M e n ce ga h Pe m be n t u k a n Ka lsiu m Su lfa t pa da D e sa lin a si Air La u t
M irna Ra hm a h Lubis1, Li Zhu2, Ce sa r B. Gr a nda2
1
Jurusan Teknik Kim ia Fakult as Teknik Univ ersit as Sy iah Kuala Banda Aceh Jl. Tgk. Sy ech Abdurrauf No. 7 Darussalam , Banda Aceh - 23111
2
Jurusan Teknik Kim ia, Universit as Texas A&M College St at ion, TX 77843- 3122, U.S.A.
e- m ail: m irnar ahm ahlubis@y ahoo.com
Abst r a k
Resin penukar - anion, Relit e MG 1/ P, dapat digunakan unt uk m em isahkan sulfat dalam air laut guna m encegah pem bent uk an kerak kalsium sulfat pada heat exchanger. Resin t ersebut m enunj ukkan selekt ivit as sulfat yang t inggi dalam air laut sint et is. Resin yang t elah dipakai dapat dir egenerasi m enggunakan air asin yang dipekat kan dengan asam hingga m encapai pH 4. Unt uk wak t u pem akaian dan regenerasi yang sam a, fakt or konsent rasi desalinasi ( m isalnya 2 hingga 4) m enaikkan konsent rasi klor ida dalam air asin yang diblow down. Dengan fakt or konsent rasi yang t et ap, kenaikan laj u alir ( pengurangan wakt u pem ak aian dan regenerasi) m em per endah efisiensi regenerasi dan m enaikkan pem isahan sulfat . Ak ibat kelarut an kalsium sulfat yang bersifat t erbalik t ersebut , t em perat ur air asin yang t inggi m em er lukan pem isahan sulfat yang lebih banyak, yang dapat dicapai dengan m engurangi laj u alir air laut . Pengurangan laj u alir t er sebut m em but uhk an peralat an yang lebih besar dan resin yang lebih banyak, sehingga biaya m odal bert am bah. Unt uk pabrik desalinasi dengan kapasit as produksi 1 j ut a gallon per hari dan fak t or konsent rasi sebesar 2, biaya pem isahan sulfat m eliput i biaya resin dan biay a peralat an. Biaya t ersebut bervariasi dari $0.246 hingga $0.356/ kgalon ( per ribu galon air yang diproduksi) karena t em perat ur m aksim um air asin berubah dar i 140°C m enj adi 180°C.
Keyw ords: desalinasi air laut , ion ex change, kalsium sulfat , k erak; m echanical vapor com pression ( MVC) , pem isahan sulfat , resin penukar - anion basa lem ah
1 . Pe n da h u lu a n
Desalinasi air laut yang ekonom is sem akin pent ing karena m eningkat nya perm int aan air m inum sebagai akibat berkurangny a per-sediaan sum ber air t awar. Teknik desalinasi yang paling um um m eliput i m em bran
(reverse osm osis, RO; elect rodialysis, ED)
dan evaporasi (m ult i- st age flash, MSF; m ult
i-effect dist illat ion, MED; m echanical vapor
com pression, MVC) . Walaupun perkem
bang-an t eknik m em brbang-an ybang-ang hem at energi begit u pesat , desalinasi t erm al m em iliki keunggulan sepert i: m inim al pret reat m ent dan salinit as air um pan yang fleksibel. MSF akan lebih prakt is j ika sum ber airnya m em punyai salinit as yang t inggi dan biaya energi yang t idak begit u t inggi, sepert i di Tim ur Tengah.
Unt uk m encipt akan energi t erm al yang kom pet it if, MVC bert em perat ur t inggi t elah dikem bangkan dengan m enggunakan m esin berefisiensi t inggi dan heat exchanger sheet -shell yang baru ( Lara- Ruiz dkk., in press) . Sat u fakt or pent ing yang m em bat asi penggunaan MVC konvensional bert em -perat ur rendah ( < 80oC) adalah t ingginya biaya m odal kom presor. Kenaikan t em perat ur MVC t ersebut akan m enaikkan densit as uap air, sehingga biaya m odalnya berkurang.
Tem per at ur yang lebih t inggi j uga berart i m em perkecil energi kom presi unt uk ΔT yang sam a. Di sam ping it u, koefisien perpindahan panas akan m enj adi lebih t inggi pada t em perat ur y ang lebih t inggi ( Lara- Ruiz dkk.,
in press) .
