem penyediaan air yang independen. Sistem air domestik dan sistem air proteksi kebakaran sesuai dengan sistem penyediaan air bangunan biasa dan biasanya dapat digabungkan dengan sistem air laboratorium umum menjadi satu sistem.

Setiap laboratorium memiliki kebutuhan air laboratorium yang berbeda; kualitas air pendingin resirkulasi untuk instrumen laboratorium harus memenuhi persyaratan kualitas air yang berbeda untuk setiap jenis instrumen. Laboratorium yang melakukan eksperimen dengan asam kuat, basa kuat, atau cairan sangat beracun yang berpotensi memercik atau meledak harus dilengkapi dengan fasilitas pancuran darurat di sekitarnya; ketika kepala air yang dikeluarkan dari pencuci mata darurat melebihi 1 m, langkah-langkah pengurangan tekanan harus dilakukan; keran di laboratorium Kelas II harus menggunakan sakelar yang dioperasikan dengan kaki, siku, atau sensor. Hidran kebakaran dalam ruangan harus ditempatkan di zona bersih; titik masuk pipa sistem penyediaan air biasanya harus terletak di zona bersih, menggunakan jaringan penyediaan air dari atas ke bawah (upfeed).

Sistem air proteksi kebakaran dalam ruangan mencakup sistem proteksi kebakaran biasa, sistem penyediaan air sprinkler otomatis, dan sistem penyediaan air tirai air. Bangunan seperti gedung laboratorium dan gudang harus memiliki sistem penyediaan air proteksi kebakaran luar ruangan jika diperlukan, yang terdiri dari pipa air kebakaran luar ruangan, hidran luar ruangan, pompa kebakaran, dll. Lihat Gambar 6-44 dan 6-45.

II. Metode Penyediaan Air

Laboratorium umum biasanya hanya membutuhkan satu pipa servis; namun, jika peralatan pada gedung laboratorium berskala besar memerlukan pasokan air yang terjamin keamanannya, harus disediakan dua pipa servis. Pipa servis tunggal umumnya masuk ke gedung laboratorium dari bagian tengah bangunan, agar tekanan air lebih seimbang. Untuk penggunaan dua pipa servis, keduanya biasanya dimasukkan dari sisi gedung yang berbeda. Apabila dalam kondisi khusus keduanya hanya dapat dimasukkan dari sisi yang sama, jarak yang lebar—tidak kurang dari 10 m—harus dipertahankan di antara kedua pipa servis, dan katup harus dipasang pada jaringan suplai air yang menghubungkan keduanya, agar pasokan air yang aman tetap dapat dipertahankan saat terjadi kerusakan lokal. Pipa servis sebaiknya dimasukkan dari lokasi dengan tingkat konsumsi air yang lebih besar. Selain itu, perpipaan suplai air internal laboratorium harus ditata secara rasional untuk memudahkan perawatan pipa. Jalur pipa internal harus dibuat sependek mungkin dan menghindari persilangan, sehingga suplai air menjadi lebih aman dan andal. Perpipaan di laboratorium umum biasanya dipasang secara terbuka di sepanjang koridor,

[Gambar: Gbr. 6-44 “Gambar Suplai Air Laboratorium” — tata letak titik/rencana suplai air laboratorium (skala sekitar 1:100), mencakup kerangka rencana gedung, partisi ruangan, titik penggunaan air, jalur pipa suplai air, garis dimensi, dan nomor sumbu.]

Gbr. 6-44 Gambar Suplai Air Laboratorium

[Gambar: Gbr. 6-45 “Diagram Sistem Suplai Air Laboratorium” — mencakup “Diagram Sistem Suplai Air 1:100” (aksonometrik) dan “Diagram Sistem Produksi Air 1:100”, yang menunjukkan pipa vertikal suplai/produksi air, pipa utama, cabang pipa, katup, sambungan di titik penggunaan air, jalur pipa, dan hubungan elevasi.]

