PENYEDIAAN AIR BERSIH DAN AIR MINUM MANDIRI
DI KAWASAN BARON TECHNO PARK DENGAN TEKNOLOGI RO 2 TAHAP
CLEAR WATER AND DRINKING WATER SELF SUPPLY
AT BARON TECHNO PARK REGION WITH 2 STAGE RO TECHNOLOGY
Ahmad Gusyairi
Balai Besar Teknologi Konversi Energi - BPPT Email: gusyairi14@gmail.com
ABSTRACT
Baron Techno park is the central R&D, training, dissemination and educational tours of renewable energy technology where located at village Kanigoro district of Saptosari Gunungkidul-DIY. To support the operations of Baron Techno Park, clean water and drinking water supply becomes very important because of its location in an area far from the source of fresh water. Potential water sources in locations Baron Techno Park there are several sources that sea water, rain water and ground water sources bargaining was at a depth of 150 m below sea level. Currently seawater desalination system is the main water treatment technologies to supply the needs of clean water and drinking water in the region Baron Techno Park. Intake wells for desalination systems are made in front of the beach Krakal Baron Techno Park within 20 m from the shoreline to a depth of 6 meters. Intake well created with the purpose of obtaining sources of raw water desalination that is free of coarse pollutants or sediments due to rough sea water entered into the well through a natural filter media sand and stones from the beach up to the well. Desalination system using membrane technology reverse osmosis (RO) two stages, where the first stage RO producing clear water with a capacity of 500 liters/hour (TDS < 1000 mg/l) and the second stage RO produce drinking water with a capacity of 250 liters/hour (TDS < 200 mg/l. Product of clear water is collected and stored in the main reservoirs at high altitudes with a capacity of 10 m3 and distributed throughout the region by gravity flow, whereas the product of drinking water accommodated in bottle capacity of 5 gallons or about 19 liters. Keywords: Sea Water, Desalination, Clear Water, Drinking Water, TDS.
ABSTRAK
Baron Techno Park merupakan pusat R&D, pelatihan, sarana desiminasi dan edu wisata teknologi energi baru terbarukan (EBT) yang berlokasi di desa Kanigoro kecamatan Saptosari kabupaten Gunungkidul-DIY. Untuk menunjang operasional Baron Techno Park, suplai air bersih dan air minum menjadi sangat penting karena lokasinya berada pada area yang jauh dari sumber air tawar. Sumber air potensial di lokasi Baron Techno Park ada beberapa sumber yaitu air laut, air hujan dan sumber air tanah tawar yang berada di kedalaman 150 m di bawah permukaan laut. Saat ini sistem desalinasi air laut adalah teknologi pengolahan air utama untuk suplai kebutuhan air bersih dan air minum di kawasan Baron Techno Park. Sumur intake untuk sistem desalinasi dibuat di depan pantai Krakal Baron Techno Park yang berjarak 20m dari bibir pantai dengan kedalaman 6meter. Sumur intake dibuat dengan tujuan mendapatkan sumber air baku desalinasi yang bebas dari polutan kasar atau sedimen karena air laut masuk ke sumur melalui saringan alami media pasir dan batu dari pantai sampai ke sumur. Sistem desalinasi menggunakan teknologi membran reverse osmosis (RO) dua tahap, dimana RO tahap pertama memproduksi air bersih dengan kapasitas 500 liter/jam (TDS < 1000 mg/l) dan RO tahap kedua memproduksi air minum dengan kapasitas 250 liter/jam (TDS < 200 mg/l). Produk air bersih ditampung dan disimpan dalam tandon utama pada lokasi yang tinggi dengan kapasitas 10 m3 dan didistribusikan keseluruh kawasan dengan aliran gravitasi, sedangkan
produk air minum ditampung dalam kemasan botol kapasitas 5 galon atau sekitar 19 liter.