Walaupun dem ikian, pengoperasian eva-porat or pada t em perat ur t inggi akan dapat m enyebabkan t erbent uknya kerak sehingga kondukt ivit as t erm al perm ukaan perpindahan panasnya berkurang. Teknik ut am a yang dit erapkan saat ini dalam pabrik desalinasi air laut secara t erm al adalah penam bahan
ant iscalant unt uk m engont rol kerak alkalin,
Tem per at ur m aksim um air asin dalam pabrik MSF konvensional t erbat as karena kerak CaSO4, yang t idak dapat dikendalikan secara efekt if oleh ant iscalant dan t idak dapat dipisahkan secara kim ia. Oleh sebab it u, pem isahan unsur- unsur pem bent uk kerak m erupakan cara yang paling efekt if unt uk m encegah pengot oran CaSO4. Secara um um , HCO3− keduanya dapat dipisahkan m asing-m asing asing-m elalui reaksi dengan MgCO3 and Ca( OH)2; CaCO3 yang t erbent uk disaring. Walaupun kerak alkalin dan CaSO4 dapat dihilangkan dengan proses endapan kalsium karbonat , konsum si bahan kim ia yang besar t elah m encegah penggunaanya pada pret reat m ent dalam pabrik desalinasi. Mem bran NF secara khusus digunakan pada kebanyakan ion bervalensi dua dan beberapa ion bervalensi sat u dalam air laut , t ergant ung pada t ipe m em bran dan kondisi operasi. NF, sebagai pret reat m ent air laut pada RO dan MSF t elah dit elit i dalam pilot plant ( Hassen, dkk., 1998) . Tem perat ur m aksim um air asinnya akan dapat dinaikkan set ingggi 160°C t anpa m enggunak an ant iscalant saat 90% ion- ion bervalensi dua dalam air laut dipisahkan ( Al- Sofi dkk., 1999) . Sepert i halnya RO, NF j uga akan m em but uhkan penyaringan air um pan sebelum m elewat i m em bran. Tet api, desalinasi t erm al t idak begit u sensit if t erhadap padat an t ersuspensi; oleh sebab it u, pret reat m ent NF m enj adi sangat berlebihan dan m ahal.
Selam a beberapa dekade, I X dilaporkan dapat m engurangi konsent rasi Ca2+ at au SO42− dalam air laut , m asing- m asing dengan m enggunakan resin kat ion dan anion. Tet api, resin kat ion kuat m enunj ukkan selekt ivit as Ca2+ yang rendah, disebabkan oleh rasio Na+/ Ca2+ (∼20) dan Mg2+/ Ca2+ (∼4.5) yang t inggi dalam air laut ( Barba dkk, 1982) . Resin anion lem ah yang m engandung gugus fungsional am ino prim er dan sekunder dalam m at riks hidrofilik berpori cenderung m enuj u ion- ion bervalensi sat u dan ion- ion bervalensi banyak ( Boari dkk., 1974) . Proses pengant ian SO42− dalam air laut dengan Cl− dari resin t ersebut disebut DESULF ( Zannoni dkk., 1987) . Resin yang t erpakai dapat diregenerasi dengan m enggunakan air asin blowdown yang dipekat kan, sehingga m enghem at biaya bahan kim ia regener ant nya. Dengan m enggunakan I X, pret reat m ent MSF dan RO ( Zannoni dkk., 1987) secara m em uaskan t elah dipakai
dalam pabr ik desalinasi. Evaporat ornya beroperasi pada 150°C t anpa m em bent uk CaSO4 ( De Maio dkk., 1983) . Unt uk m encapai selekt ivit as SO42− yang t inggi selam a I X, sej um lah besar asam diperlukan unt uk m engendalikan pH air laut dalam range 3−4 ( De Maio dkk., 1979) .
Art ikel ini m enyelidiki keefekt ifan resin anion lem ah, Relit e MG1/ P, unt uk pem isahan sulfat pada ber bagai kondisi operasi. Resin ini m em punyai gugus fungsional poliam ina dan m at riks poliakrilik yang m enyerupai resin yang digam barkan dalam lit erat ure dan dapat diregenerasi dengan air asin blowdown yang dipekat kan hingga pH 4. Evaluasi ekonom i DESULF dilakukan pada berbagai t em perat ur.