Gbr. 6-45 Diagram Sistem Suplai Air Laboratorium

dinding, langit-langit, maupun sudut kolom sebagai jalur terbuka. Pemasangan model ini memudahkan pengamatan tetapi mudah menumpuk debu. Oleh karena itu, pada laboratorium dengan persyaratan keamanan yang relatif tinggi, pemasangan tersembunyi umumnya lebih dipilih, dengan pipa yang diletakkan di dalam poros pipa, langit-langit, parit pipa, maupun galeri pipa umum. Perlu diperhatikan bahwa seluruh pipa tersembunyi harus dilengkapi lubang akses pada posisi katup kontrol untuk memudahkan perbaikan saat terjadi kerusakan. Pipa suplai air domestik sering kali ditempatkan di zona bersih. Untuk jalur masuk pipa sistem suplai air laboratorium radioaktif, jaringan suplai air umumnya mengadopsi tata letak dari atas ke bawah (suplai naik). Apabila pipa dialirkan dari zona bersih menuju peralatan di zona terkontaminasi—seperti kotak sarung tangan, lemari asam, dan pancuran—potensi terjadinya kontaminasi dapat muncul; oleh karena itu, pipa tersebut harus dialirkan melalui tangki pemutus aliran lokal. Kapasitas dan ketinggian tangki pemutus harus disesuaikan, dan perangkat penambah tekanan harus ditambahkan jika diperlukan. Sebagai alternatif, pada persimpangan antar zona dengan tingkat radiasi yang berbeda, katup isolasi dapat dipasang di masing-masing ujung pipa, dengan cabang pipa yang dihubungkan di antara keduanya; saat pipa tidak dioperasikan, katup isolasi ditutup dan katup pembuangan dibuka untuk mengosongkan sisa air di dalam pipa. Untuk laboratorium radiokimia berskala kecil, katup periksa dapat dipasang pada pipa sebelum memasuki zona terkontaminasi guna mencegah terjadinya kontaminasi. Sistem suplai air laboratorium harus menjamin terpenuhinya tekanan, kualitas air, dan volume air yang dibutuhkan. Untuk gedung laboratorium bertingkat tinggi berskala besar, apabila jaringan pipa luar tidak dapat memenuhi kebutuhan air laboratorium di lantai atas, atau ketika tekanan jaringan luar tidak mencukupi secara berkala—terutama untuk menjamin keamanan pasokan air laboratorium—perangkat penambah tekanan lokal atau tangki atap beserta pompa harus disediakan secara eksklusif untuk laboratorium lantai atas; pancuran penyiram darurat dan pencuci mata darurat harus disediakan, dengan aliran air yang cukup besar dan katup buka cepat. Metode suplai air yang umum digunakan adalah sebagai berikut:

  1. Pasokan air langsung. Jika laboratorium hanya memiliki beberapa lantai dan tekanan serta kuantitas air memadai, metode pasokan langsung umumnya dapat digunakan; dengan metode ini tidak diperlukan pompa pendorong di dalam ruangan dan sistem biasanya terhubung ke jaringan pasokan air luar ruangan.

  2. Pasokan air dengan tangki air tinggi. Metode ini dapat digunakan ketika, selama periode konsumsi air puncak, tekanan pada jaringan luar ruangan turun sehingga kebutuhan air lantai atas tidak dapat terpenuhi, atau ketika tekanan jaringan luar ruangan tidak mencukupi secara periodik.

  3. Pasokan air dengan pompa pendorong. Metode ini dapat digunakan ketika tekanan jaringan luar ruangan lebih rendah daripada tekanan yang dibutuhkan untuk keperluan air laboratorium, air domestik, dan air proteksi kebakaran.

Persyaratan fasilitas pasokan air dan drainase untuk berbagai tingkat laboratorium:

  1. BSL-1: Setiap laboratorium harus memiliki wastafel cuci tangan di dekat pintu keluar.

  2. BSL-2: Setiap laboratorium harus memiliki wastafel cuci tangan di dekat pintu keluar; fasilitas pembilas mata, perangkat pancuran darurat, dan lain-lain harus disediakan.

  3. BSL-3: Fasilitas cuci tangan harus disediakan di pintu keluar zona semi-terkontaminasi dan zona terkontaminasi; pasokan air harus dilengkapi dengan perangkat pencegah aliran balik dan menggunakan katup pasokan non-manual (tanpa sentuhan tangan). Fasilitas pancuran mandi harus disediakan di zona bersih; perangkat pancuran disinfeksi darurat harus disediakan di zona semi-terkontaminasi jika diperlukan. Tidak boleh ada saluran pembuangan lantai di dalam laboratorium utama; drainase zona semi-terkontaminasi dan zona terkontaminasi harus diisolasi sepenuhnya dari drainase lainnya, dikumpulkan melalui pipa khusus ke perangkat independen, serta didisinfeksi dan disterilkan.