Kata kunci: Air Laut, Desalinasi, Air Bersih, Air Minum, TDS. 1. PENDAHULUAN
Baron Techno Park (BTP) dibangun sejak tahun 2010 berlokasi di desa Kanigoro kecamatan Saptosari kabupaten Gunungkidul Daerah Istimewa Yogyakarta. Baron Techno Park merupakan kawasan yang menjadi pusat R&D, pelatihan, sarana desiminasi dan edu wisata teknologi energi baru terbarukan (EBT). Lokasi ini dipilih karena potensi sumberdaya energi baru terbarukan yang besar seperti energi surya, angin, biomass dan gelombang. Saat ini potensi energi baru terbarukan yang dimanfaatkan untuk menghasilkan listrik adalah energi surya dan energi angin yang digunakan untuk kebutuhan listrik kawasan sendiri. Kapastitas terpasang untuk pembangkit listrik tenaga surya (PLTS) sebesar 36 kWp dan pembangkit listrik tenaga bayu (PLTB) sebesar 15 kW yang terbagi menjadi 2 unit yaitu PLTB 5 kW dan PLTB 10 kW. Energi listrik yang digunakan untuk mengoperasikan unit RO desalinasi dan RO air minum seluruhnya disuplai dari energi matahari (PLTS) dan energi angin (PLTB).
Kawasan Baron Techno Park untuk operasionalnya juga membutuhkan air bersih dan air yang dapat diminum sesuai dengan standar Permenkes RI No: 416/MENKES/PER/IX/1990 dan Permenkes RI No: 907/MENKES/SK/VII/2002. Sumber air potensial yang ada di kawasan Baron Techno Park adalah air laut karena berada di tepi laut, air hujan jika musim hujan dan air tanah tawar dengan kedalaman 70 - 150 meter di bawah permukaan laut yang belum dimanfaatkan. Saat ini sumber utama suplai air bersih kawasan Baron Techno Park adalah dengan mengolah air laut menjadi air tawar dan air minum dengan teknologi desalinasi membran reverse osmosis (RO) yang dikonstruksikan pada tahun 2015.
Sumber air baku untuk sistem desalinasi di Baron Techno Park di ambil dari sumur yang dibuat di depan pantai dalam kawasan Baron Techno Park yang berjarak sekitar 20 meter dari bibir pantai. Sumur ini dibuat dengan tujuan agar kualitas air baku lebih jernih bebas dari padatan tersuspensi dan sedimen dengan TDS lebih rendah karena bercampur dengan air tanah tawar. TDS air sumur dipengaruhi musim, jika musim hujan air cenderung tawar karena debit air hujan yang masuk ke sumur lebih besar dan sedikit sekali air laut yang meresap ke sumur. Sedangkan pada musim panas TDS air sumur menjadi tinggi hingga 9000 mg/l dan untuk memenuhi kebutuhan air bersih dan air minum kawasan Baron Techno Park dipenuhi seluruhnya dari unit RO desalinasi.
Salinitas air berdasarkan persentase kadar garam terlarut dibagi menjadi 4 kategori yaitu air tawar (< 0,05 %), air payau (0,05 % - 3 %), air saline (3 % - 5 %), brine (> 5 %), sumber https://id.wikipedia.org/wiki/Salinitas. Total dissolved solid (TDS) air sumur di Baron Techno Park diukur dengan TDS meter adalah 9000 mg/l atau sama dengan kadar garam terlarut 0,9 % jika seluruh padatan terlarut adalah garam.
Mayoritas teknologi desalinasi terdiri dari proses termal baik menggunakan panas atu listrik sebagai sumber energi dan proses filtrasi membrane reverse osmosis yang hanya menggunakan energi listrik. Proses desalinasi dominan yang digunakan saat ini adalah membrane reverse osmosis dengan besaran penggunaannya 60% dari kapasitas dunia (IEA-ETSAP and IRENA, 2012).