2 . M e t odologi
St udi ini m enggunakan r esin penukar anion, Relit e MG1/ P ( Mit subishi, diproduksi di I t alia) , yang m engandung gugus fungsi poliam ina yang cross- linked dengan divilbenzena. Bola-bola resin 16−50 m esh ini m em punyai kapasit as penukaran t ot al sebesar 2.7 m eq/ m l. Sebelum dit elit i di laborat orium , 30 m l resin bebas- basa diubah m enj adi bent uk klorida dengan m enggunakan 240 m l asam HCl 0.6 N selam a 60 m enit . Kem udian resin t ersebut dicuci hingga pH larut an sekit ar 3.
I X dilakukan dalam kolom berdiam et er 13 m m yang dilengkapi dengan piringan berpori pada bagian bawahnya unt uk m enahan bed resin. Tinggi packed bed adalah 250 m m . Air um pannya dialirkan dari at as ke dalam kolom yang dilengkapi dengan ayakan dan sum bat karet pada bagian at as unt uk m encegah fluidisasi. Regenerasi dilakukan dari bawah, dengan wak t u pem akaian dan regenerasi yang sam a. Dalam st udi ini, air laut sint et is t elah dipersiapkan sesuai dengan kom posisi yang dit unj ukkan dalam Tabel 1.
kondisi eksperim en, pem akaian dan rege-nerasi akan berlangsung selam a beberapa siklus hingga diperoleh pem isahan sulfat yang st eady- st at e. Resin yang t elah dipakai diregenerasi dengan 250 m l NaCl 2,4 N, diasam kan hingga pH 2 pada laj u alir rendah unt uk m enj am in agar t idak ada sulfat yang bersisa sebelum resin t ersebut digunakan unt uk kondisi eksperim en yang baru.
Klorida akan dianalisis dengan m et ode Mohr ( Kraem er and St am m , 1924) . Sulfat dit ent ukan m elalui reaksi dengan BaCl2 berlebih unt uk m em bent uk BaSO4 yang t ak-larut ; BaCl2 berlebih t ersebut dit it rasi kem bali dengan EDTA m enggunakan indikat or black Eriochrom e T ( www.ofit e.com , 2007) . Unt uk m engurangi kesalahan t it ik- akhir, sej um lah kecil MgCl2 dit am bahkan pada larut an- larut an yang t idak m engandung Ca2+ dan Mg2+, sebab indikat or t ersebut lebih sensit if pada Mg2+. Unt uk larut an yang m engandung Ca2+ and Mg2+, kesadahan t ot alnya ( j um lah Ca2+ dan Mg2+) dit ent ukan lebih dahulu, diikut i pengendapan BaCl2 dengan volum sam ple yang sam a. Selanj ut nya, BaCl2 yang berlebih t ersebut akan dit it rasi.
3 . H a sil da n Pe m ba h a sa n
Boari dkk. ( 1974) t elah m elaporkan koefisien selekt ifit as pert ukaran SO42−/ Cl− yang t inggi pada Relit e MG 1 yang berbent uk gel. Bahan eksperim en ini t idak t ersedia secara kom ersil, sehingga dipilihlah Relit e MG1/ P berpori unt uk penyelidikan lanj ut an dalam st udi ini. Selain it u, Relit e MG1/ P m engandung gugus fungsional poliam ina dan m at riks poliakrilik yang serupa dengan Kast el A 102 ( Mont ecat ini Edison Co., Milan, I t alia) , yang t elah digunakan secara sukses dalam pabrik desalinasi MSF dan RO unt uk m em isahkan sulfat dalam air laut ( Zannoni dkk., 1991) . Pengaruh param et er- par am et er berikut diuj i: pH, fakt or konsent rasi air asin, dan laj u alir.
3 .1 pH
Bent uk basa bebas dari resin penukar anion digunakan unt uk m elakukan pem isahan sulfat
dalam t iga langkah berikut ( Harland, 1994, Lara- Ruiz dkk., in press) disosiasi bent uk “ hydroxide” lem ah dalam keset im bangan dengan air ( Reaksi 1) ; ( 2) m enam bah larut an yang m engandung klorida unt uk m engubah resin t ersebut m enj adi bent uk klorida dengan m em ast ikan pH cukup rendah ( Reaksi 2) ; dan ( 3) m enggant i SO42− dengan Cl− pada pH yang lebih rendah dari 9 ( Reaksi 3) .