III. Sistem Drainase

Sistem drainase laboratorium dikonfigurasi berdasarkan komposisi, sifat, debit, dan pola pembuangan air limbah yang dibuang dari laboratorium. Air pendingin yang dibuang dari peralatan laboratorium atau air limbah lain yang hanya mengandung materi tersuspensi atau koloid tidak berbahaya tidak perlu diolah dan dapat dibuang langsung ke jaringan drainase luar ruangan. Air limbah yang mengandung berbagai komponen atau zat beracun dan berbahaya, yang dapat berinteraksi satu sama lain, merusak pipa, atau menyebabkan kecelakaan, harus dipisahkan dari limbah domestik dan dialirkan melalui pipa khusus ke tangki disinfeksi untuk disinfeksi secara terpadu. Limbah cair pelarut yang relatif murni atau reagen beracun sebaiknya dibuang setelah diolah; air limbah buangan yang akan digunakan kembali harus diolah secara sesuai. Limbah tersebut ditangani sebagai limbah medis kimia dan tidak boleh dibuang langsung ke stasiun limbah. Tata letak pipa drainase juga perlu rasional, dengan jumlah tikungan sesedikit mungkin untuk Mencegah penyumbatan oleh kotoran, dan penataannya harus relatif terpusat untuk memudahkan perawatan setelah terjadi kerusakan. Pipa drainase harus dipasang di sepanjang koridor, sudut kolom, dinding, langit-langit, dll., namun harus diperhatikan untuk menghindari melewati laboratorium dengan persyaratan keamanan tinggi, seperti ruang instrumen presisi. Pipa utama harus ditata sedekat mungkin dengan peralatan yang memiliki volume drainase lebih besar. Laboratorium kecil dengan volume air limbah kecil dapat menggunakan sistem drainase tunggal. Namun, jika volume air limbah kecil tetapi konsentrasinya tinggi, air limbah tersebut dapat dikumpulkan dalam wadah khusus dan dikirim ke area penyimpanan air limbah atau diolah sesuai ketentuan. Air limbah radioaktif yang dibuang memerlukan perlakuan khusus: setelah peluruhan isotop, air limbah tersebut ditangani sebagai air limbah medis; tidak boleh melewati zona bersih dan harus dialirkan dari zona bersih ke zona terkontaminasi untuk menghindari penyebaran kontaminasi. Jika tingkat radiasi tinggi, harus disediakan parit drainase, poros, dan saluran pipa khusus, beserta tindakan perlindungan yang diperlukan. Jika air limbah radioaktif bersifat korosif, bahan tahan korosi yang sesuai harus dipilih untuk pipa guna menghindari korosi dan kebocoran. Umumnya, parit pipa dapat dibangun dengan bata; jika diperlukan perlindungan atau muka air tanah tinggi, harus menggunakan beton. Lapisan parit menggunakan plesetan semen, baja karbon, atau permukaan baja tahan karat, yang dicat dengan cat anti karat. Lihat Gambar 6-46 dan 6-47.

[Gambar: Rencana drainase lantai laboratorium (gambar berwarna CAD), menunjukkan tata letak dan titik drainase ruang fungsional departemen laboratorium klinik; label ruang meliputi: ruang mesin udara segar, ruang penyimpanan, area laboratorium imunologi HIV, area analisis produk, area amplifikasi, area persiapan spesimen, area persiapan reagen, ruang cuci, area buffer, area persiapan, koridor khusus, ruang inokulasi dan kultur, ruang uji dahak, ruang cairan tubuh, ruang identifikasi, ruang steril, ruang disinfeksi, ruang flebotomi, area instrumen berdiri besar, biokimia, imunologi, hematologi, pengujian klinis, area tunggu, ruang ganti wanita/pria, ruang produksi air, UPS, penyimpanan dingin, ruang penyimpanan spesimen, ruang diagnosis molekuler patogen, laboratorium pengetikan jaringan, ruang sel, unsur jejak, ruang pemrosesan spesimen, ruang pengambilan darah VIP, area penerbitan laporan, ruang rapat, ruang arsip, kantor departemen laboratorium, kantor direktur, ruang jaga, dll.]

Gbr. 6-46 Gambar Drainase Laboratorium

[Gambar: Diagram aksonometrik sistem drainase laboratorium, dengan label diameter pipa seperti De50/De75/De110, simbol kemiringan dan elevasi, pipa cabang/pipa vertikal, saluran pembuangan lantai dan lubang pembersihan; berjudul “Diagram Sistem Drainase 1:100” di dalam gambar]

Gbr. 6-47 Diagram Sistem Drainase Laboratorium

1. Komposisi dan Bahaya Air Limbah

Air limbah yang dihasilkan oleh laboratorium meliputi sampel berlebih, sisa sampel analisis, larutan stok kedaluwarsa dan larutan pencuci, serta sejumlah besar air bilas. Hampir semua item analisis rutin memiliki masalah pencemaran air limbah pada tingkat yang berbeda-beda. Komposisi air limbah ini sangat beragam, mencakup bahan organik yang paling umum, ion logam berat, dan mikroorganisme berbahaya, serta sianida yang relatif lebih jarang ditemukan dan memerlukan perlakuan terpisah; bakteri, toksin, dll. harus disterilkan.

Jika air limbah yang mengandung logam berat berlebih dibuang ke hilir ke perairan bersih, hal ini akan mencemari wilayah perairan yang luas; karena air yang terkontaminasi logam berat tersebut tidak dapat dibedakan dari air normal dari segi warna dan bau, sekali digunakan untuk irigasi, tanah dan tanaman pangan tak terhindarkan akan terkontaminasi logam berat. Orang yang mengonsumsi tanaman pangan yang tumbuh di tanah terkontaminasi logam berat mudah mengalami keracunan logam berat.