Reverse osmosis (RO) untuk pengolahan air di BTP terdapat dua unit, RO tahap pertama untuk desalinasi air laut menjadi air bersih dengan TDS produk < 1000 mg/l. Air bersih produk RO tahap pertama untuk memenuhi kebutuhan air bersih kawasan dan RO tahap kedua untuk mengolah air bersih hasil pengolahan tahap pertama menjadi air minum dengan TDS produk < 200 mg/l. Produk air bersih ditampung dan disimpan dalam tanki utama pada lokasi yang tinggi dengan kapasitas 10 m3 dan didistribusikan keseluruh kawasan dengan aliran gravitasi, sedangkan produk air minum ditampung
dalam kemasan botol kapasitas 5 galon atau sekitar 19 liter.
Permasalahan yang terjadi didalam proses desalinasi ini adalah kualitas air baku yang mengandung kadar kapur tinggi dengan tingkat kesadahan lebih dari 500 mg/l, hal ini menyebabkan terjadinya penyumbatan karena kapur yang menempel pada pada membran RO (scaling) dengan cepat. Secara berkala membran RO harus dilakukan cleaning untuk meluruhkan kapur yang menempel pada membran RO dan untuk meluruhkan bahan organik pada membran.
Data yang digunakan pada tulisan ini adalah data yang diukur untuk TDS pada tahun 2016 dan data yang diperoleh untuk curah hujan di Gunungkidul pada tahun 2015 (sumber: Dinas Tanaman Pangan dan Hortikultura Kabupaten
Gunungkidul). 2. METODE
2.1. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam sistem penyediaan air bersih dan air minum ini adalah air baku air laut yang melalui sumur intake di depan pantai dalam kawasan Baron Techno Park.
Alat yang digunakan dalam sistem desalinasi produksi air bersih: - Pompa air baku
- Tanki air baku - Pompa air umpan - Tanki reaktor
- Filter pengolahan awal (saringan pasir silika dan saringan arang aktif) - Filter sedimen (cartridge)
- Filter kantong (bag filter) - Pompa tekanan tinggi
- Filter membran sea water reverse osmosis(SWRO) - Tanki produk air bersih
Alat yang digunakan untuk produksi air minum: - Tanki air bersih
- Pompa air umpan - Filter sedimen (cartridge) - Pompa tekanan tinggi
- Filter membran tap water reverse osmosis(TWRO) - Botol kemasan air minum (19 liter)
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur kandungan padatan terlarut (TDS) dari air baku, produk air bersih dan air minum adalah TDS meter.
2.2. Prosedur Pengolahan
- Prosedur pengolahan air baku menjadi produk air bersih dan air minum: - Air baku dari sumur dipompa ke tanki penampung air baku.
- Kemudian dipompa ke sistem desalinasi dengan pompa air umpan. - Air baku melalui proses pengolahan awal saringan pasir dan karbon aktif.
- Dari pengolahan awal, air baku didorong dengan pompa tekanan tinggi melalui membran reverse osmosis air laut (tekanan kerja 20-30 bar).
- 60% - 75% air baku yang masuk membran keluar sebagai konsentrat (air dengan TDS tinggi).
- 25% - 40% air baku menjadi produk air bersih (TDS < 1000 mg/l) dan ditampung di tanki produk air bersih dan selanjutnya didistribusikan secara gravitasi ke seluruh kawasan Baron Techno Park.
- Besarnya persentase produk diatur dari besarnya tekanan operasi dengan parameter pembatas adalah TDS produk < 1000 mg/l.
- Produk air bersih diproses lanjut untuk produksi air minum menggunakan RO tahap kedua. - 60% air bersih keluar dari unit RO tahap dua sebagai konsentrat.
- 40% air bersih keluar dari unit RO tahap dua sebagai produk air minum (TDS < 200 mg/l) yang dikemas langsung dalam botol kemasan ± 19 liter atau 5 galon.