Nilai pH yang rendah akan m endukung proses I X t ersebut kar ena konsent rasi H+ yang t inggi m encegah hidrolisis gugus fungsional poliam ina, sesuai dengan reaksi berikut :
RHCl + H2O ↔ RHOH + H+ + Cl− ( 4) Hidrolisis akan m enj adi lebih nyat a saat alkalinit as bikarbonat dalam air um pan bert am bah. Prot on dari Reaksi ( 4) m em ungkinkan berlangsungnya reaksi dealkalinisasi.
H+ + HCO3− ↔ H2O + CO2 ( 5)
Reaksi hidrolisis poliam ina t erj adi hingga resin t ersebut m encapai pH keset im bangan dengan air. Hal ini akan m engurangi kapasit as pert ukaran saat pem isahan sulfat t erj adi.
Unt uk m em balikkan reaksi hidrolisis t ersebut ( Reaksi 4) selam a regenerasi, m aka asam dit am bahkan pada r egenerant nya sehingga gugus t erhidrolisis t ersebut akan berubah m enj adi klorida. Gam bar 1 m enunj ukkan pengaruh pH pada t ingkat pem isahan sulfat dalam air laut sint et is dengan fakt or konsent rasi sebesar 2.
Tiap t it ik m enyat akan rat a- rat a siklus pe-m isahan sulfat yang st eady st at e. Penurunan pH air um pan t elah m endukung pem isahan sulfat . Terlihat bahwa t ingkat pem isahan sulfat t et ap konst an dalam range pH 4–5, dan kem udian m enurun secara drast is. Selanj ut nya, kinerj a resin t erus m enurun bahkan set elah t uj uh siklus saat air laut sint et is pada pH 7 digunakan. Hasil- hasil ini sesuai dengan lit erat ur. Pada air laut dengan CH2N( CH3)2 + H2O ←⎯hidrasi⎯⎯⎯→ RCH2NH( CH3)2+ + OH− ( 1)
anhidrat disosiasi lem ah
RCH2NH( CH3)2+ + OH− + HCl
⎯
netralisas⎯
⎯
⎯
i→
RCH2NH( CH3)2+ + Cl− + H2O ( 2)disosiasi kuat
2RNH( CH3)2+Cl− + SO42−aq
←
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
<⎯
⎯
⎯
⎯
→
⎯
) 9 ~(pH
exchange ion
[ RNH( CH3)2+]2SO42− + 2Cl− aq
pH 7, ion- ion bikarbonat m engkonsum si prot on unt uk m em peroleh buffer dengan pH 5, yang m endukung hidrolisis poliam ina ( Reaksi 4) . Oleh sebab it u, pengat uran pH air laut hinga 4–5 m enj am in agar resin anion basa lem ah t ersebut t et ap m em iliki kapasit as pert ukaran yang t inggi saat pem isahan sulfat .
Gam bar 2 m enunj ukkan pengaruh fakt or konsent rasi n ( rasio konsent rasi air asin
t erhadap air um pan) pada pem isahan sulfat dalam air laut sint et is. Kenaikan n
m eningkat kan pem isahan sulfat karena m em berikan m anfaat ganda pada proses I X.
N yang besar m enunj ukkan t ingginya
konsent rasi Cl− dalam regenerant nya, sehingga m engurangi kecenderungan resin t erhadap SO42− dan m em bant u proses regener asi. Dengan pengat uran wakt u yang sam a saat pem akaian dan regenerasi, volum dan laj u alir regener ant t ersebut m enj adi 1/n
dari volum dan laj u alir saat proses pem akaian. Karena efisiensi regenerasi t ergant ung pada wakt u kont ak cairan-padat an t ersebut , m aka fakt or konsent rasi yang t inggi m enunj ukkan laj u alir regenerant yang rendah dan efisiensi regenerasi yang t inggi. Dengan alasan yang sam a, penurunan
n m engakibat kan pem isahan sulfat yang lebih buruk pada laj u alir yang lebih t inggi ( Gam bar 2) .
Dari sudut pandang prakt is, n yang lebih t inggi m enunj ukkan lebih sedikit nya air laut yang harus diolah dan lebih sedikit nya biaya pret reat m ent per volum air yang diproduksi. Penggunaan n yang lebih t inggi m em erlukan lebih banyak energi dalam proses dist ilasi. Oleh karena it u, pengat uran n yang t epat m em erlukan opt im isasi keseluruhan t eknologi desalinasi t ersebut .