2. Metode Pengolahan Air Limbah

Secara umum terdapat metode fisika, kimia, dan biologi. Metode fisika utamanya menggunakan aksi fisika untuk memisahkan materi tersuspensi dari air limbah; metode kimia utamanya menggunakan reaksi kimia untuk mengolah zat terlarut atau zat koloid dalam air limbah; metode biologi menghilangkan materi organik koloid dan terlarut dari air limbah. Ketiga metode pengolahan dasar ini masing-masing memiliki karakteristik dan kondisi penerapan tersendiri. Sebelum air limbah dialirkan ke jaringan perpipaan kota, tingkat pengolahan harus ditentukan berdasarkan persyaratan pembuangan, dengan mempertimbangkan kapasitas swapemurnian badan air penerima; beban izin badan air—yaitu konsentrasi yang diizinkan untuk dibuang ke dalamnya—biasanya ditentukan berdasarkan indikator zat berbahaya dan oksigen terlarut.

2.1 Pengolahan Air Limbah Asam

Lakukan netralisasi dengan air limbah basa sehingga pH air limbah campuran mendekati netral; tambahkan zat penetral ke air limbah asam; atau saring air limbah asam melalui lapisan filter basa untuk netralisasi.

2.2 Pengolahan Air Limbah Basa

Lakukan netralisasi dengan air limbah asam; tambahkan zat penetral asam ke air limbah basa;

alirkan gas buang (gas asam seperti karbon dioksida atau sulfur dioksida) ke dalam air limbah basa; atau gunakan karbon dioksida yang terlarut dalam air untuk menetralkan air limbah basa.

2.3 Pengolahan Campuran Cairan Limbah

Proses “homogenisasi kualitas air + filtrasi netralisasi — koagulasi netralisasi — elektrolisis internal substitusi — tangki adsorpsi biologis — tangki sedimentasi ditambah tangki air bersih” diadopsi. Dalam pengolahan air limbah, untuk melindungi sistem kontrol pH daring, teknologi filtrasi netralisasi digunakan untuk memastikan air limbah asam dan basa memenuhi standar pembuangan secara stabil, serta menghemat konsumsi reagen. Media pengisi kombinasi digunakan untuk mengimobilisasi lumpur limbah; langkah disinfeksi menggunakan generator ozon canggih; pencernaan lumpur menggunakan distributor air pulsa untuk mencapai pengurangan lumpur. Proses ini dapat menguraikan materi organik kompleks dan mengolah efek reagen dalam air limbah laboratorium secara stabil. Selain itu, proses ini memiliki biaya operasional yang rendah, pengelolaan yang mudah, dan jangkauan penerapan yang luas.

Melalui tata letak yang rasional, luas lahan yang digunakan diminimalkan; dengan desain lanskap yang baik, stasiun pengolahan air limbah direncanakan secara rasional untuk menjadi ciri khas di dalam pusat laboratorium.

2.4 Pengolahan Air Limbah Khusus

Air limbah yang mengandung radionuklida harus dibagi, berdasarkan waktu paruh nuklida, menjadi air limbah radionuklida berumur panjang dan berumur pendek, yang harus diolah secara terpisah. Untuk air limbah yang mengandung radionuklida berumur panjang dengan konsentrasi radioaktif yang relatif tinggi, air limbah tersebut harus disimpan secara terpusat; setelah jumlah tertentu terakumulasi, air limbah diolah dengan metode pemurnian, dan sejumlah kecil konsentrat yang dihasilkan selama pemurnian dapat diolah dengan solidifikasi. Air limbah radionuklida berumur pendek harus diolah dengan metode penyimpanan. Pengolahan air limbah yang mengandung radionuklida harus mematuhi GB 8703-88 Peraturan Perlindungan Radiasi yang berlaku. Limbah cair dari laboratorium Tingkat Keamanan Hayati 4 dan Tingkat Keamanan Hayati 3 harus didisinfeksi; setelah pengolahan, limbah cair tersebut harus mematuhi Standar Pembuangan Limbah Cair Rumah Sakit. Lihat Gambar 6-48. [Gambar: Diagram alur proses pengolahan limbah cair. Urutannya adalah: air limbah laboratorium → tangki homogenisasi kualitas air → tangki filter netralisasi → tangki netralisasi (terhubung ke blower, penambahan asam dan basa) → tangki sedimentasi (lumpur dibuang ke tangki pencernaan dan pengentalan lumpur) → tangki perpindahan elektrolisis internal → tangki adsorpsi biologis → tangki disinfeksi (ozon disuplai oleh generator ozon) → tangki air bersih → pembuangan yang memenuhi standar. Catatan pada gambar: saringan kotoran dan lumpur didisinfeksi kemudian diangkut keluar bersama limbah berbahaya untuk pembuangan tidak berbahaya.]