- Air minum siap didistribusikan khusus di dalam kawasan Baron Techno Park dan untuk kebutuhan pegawai Baron Techno Park.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Kualitas air baku (TDS) RO tahap 1 (desalinasi) bervariasi sesuai dengan musim, jika musim hujan TDS air baku menjadi rendah sampai 500 mg/l karena resapan air hujan ke sumur air baku lebih tinggi, sedangkan pada musim panas TDS air baku menjadi tinggi hingga 9000 mg/l karena air laut yang masuk ke sumur air baku lebih besar sedangkan resapan air hujan lebih kecil (gambar 1 dan 2).
Gambar 1. Data Curah Hujan di Gunungkidul Tahun 2015
Gambar 1 adalah kondisi curah hujan di Gunungkidul pada tahun 2015, data ini menunjukkan curah hujan yang tinggi Desember hingga April dan curah hujan rendah pada bulan Mei dan Nepember, sedangkan musim panas terjadi pada bulan Juni hingga Oktober. Dengan demikian kondisi kualitas air di sumur air baku akan berubah sesuai kondisi curah hujan (gambar 2). Satu bulan setelah curah hujan rendah maka TDS air baku dari sumur mulai naik dengan cepat, begitu juga jika satu bulan setelah intensitas curah hujan yang tinggi maka TDS air baku di sumur mulai turun hingga menjadi tawar. Umumnya kondisi air baku di sumur adalah payau, saat itulah frekuensi operasional RO desalinasi lebih tinggi karena untuk memenuhi semua suplai air bersih kawasan Baron Techno Park. Pada saat musim hujan dengan curah hujan tinggi sebagian kebutuhan air bersih menggunakan air hujan dan sebagian lagi disuplai dari sumur air baku secara langsung jika kondisi air baku tawar.
Gambar 2. Data TDS Air Baku RO Rata-Rata Bulanan Tahun 2016 0 100 200 300 400 500 600 700 mm 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 TD S (m g/l )
Unit RO desalinasi dan RO air minum dilengkapi dengan beberapa alat ukur seperti flow meter dan TDS meter dengan tujuan untuk melakukan monitoring data proses dan waktu pembersihan membran (chemical cleaning). Tabel 1 di bawah menampilkan data-data hasil pengukuran atau pencatatan TDS air baku dan air produk RO. Kualitas air produk RO ditentukan dari kualitas air baku dari sumur intake, semakin tinggi TDS air baku maka semakin tinggi pula TDS air produk RO baik tahap pertama maupun tahap kedua.
Tabel 1. Data hasil monitoring proses produksi air bersih dan air minum dengan teknologi RO 2 tahap
Bulan TDS Air Baku rata-rata
TDS RO Tahap 1 (Produk air bersih)
TDS RO Tahap 2 (Produk air minum)
Januari 495 25 3,75 Februari 545 27 4,15 Maret 594 30 5,56 April 891 45 7,75 Mei 1188 70 12,50 Juni 1485 84 14,60 Juli 1980 108 16,20 Agustus 2970 249 37,35 September 4950 348 54,25 Oktober 9000 655 100,96 November 5940 297 44,55 Desember 1980 99 15,84
Satuan TDS (mg/l), data diukur tahun 2016
Proses chemical cleaning membran RO unit desalinasi dilakukan setiap 6 bulan sekali atau jika tekanan operasi naik 20% dan TDS air produk naik melebihi standar operasi normal. Scaling yang terjadi karena kesadahan air baku yang tinggi dapat diatasi dengan larutan HCl sebagai chemical cleaning. Proses cleaning menggunakan larutan HCl pH 2 dengan temperatur 40 oC dan dilakukan sirkulasi pada membran selama 24 jam.
4. KESIMPULAN
Teknologi reverse osmosis (RO) 2 tahap menjadikan solusi bagi penyediaan air bersih dan air minum di kawasan Baron Techno Park yang tidak memiliki sumber air tawar sepanjang tahun terutama di musin panas atau kemarau. Permasalahan kualitas air baku yang mengandung kapur tinggi dapat diatasi dengan menggunakan larutan HCl pH 2 untuk melakukan chemical cleaning membran pada temperatur 40 oC dan proses sirkulasi chemical cleaning selama 24 jam. 5. UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis menyampaikan ucapan terima kasih kepada pimpinan Baron Techno Park yang telah memberikan dukungan hingga selesainya tulisan ini dan juga terima kasih kepada pak Sumardianta yang telah membantu dalam mengoperasikan dan mengumpulkan data operasional RO 2 tahap di Baron Techno Park.