3 .3 La j u Alir Pr ose s Pe m a k a ia n
Relit e MG1/ P m erupakan pilihan ideal sebab m em punyai selekt ifit as t inggi t erhadap SO42− dalam air laut dan cenderung m engikat Cl− pada konsent rasi larut an yang lebih t inggi. Karakt erist ik pent ing lainnya adalah kapasit as pert ukaran yang t inggi dan laj u pert ukarannya yang cepat , m enyerupai karakt erist ik Kast el A 102. Telah dilaporkan bahwa laj u alir air laut dapat naik hingga 40 l air/ j am unt uk set iap lit er resin, dengan penukar ion Kast el A 102 ( Aveni dkk., 1975) . Dengan proses pem akaian 30 m enit dan volum spesifik 20 l air/ lresin, deraj at pem isahan sulfat yang t inggi dapat dicapai. Sebagaim ana yang dibahas sebelum nya, regener asi dan pem ak aian dirangkaikan dengan m enggunakan wakt u proses yang sam a. Laj u alir pem akaian yang t inggi m enunj ukkan laj u alir regenerant yang t inggi dan efisiensi regenerasi yang relat if rendah, sehingga m em per buruk siklus berikut nya. Unt uk m em peroleh efisiensi regenerasi yang t inggi, 25–30% regener ant yang dipakai t erakhir digunakan sebagai fraksi pert am a pada regenerasi berikut nya. Fixed- bed I X dioperasikan secara count ercurrent , aliran regener asi dari bawah dengan aliran
pem akaian dari at as digunakan sehingga penggunaan regener ant nya dapat efisien.
Ga m ba r 3 . Pem isahan sulfat versus laj u alir pada berbagai fakt or konsent rasi. Resin: Relit e MG- 1/ P; Vex/Vr = 16 l air/l resin;
Vreg = Vex/n. pH regener ant = 4. Sim bol bar m enyat akan ±1 st andar deviasi.
Kenaikan laj u alir t ersebut pada pr akt eknya berm anfaat j ika deraj at pem isahan sulfat yang t inggi t idak diperlukan. Laj u alir yang t inggi m em perkecil ukuran peralat an dan kuant it as resin, sehingga biaya m odal berkurang. Gam bar 3 m enunj ukkan t ingkat pem isahan sulfat dalam berbagai wakt u pem akaian dan fakt or konsent rasi. Volum e spesifik air yang diolah yait u 16 l air/ l resin. Wakt u I X proses desalinasi dengan nilai n
sebesar 3 dan 4 adalah 7.5, 15, dan 30 m enit . Unt uk m em peroleh t ingkat pem isahan sulfat yang t inggi dengan fakt or konsent rasi 2, I X dioperasikan pada laj u alir yang lebih rendah, art inya wakt u I X dan r egener asi m enj adi lebih lam a yait u 15, 30, dan 45 m enit . Gam bar 3 m enunj ukkan hubungan linear t erbalik pem isahan sulfat dengan laj u alir unt uk nilai n 2−4. Garis linear dengan nilai n
yang lebih kecil m em punyai nilai slope yang lebih kecil, art inya t ingkat pem isahan sulfat
t ersebut m enurun lebih drast is pada laj u alir t inggi dan fakt or konsent rasi n yang lebih rendah. Per bedaan dalam pem isahan sulfat akibat berubahnya fakt or konsent rasi akan m enj adi lebih kecil pada laj u alir yang lebih rendah. Laj u alir yang t inggi m endukung fakt or konsent rasi yang t inggi; fakt or konsent rasi yang rendah m em erlukan laj u alir yang rendah sehingga pem isahan sulfat yang diperlukan t ercapai. Unt uk n yang disaj ikan, hubungan linear t ersebut m em -bant u penent uan laj u alir at au wakt u yang diperlukan I X unt uk m encapai deraj at pem isahan sulfat yang diinginkan. Hubungan fakt or konsent rasi dan laj u alir t ersebut harus diperhat ikan saat m engopt im alkan I X dan proses dist ilasi dari sudut pandang ekonom i.