Gambar 6-48 Alur Proses Pengolahan Limbah Cair

IV. Tindakan Pencegahan Desain Sistem Penyediaan dan Pembuangan Air

  1. Sistem penyediaan dan pembuangan air laboratorium harus dirancang secara ilmiah untuk memastikan sumber air tidak terkontaminasi; jika sumber air laboratorium dan air minum berbeda, keran air minum dan air laboratorium harus diberi label secara terpisah untuk menghindari kebingungan.

  2. Bangunan laboratorium harus memiliki sumber air cadangan; ketika pasokan air kota tidak mencukupi atau terputus, sumber cadangan dapat memastikan pasokan normal air pendingin untuk berbagai instrumen, air untuk pencuci mata, air untuk alat penyuling, dan air untuk kondensor labu distilasi.

  3. Sistem penyediaan dan pembuangan air harus cocok dengan modul laboratorium, diatur secara rasional, dan mudah dirawat; jalur pipa harus sependek mungkin dan menghindari persilangan. Pipa penyediaan dan pembuangan air harus dialirkan di sepanjang dinding, kolom, poros pipa, rongga meja kerja, panel pelapis lemari asam, dan lokasi serupa; pipa tidak boleh dialirkan di dekat barang yang cepat terurai, terbakar, meledak, atau rusak jika terkena air, maupun di atas instrumen dan peralatan berharga. Pipa di laboratorium biasa dapat dipasang secara terbuka; di laboratorium dengan persyaratan keamanan yang lebih tinggi, pipa sebaiknya disembunyikan sejauh mungkin, dan semua pipa tersembunyi harus memiliki lubang akses di katup kontrol untuk keperluan perawatan.

  4. Sistem penyediaan dan pembuangan air harus dirancang secara fleksibel, dengan beberapa fasilitas yang dicadangkan untuk memastikan keandalan dan pengoperasian berkelanjutan laboratorium.

Untuk sistem aliran dari atas ke bawah (upfeed), pipa utama penyediaan air horizontal sebaiknya diletakkan di atas koridor lantai dasar atau di langit-langit ruang bawah tanah; untuk sistem aliran dari bawah ke atas (downfeed), pipa utama horizontal sebaiknya diletakkan di ruang layanan pipa lantai atas atau di atas koridor lantai atas; di wilayah yang tidak mengalami pembekuan, pipa dapat diletakkan di atap. Katup harus dipasang pada setiap pipa cabang yang mengalir dari pipa utama pasokan ke dalam laboratorium.

  1. Posisi titik penggunaan air di dalam laboratorium harus ditentukan lokasinya secara ilmiah dan dipasang terlebih dahulu; titik penggunaan air sebaiknya diletakkan menempel dinding sejauh mungkin, guna memudahkan pengaturan titik pembuangan dan memenuhi kebutuhan renovasi di masa depan.

  2. Di lokasi penempatan alat analisis biokimia otomatis penuh, alat analisis hematologi, dan alat analisis imunoassay di laboratorium, harus disediakan saluran pembuangan lantai anti bau khusus, dengan jarak maksimum antara saluran pembuangan lantai dan instrumen tidak melebihi 2 m.

V. Sistem Air Murni

Di laboratorium saat ini, lingkungan air—lingkungan paling dasar dari sebagian besar laboratorium—menempati posisi yang sangat penting. Kualitas air sering kali menentukan keaslian dan reproduktibilitas banyak hasil eksperimen; untuk keperluan eksperimen, konsentrasi unsur pengotor dan senyawa dalam air murni biasanya harus berada pada tingkat ppb atau bahkan lebih rendah. Dalam penelitian ilmiah laboratorium, titik awal pemurnian adalah air keran; jika laboratorium sudah memiliki air suling, air deionisasi, atau air reverse-osmosis, maka hanya proses pemurnian ultra yang perlu diperhatikan. Sistem air murni laboratorium memproduksi air dengan kemurnian yang sangat tinggi—air yang media konduktifnya telah dihilangkan hampir sepenuhnya, sementara gas tidak terdisosiasi, koloid, dan bahan organik (termasuk bakteri) juga dihilangkan hingga tingkat yang sangat rendah. Konduktivitasnya umumnya 0,1–0,055 μS/cm, resistivitas (25°C) > 10×10⁶ Ω·cm, dan kandungan garam < 0,1 mg/L; air murni ideal (teoritis) memiliki konduktivitas 0,055 μS/cm dengan resistivitas (25°C) sebesar 18,3×10⁶ Ω·cm. Lihat Gbr. 6-49.

[Gambar: Rencana pasokan air murni laboratorium (gambar CAD), yang menunjukkan tata letak lantai laboratorium medis, terlihat area tunggu, area pemrosesan spesimen, beberapa laboratorium, koridor, dan inti tangga/lift di kedua ujungnya; perpipaan air murni ditampilkan dalam garis berwarna yang menunjukkan rute perpipaan dan titik penggunaan air, dengan dimensi yang ditandai di sepanjang perimeter]

Gbr. 6-49 Gambar Pasokan Air Murni Laboratorium

1. Metode Pemurnian Air dan Aplikasi Kombinasinya

Di laboratorium medis—seperti ruang biokimia, ruang bakteriologi, ruang sel, ruang imunologi, dan ruang hematologi—air murni digunakan.