6. DAFTAR PUSTAKA
Geni Rina Sunaryo, Sumijanto, Siti Nurul Lafifah (1999), Perancangan Sistim Pemurnian Air Laut Menjadi Air Tawar Berdasarkan Metoda Desalinasi Multistage Flash Distillation (MSF), Prosiding Presentasi llmiah Teknologi Keselamatan Nuklir-IV, 95-102.
M. A. Eltawil, Z. Zhengming, and L. Yuan (2008), “Renewable Energy Powered Desalination System : Technologies and Economics-State of The Art,” Int.Water Technol. Conf., vol. 12, no. 1, 1–38.
IEA-ETSAP and IRENA (2012), Water Desalination Using Renewable Energy, Technology Brief I12, 1-24. Sudrajat Harris Abdulloh (2015), Desalinasi Air dengan Memanfaatkan Energi Terbarukan, ResearchGate, 1-8.
N. Ghaffour, J. Bundschuh, H. Mahmoudi, and M. F. a. Goosen (2015), “Renewable energy-driven desalination technologies: A comprehensive review on challenges and potential applicat ions of integrated systems, Desalinatin volume 356, 94-114.
TANYA JAWAB
Ragil Darmawan SAC, MT. (Litbang KEBTKE Kementerian ESDM)
1. Modul yang dipakai untuk RO jenis apa? Karena setelah RO 2 TDS yg didapat masih di atas 200 ppm? Jawaban :
a. Modul membran yang dipakai adalah cellulose acetate. Digunakan RO 2 tahap dengan tujuan RO tahap 1 untuk produksi air bersih dengan target TDS air produk < 1000 ppm dan RO tahap 2 untuk produksi air minum dengan target TDS air produk < 200 ppm.
b. Karena hardness yang sangat tinggi maka RO tahap 1 dioperasikan hanya di 20-25 bar (seharusnya 40-50 bar), hal ini dilakukan untuk memperpanjang masa pakai membran RO dan karena kondisi air baku yang cenderung payau.
2. Sudah ada penggantian / cleaning? Jawaban :
Belum ada penggantian membran dan cleaning rutin dilakukan untuk pemeliharaan membran. 3. Bagaimana perbandingannya dengan ion exchange, kaitannya dengan proses cleaningnya?
Jawaban :
Ion exchange adalah tahapan yang lebih tinggi dari RO. Saat ini ion exchange digunakan setelah RO untuk produksi
“demin water”. Untuk ion exchange dikenal dengan istilah regenarasi bukan cleaning dan pemakaian bahan kimia yang banyak sehingga lebih mahal biayanya dibandingkan dengan RO.
4. Pretreatment apakah tidak mengurangi hardnessnya? Jawaban :
Pretreatment hanya mengurangi kandungan organik dan sedimen tdk bias mengurangi hardness karena hanya
menggunakan sand dan carbon filter.
5. Kami pernah melakukan penelitian serupa untuk daerah perbatasan. Permasalahan yang dihadapi adalah di filter. Perhitungan ekonominya belum diuraikan dalam penelitian.
Jawaban :
a. Kendala dari filter adalah scaling yang disebabkan oleh kapur yang ada di air baku, apalagi air laut di daerah Gunungkidul. Cleaning harus dilakukan secara rutin, cleaning di sistem ini sering dilakukan karena kandungan kapurnya (Hardness) yang sangat tinggi.
b. Penggunaan RO untuk produksi air bersih belum bisa dibilang ekonomis, biaya operasional yang dikeluarkan untuk mendapatkan 1 m3 air bersih lebih kurang sebesar 1 US dollar. Baron Technopark memilih RO karena