Karena kelarut an CaSO4 berkurang saat t em perat ur naik, m aka diperlukan deraj at pem isahan sulfat yang t inggi saat air laut dium pankan ke evaporat or yang beroperasi pada t em per at ur t inggi. Fakt or konsent rasi yang t inggi, yang m enunt un pada t ingginya Ca2+ and SO
42−, j uga dapat m engendapkan CaSO4. Oleh sebab it u, t ingkat pem isahan sulfat yang diperlukan unt uk m encegah pem bent ukan CaSO4 pada heat exchanger t ergant ung pada t em perat ur operasi dan fakt or konsent rasi. Tabel 3 m enunj ukkan konsent rasi SO42− m aksim um yang boleh dium pankan ke evaporat or at au pem isahan sulfat m inim um yang diperlukan unt uk m encegah pem bent ukan CaSO4 pada heat exchanger t ergant ung pada t em perat ur operasi dan fakt or konsent rasi. Tabel 3 m enunj ukkan konsent rasi SO42− m aksim um yang boleh dium pankan ke evaporat or at au pem isahan sulfat m inim um yang diperlukan
unt uk m encegah kerak CaSO4, unt uk
t em perat ur m aksim um air asin dan fakt or konsent rasi yang disaj ikan. Dat a t ersebut diperoleh m elalui hubungan dan ekst r apolasi dat a yang dipublikasi oleh Zannoni dkk. ( 1987) . Pem isahan sulfat t idak diperlukan pada t em per at ur dibawah 120°C dan fakt or Fakt or konsent rasi Fakt or konsent rasi T m aksim um
param et er yang digunakan pada pabrik desalinasi MSF. Unt uk t em perat ur di at as 120°C at au saat nilai n di at as 2, pem isahan sulfat diperlukan unt uk m encegah t erj adinya pengot oran CaSO4.
Unt uk air yang diproduksi secara t et ap, j um
-lah air laut yang dio-lah hanya t ergant ung pada nilai n. Tet api, j um lah resin dan ukuran peralat an DESULF t ergant ung pada n dan t em perat ur evaporat or. N at au t em perat ur yang lebih rendah m em erlukan pem isahan sulfat yang lebih sedikit , yang secar a t idak langsung ber art i resin yang lebih sedikit dan
Ta ble 3 . Evaluasi biaya unit desulfasi yang m enggunakan Relit e MG 1/ P dengan fakt or konsent rasi i sebesar 26 kali biaya peralat an
Tem perat ur m aksim um air asin (°C) Biaya Pr et reat m ent
140 150 160 170 180 Biaya Resin ( $) 44,100 63,000 94,500 133,20 189,00 Fix ed capit al invest m ent ( $) 270,60 315,30 404,80 495,60 640,66 Jum lah biaya m odal ( $) 314,70 378,30 499,30 628,80 829,66
Masa am ort isasi ( t ahun) 30 30 30 30 30
Bunga ( % ) 5 5 5 5 5
Biaya m odal
Biaya m odal ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.068 0.081 0.107 0.135 0.178
Pergant ian resin 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
Pengolahan asam ( $/ kgal air yang diproduk si) 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 List rik ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 Tenaga kerj a ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.03 0.03 0.03 0.03 0.03 Biaya
operasi
Tot al biaya operasi ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.178 0.178 0.178 0.178 0.178 Tot al biaya pret reat m ent ( $/ k gal air yang diproduksi) 0.246 0.259 0.295 0.313 0.356 Konsum si ener gi : 0.1 kWh/ m3
Biaya list r ik : $0.10/ kWh
Keluaran air asin y ang t erpak ai
R1 R2
Tangk i
I X Tangk i I X
Ev aporat or
Air asin blow - dow n Degasifier
Filt rasi
Tangk i peny im pan air laut
Air y ang didist ilasi Air laut
peralat an yang lebih kecil. N yang lebih besar m em erlukan um pan air laut yang lebih sedikit ke unit DESULF per volum air yang diproduksi dan m enghasilkan volum regenerant yang lebih sedikit ; m aka laj u alir yang lebih t inggi dapat digunakan dalam proses DESULF unt uk m engurangi j um lah resin dan ukuran peralat an t ersebut .
Berdasarkan param et er yang t elah dibahas, keseluruhan flow sheet DESULF t am pak pada Gam bar 4. Unt uk m encegah pem bent ukan kalsium sulfat dalam heat exchanger yang beroperasi pada 180°C, Tabel 2 m enunj ukkan bahwa 90% , 95% , dan 97% sulfat air laut seharusnya dipisahkan dengan fakt or konsent rasi 2, 3, dan 4. Gam bar 3 m enunj ukkan bahwa penurunan laj u alir cairan at au kenaikan fakt or konsent rasi m enaikkan pem isahan sulfat , m aka m em ung-kinkan evaporat or beroperasi pada 180°C. Agar konsist en dengan sist em desalinasi MVC bert em perat ur t inggi ( Lara- Ruiz dkk., in
press) , fakt or konsent rasinya t et ap konst an
( yait u 2) dengan range t em perat ur dari 140°C hingga 180°C. Tabel 3 m enunj ukkan biaya pabrik desalinasi dengan kapasit as produksi 1 j ut a galon per hari. Biaya pret reat m ent DESULF m eliput i resin ( Relit e MG1/ P, $180/ ft3) dan per alat an yang perlu, sepert i dit unj ukan dalam garis put us- put us dalam Gam bar 4.