Air murni laboratorium dapat diproduksi dengan metode-metode berikut; air ultra murni harus mengombinasikan beberapa sarana teknis untuk memenuhi spesifikasi secara penuh.

1.1 Distilasi

Distilasi adalah metode tradisional dan cara yang umum digunakan untuk memproduksi air murni dari air minum. Berdasarkan jumlah kali distilasi, metode ini dibagi menjadi distilasi tunggal, distilasi ganda, dan distilasi tiga kali; kemurnian air meningkat seiring dengan jumlah distilasi.

Keunggulan distilasi adalah kesederhanaan prosesnya dan investasi satu kali peralatan yang kecil; kekurangannya adalah konsumsi energi yang relatif tinggi serta kemurnian dan hasil produksi yang terbatas.

1.2 Filtrasi

Metode ini umumnya diawali dengan pra-filtrasi untuk menghilangkan partikel besar dan lumpur halus dari air, kemudian dilanjutkan dengan katrid kapas filter kasar dan halus, dan akhirnya proses osmosis balik (RO). Membran RO biasanya digunakan untuk menyaring kontaminan hingga berdiameter 1 nm; proses osmosis balik standar dapat menghilangkan 90% kontaminasi ionik, sebagian besar kontaminan organik, dan hampir semua kontaminasi partikulat dari air. Osmosis balik memiliki kapasitas penghilangan yang rendah untuk kontaminan non-ionik dengan berat molekul di bawah 100 dalton, dan kapasitas penghilangan membran RO meningkat seiring dengan meningkatnya berat molekul kontaminan. Secara teoritis, metode ini dapat menghilangkan 100% molekul dengan berat molekul lebih besar dari 300 dalton dan partikel termasuk koloid serta mikroorganisme; gas terlarut tidak dapat dihilangkan.

Dalam proses osmosis balik, air umpan dipompa pada tekanan tertentu (biasanya 4–15 bar, 60–220 psi) ke sisi umpan membran RO dengan aliran tangensial. Membran RO umumnya merupakan membran poliamida yang sangat tipis, stabil dalam rentang pH yang luas, tetapi dapat rusak oleh oksidan seperti klorin yang terkandung dalam pasokan air kota. Filter kedalaman berpori mikro dan kolom filter karbon aktif yang digunakan untuk pra-pengolahan air umpan berfungsi melindungi membran RO dari partikel besar, logam berat, dan klorin bebas. Umumnya 15%–25% dari air umpan akan menjadi permeat; konsentrat yang tertahan di bagian hulu mengandung sebagian besar garam, bahan organik, dan hampir semua partikel. Rasio volume permeat terhadap air umpan disebut sebagai tingkat pemulihan.

Kinerja membran RO dalam sistem pemurnian air biasanya dipantau melalui pengukuran tingkat penolakan ion, yaitu selisih antara konduktivitas air umpan dan konduktivitas permeat yang dibagi dengan konduktivitas air umpan, dan dinyatakan dalam bentuk persentase. Tingkat penolakan ion dan tingkat pemulihan bergantung pada kualitas air umpan, tekanan umpan, suhu air, serta kondisi membran RO. Karena efikasi pemurniannya yang sangat baik, osmosis balik merupakan teknologi yang sangat efektif untuk menghilangkan sebagian besar pengotor. Namun, laju produksi permeatnya relatif rendah, sehingga biasanya dipasangkan dengan tangki penyimpanan untuk menampung air produk agar dapat digunakan atau dimurnikan lebih lanjut. Unit osmosis balik melindungi sistem hilir dari penyumbatan atau kontaminasi oleh koloid dan bahan organik; sistem hilir biasanya dilengkapi dengan perangkat pertukaran ion atau elektrodeionisasi. Untuk memahami prinsip desalinasi osmosis balik, seseorang harus terlebih dahulu memahami konsep “osmosis”. Osmosis adalah fenomena fisik: ketika dua badan air yang mengandung konsentrasi garam berbeda dipisahkan oleh membran semipermeabel, molekul air dari sisi yang lebih sedikit garamnya melewati membran ke dalam air yang lebih banyak garamnya, sedangkan garam tidak dapat merembes; dengan cara ini konsentrasi garam di kedua sisi secara bertahap menjadi seimbang.

(1) Pra-filtrasi. Filtrasi yang dilakukan dengan bahan yang memiliki ukuran pori di atas 5–8 μm disebut pra-filtrasi; metode ini terutama diterapkan pada saluran masuk instrumen pemurnian air untuk menghilangkan partikel besar dari air keran.

(2) Ultrafiltrasi (UF). Filtrasi berkelanjutan dengan batas potong berat molekul 5.000 dalton disebut ultrafiltrasi. Metode ini terutama digunakan untuk pemurnian makromolekul biologis atau penghilangan pengotor. Pada instrumen air ultra murni, metode ini terutama digunakan untuk menghilangkan makromolekul biologis seperti nuklease dan endotoksin dari air ultra murni, sehingga memenuhi persyaratan ketat eksperimen biologis terhadap air ultra murni.

(3) Mikrofiltrasi (MF). Filtrasi yang dilakukan dengan bahan yang memiliki ukuran pori antara 0,1 μm dan 5 atau 8 μm disebut mikrofiltrasi. Metode ini digunakan untuk menghilangkan partikel dan mikroorganisme dari air yang telah dimurnikan; tersedia mikrofilter in-line di jalur aliran atau mikrofilter titik pakai di saluran keluar.

1.3 Adsorpsi

Metode adsorpsi memanfaatkan porositas tinggi karbon aktif untuk mengadsorpsi dan menghilangkan beberapa mikroorganisme, klorin bebas, dan pengotor lainnya.

1.4 Foto-oksidasi

Foto-oksidasi menggunakan sinar ultraviolet 185 nm dan/atau 254 nm untuk membunuh dan menguraikan mikroorganisme di dalam air secara oksidatif, sehingga mengendalikan kadar karbon organik total (TOC) air ultra murni.

1.5 Pertukaran Ion

Seiring dengan peningkatan produksi industri yang berkelanjutan, resin pertukaran ion juga telah ditingkatkan; dikombinasikan dengan beberapa sarana teknis lainnya, hal ini melahirkan elektrodeionisasi, yaitu metode pertukaran ion yang dapat diregenerasi secara daring.

1.5.1 Pertukaran Ion Klasik (SDI)

Umumnya, resin kation dan anion ditempatkan di wadah yang terpisah; setelah digunakan selama jangka waktu tertentu, keduanya pada dasarnya jenuh dan kemudian dapat diregenerasi secara luring. Kemurnian air deionisasi yang dihasilkan oleh metode ini adalah sekitar 1 MΩ·cm.

1.5.2 Pertukaran Ion dengan Resin Tingkat Nuklir

Ini adalah produk resin pertukaran ion yang paling efisien hingga saat ini; air yang diolah dengan resin ini dapat mencapai 18,2 MΩ·cm, yaitu air ultra murni Kelas I. Pada instrumen air ultra murni, resin pertukaran kation dan anion tingkat nuklir dicampur dan dikemas dalam satu wadah untuk sekali pakai; resin ini bersifat sekali pakai dan tidak dapat diregenerasi.

1.5.3 Elektrodeionisasi (EDI)

Ini adalah metode pertukaran ion yang menggabungkan pertukaran ion, membran selektif ion, dan regenerasi langsung di bawah medan listrik. EDI merupakan versi peningkatan dari pertukaran ion. Keunggulan terbesar teknologi ini adalah, secara teori, tidak memerlukan bahan habis pakai; namun kekurangannya adalah investasi satu kali yang besar dan persyaratan kemurnian tinggi modul EDI terhadap ion logam berat dan sejenisnya dalam air umpan—jika tidak, modul ini mudah mengalami keracunan, dan resin penukar ion aktif tidak dapat diregenerasi di bawah medan listrik, sehingga modul EDI harus diganti. Makna sebenarnya dari EDI terletak pada perusahaan seperti pabrik farmasi dengan persyaratan sertifikasi yang ketat, di mana produksi berkelanjutan dapat dijamin. Di bidang laboratorium, penggunaan modul EDI untuk produksi air meningkatkan biaya pembelian dan bukan merupakan pilihan yang paling efisien. Dengan penukaran ion, semakin panjang jalur aliran air melalui resin penukar ion, semakin baik efek pertukarannya.

(1) Menggunakan penukaran ion, prosesnya adalah sebagai berikut: air baku → pompa pendorong air baku → filter multimedia → filter karbon aktif → pelunak air → filter presisi → filtrasi resin kation → filtrasi resin anion → resin kation/anion unggun campur → filter mikropori → titik penggunaan (atau tangki penyimpanan)

(2) Menggunakan reverse osmosis dua tahap, prosesnya adalah sebagai berikut: air baku → pompa pendorong air baku → filter multimedia → filter karbon aktif → pelunak air → filter presisi → reverse osmosis tahap pertama → penyesuaian pH → tangki antara → reverse osmosis tahap kedua → tangki air murni → pompa air murni → filter mikropori → titik penggunaan

(3) Menggunakan EDI, prosesnya adalah sebagai berikut: air baku peralatan air ultra murni → pompa pendorong air baku → filter multimedia → filter karbon aktif → pelunak air → filter presisi → unit reverse osmosis tahap pertama → tangki antara → pompa antara → sistem EDI → filter mikropori → titik penggunaan

(4) Air baku → filter multimedia → filter karbon aktif → pelunak air → tangki antara → pompa tekanan rendah → penyesuaian pH → pencampur efisiensi tinggi → filter presisi → reverse osmosis efisiensi tinggi → tangki antara → pompa EDI → sistem EDI → filter mikropori → titik penggunaan

1.6 Aplikasi Gabungan Teknologi Pemurnian

Pemasok air murni atau air ultra murni laboratorium sering menggabungkan berbagai metode untuk mengubah air keran menjadi air kemurnian tinggi yang dibutuhkan oleh laboratorium.