Jum lah resin yang diperlukan dan ukuran peralat annya diperkirakan dari dat a pem isahan sulfat dalam Gam bar 3. Dengan cara yang sam a, biaya pret reat m ent dengan fakt or konsent rasi 3 dan 4 dapat dinilai dengan m et ode yang sam a. Biaya peralat an dinilai dengan ASPEN I CARUS. Walaupun frekuensi siklusnya t inggi, konsum si resin t ersebut berkisar 15% per t ahun akibat goncangan osm ot ik yang kecil dan variasi volum yang rendah selam a langkah pe-m akaian dan regener asi ( De Maio, 1983) . Biaya m odal t ersebut bervariasi dari $0.068 hingga $0.178/ kgalon, sedangkan biaya operasinya t et ap sam a sebesar $0.178/ k galon dengan t em perat ur berubah dari 140°C hingga 180°C. Biaya pret reat m ent t ot alnya, j um lah biaya m odal dan biaya operasi, berkisar dari $0.246 hingga $0.356/ k galon air yang diproduksi. Karena pergant ian resin m em but uhkan 50% biaya operasi, suat u resin penukar anion basa lem ah yang m urah, A454G ( Mit subishi, yang diproduksi di Cina, $120/ ft3) dapat m enggant ikan Relit e MG1/ P. Biaya produksi desalinasi air laut yang diperkirakan dengan MVC bert em perat ur t inggi yang baru t ersebut [ 1] sebesar $1.44 dan $1.86/ kgalon
m asing- m asing di Tim ur Tengah dan Am erika Serikat . Oleh sebab it u, biaya pret r eat m ent DESULF t ersebut adalah sekit ar 20% biaya produksi t ot al. Ekonom i MVC bert em perat ur t inggi yang baru t ersebut m enarik dibandingkan dengan t ek nologi desalinasi air laut MSF yang t radisional ( $2.92−5.95/ kgalon) dan RO ( $2.42−8.98/ kgalon) ( Ebensperger dan I sley, 2005) t ergant ung pada kapasit asnya.
4 . Ke sim pu la n
St udi laborat orium m enunj ukkan bahwa sulfat dapat dipisahkan dari air laut yang diasam kan pada pH 4–5 dengan m em akai resin penukar anion basa lem ah. Resin t ersebut diregenerasi dengan m enggunakan air asin blowdown yang dipekat kan pada pH 4. Hal ini akan m enghem at biaya regenerant . Fakt or konsent rasinya m em pengaruhi pe-m isahan sulfat pada laj u alir yang lebih t inggi. Unt uk fakt or konsent rasi yang t et ap, t iap t em perat ur m aksim um air asin m em erlukan t ingkat pem isahan sulfat yang berbeda, dan dicapai dengan m engat ur laj u alir um pan. Laj u alir t ersebut m enent ukan j um lah resin yang diperlukan dan ukuran per alat an. Penilaian ekonom i pada berbagai t em perat ur m aksim um air asin dilakukan pada fakt or konsent rasi sebesar 2. Pada pabrik desalinasi dengan produksi 1 j ut a galon per hari, biaya pret reat m ent DESULF berkisar $0.246 hingga $0.356/ k galon air yang diproduksi dengan t em perat ur m aksim um nya berubah dari 140°C hingga 180°C. Proses DESULF t ersebut akan m em ungkinkan penghem at an yang cukup besar pada sist em dist ilasi yang m enaikkan suhu operasi, m em pert ahankan koefisien perpindahan panas yang t inggi, dan m engurangi ukuran kom presor.
D a ft a r Sim bol
F − laj u alir spesifik, l/ j am m eq − m illiequivalent
D a ft a r Pu st a k a
Al- Bakeri, F., El Hares, H. ( 1993) Experim ent al opt im izat ion of sponge ball cleaning syst em operat ion in Um m Al Nar MSF desalinat ion plant s, Desalinat ion, 94, 133−150.