2. Klasifikasi Air Murni Laboratorium

Air murni laboratorium dapat dibagi menjadi tiga tingkat konvensional: air murni, air murni laboratorium Tingkat II, dan air murni laboratorium Tingkat III.

2.1 Air murni Tingkat III umumnya memiliki kemurnian fisik kurang dari 50 μS/cm; air suling tunggal, air suling ganda, air deionisasi biasa, dan air reverse osmosis semuanya termasuk dalam tingkat ini dan umumnya diproduksi dengan memurnikan air keran. Kegunaan utama air murni Tingkat III adalah pencucian peralatan kaca, air untuk autoklaf, air untuk lingkungan buatan, dan air umpan untuk instrumen air ultra murni.

2.2 Air murni Tingkat II umumnya dinyatakan dengan nilai 5–15 MΩ·cm, meskipun rentang 1–17 MΩ·cm juga dapat dianggap sebagai air murni Tingkat II; air murni Tingkat II umumnya diproduksi dengan melakukan penukaran ion atau elektrodeionisasi lebih lanjut pada air murni Tingkat III. Air ini terutama digunakan untuk menyiapkan reagen umum, air untuk eksperimen kimia biasa, dan air umpan untuk instrumen air ultra murni.

2.3 Air ultra murni Tingkat I merujuk pada air dengan kemurnian fisik lebih besar dari 18 MΩ·cm; resistivitas 18,2 MΩ·cm merupakan indikator air ultra murni Tingkat I. Air ultra murni Tingkat I diproduksi dengan memurnikan lebih lanjut air murni Tingkat III atau Tingkat II melalui resin penukar ion tingkat nuklir, dan terutama digunakan untuk eksperimen analitik presisi tinggi dan eksperimen ilmu hayati dengan persyaratan kemurnian air yang sangat tinggi.

3. Mode Pasokan Air Murni Laboratorium

Terdapat dua mode pasokan untuk air murni laboratorium: mode pasokan terpusat dan mode pasokan terdesentralisasi.

3.1 Mode Pasokan Air Murni Terpusat

Mode pasokan air murni terpusat berarti peralatan produksi air murni dipasang secara terpusat, dan air laboratorium dialirkan melalui pipa pasokan ke titik penggunaan air di setiap laboratorium—baik itu laboratorium tunggal maupun seluruh gedung laboratorium—sehingga air murni atau air ultra murni laboratorium dapat diperoleh langsung dari keran air murni di setiap titik penggunaan.

Keunggulan mode pasokan air murni terpusat:

(1) Biaya operasional rendah dan manajemen terpusat.

(2) Penggunaan secara kolektif, tidak ada kemungkinan mesin menganggur.

(3) Output besar; penggunaan air terhubung jaringan, dengan beberapa titik pengambilan air di laboratorium yang sama.

Kekurangan mode pasokan air murni terpusat: sistem harus menjamin operasi aman jangka panjang, jika tidak ada risiko gangguan pasokan air.

3.2 Mode Pasokan Air Murni Terdistribusi

Mode pasokan air murni terdistribusi berarti mesin pemurnian air atau air jadi disediakan di setiap lokasi penggunaan air di laboratorium.

Keunggulan pasokan air murni terdistribusi: setiap instrumen memiliki hak penggunaan sendiri dan tingkat pemanfaatan yang tinggi.

Kekurangan pasokan air murni terdistribusi:

(1) Biaya operasional tinggi, manajemen tersebar, dan biaya konsumsi relatif tinggi.

(2) Pemasangan titik tetap berupa unit berdiri di lantai atau unit di atas meja, pengambilan air titik tetap, output dan aliran mesin kecil, serta efisiensi kerja rendah.

(3) Jika setiap kelompok eksperimen membeli secara terpisah, total investasi pemilik pada produk semacam itu sangat tinggi, dan tingkat kekosongan dapat meningkat karena perbedaan beban kerja setiap kelompok, yang tidak menguntungkan untuk memaksimalkan efisiensi investasi.

(4) Kualitas air bervariasi.

Seiring perkembangan peralatan laboratorium, pasokan air laboratorium yang terhubung jaringan dan terpusat telah menjadi tren untuk air murni [di gedung laboratorium besar]