Al- Sofi, M. A. K., Hassan, A. M., Ham ad, O. A., Must afa, G. M., Dalvi, A. G. I ., Kit her, M. N. M. ( 1999) Means and m erit s of higher t em perat ure oper at ion in dual-purpose plant s, Desalinat ion, 125, 213−222.
Am j ad, Z. ( 1996) Scale inhibit ion in desalinat ion applicat ions: an overview in corrosion 96, The NACE I nt ernat ional
Annual Conference and Exposit ion.
NACE-96- 230.
Aveni, A., Boari, G., Libert i, L., Sant ori, M., Monopoli, B. ( 1975) Sulphat e rem oval and dealkalizat ion on weak resins of t he feed w at er for evaporat ion desalt ing plant s,
Desalinat ion, 16, 135−149.
Barba, D., Di Giacom o, G., Evangelist a F., Tagliaferri G. ( 1982) High t em perat ure dist illat ion process wit h seawat er feed decalcificat ion pret reat m ent , Desalinat ion, 40, 347−355.
Boari, G., ( 1974) U.S. Pat ent No. 2,842,002. Boari, G., Libert i, L., Merli, C., Passino, R.
( 1974) Exchange equilibria on anion resins,
Desalinat ion, 15, 145−166.
But t , F., Rahm an, F., Abdallah, A., Al-Zahrani, H., Maadhah, A., Am in, M. ( 1985) Field t rials of hybrid acid- addit ive t reat m ent for cont rol of scale in MSF plant s, Desalinat ion, 54, 307−320.
Cont i, A., Pascali, R. ( 1985) Fundam ent als
and applicat ions of ion exchange, Edit ed
by Libert i, L. and Millar, J. R., p.75–80. De Maio, A., Odone, G., Palm isano, E.,
Zannoni, R. ( 1979) An advanced m et hod for seawat er chem ical t reat m ent in MSFD plant s, Desalinat ion, 31, 321−331.
De Maio, A., Zannoni, R., Ronzoni, A., Boari, G., Libert i, L., Sant ori, M. ( 1983) Result s of four years of operat ion at high t em perat ur e ( 150oC) of Bari’s desalinat ion plant , Desalinat ion, 45, 197−207.
Ebensperger, U., I sley, P. ( 2005) Wat er policy working paper 2005- 008. Accessed
ht t p: / / www.h2opolicycent er.org/ pdf_docu m ent s/ wat er _workingpapers/ 2005-008.pdf, on April, 2007.
Harland, C.E. ( 1994) I on Exchange: Theory
and pract ice. The Royal Societ y of
Chem ist ry.
Hassan, A. M., Al- Sofi, M. A. K, Al- Am oudi, A. S., Jam aluddin, A. T. M, Farooque, A. M., Rowaili, A., Dalvi, A. G. I , Kit her, N. M., Must afa, G. M., Al- Tisan, I . A. R. ( 1998) A new approach t o m em brane and t herm al seawat er desalinat ion processes using nanofilt rat ion m em branes ( Part 1) ,
Desalinat ion, 118, 35−51.
Khan, A. H. ( 1986) Desalinat ion processes and m ult ist age flash dist illat ion pract ice. Elsevier. Am st erdam .
Kraem er, E.O. St am m , A. J. ( 1924) A new m et hod for t he det erm inat ion of t he dist ribut ion of size of part icles in em ulsions, Journal of Am erican Chem ical
Societ y, 46, 2709−2718.
Lara- Ruiz, J., Noyes, G., Holt zapple, M. T., An invest igat ion of high operat ing t em pera-t ures in Mechanical Vapor- Com pression,
Desalinat ion, in press.
Sulfat e ion − quant it at ive det erm inat ion, OFI Test ing Equipm ent – 145- 00 I nst ruct ions – Filt rat e Analysis Test Kit . Accessed on line on April, 2007, ht t p: / / www.ofit e.com / inst ruct ions/ 14500
% 20Filt rat e% 20Analysis% 20Test % 20Kit % 20I SO.pdf
Zannoni, R., Bonacini, A., Micale, G., Boari, G., Terranova, V., Giudice ( 1991) Seawat er desulphat ion pret reat m ent for 14400 m 3/ day MSF desalinat ion unit at gela pet rochem ical plant , Desalinat ion, 82, 315- 335.
Zannoni, R., Resini, I ., Libert i, L., Sant ori, M., Boari, G. ( 1987) Desulphat ion pret reat m ent for 138oC ( 280oF) operat ion: perform ance t est of a 1 MGD plant at Doha East ( Kuwait ) power st at ion,
