SUMMARY SISTEM UTILITAS PERTEMUAN 4 Nama : Tabina Huriyah Ramaniya
NIM : 3335230001
Kelas : C
Dosen Pengampu : Prof. Dr. Ir. Eka Sari, M.T., IPM., Asean Eng
A. Water Treatment Plant Air Bersih
Gambar 1. Alur Proses Water Treatment Plant
Instalasi pengolahan air di atas merupakan unit pengolahan untuk menghasilkan air bersih siap pakai dari air baku (sumber air). Secara umum pengolahannya dibagi menjadi tiga yaitu sistem air masuk (intake water system), IPA, penampungan air (reservoir).
Sistem pertama merujuk pada tempat penampungan air atau sumber air baku yang nantinya akan diolah, sistem ini pun dilengkapi oleh bar screen yang dapat menyaring benda berukuran besar dalam air. Sistem kedua adalah IPA yaitu tempat yang berguna untuk mengolah air baku terkontaminasi menjadi air bersih sesuai standar mutu, alat-alat dalam IPA terintegrasi satu sama lain. Sistem terakhir adalah tempat penampungan air bersih yang disebut pula sebagai reservoir, air disini akan disimpan sementara sebelum akhirnya di distribusikan kepada konsumen. Kontaminasi yang ada di dalam air baku sangat beragam diantaranya ion anorganik, senyawa organik, bakteri, partikel padat terlarut,
kandungan gas dalam air, dan lainnya, maka dari itu penting sekali unit pengolahan air baku dalam peradaban manusia.
a. Lake rockwell (raw water
Lake rockwell atau raw water merupakan air baku yang akan diolah dalam IPA. Air baku yang disebut pula sebagai raw water/intake water dapat diperoleh dari bendungan, waduk, air hujan, air laut, air tanah, dan lainnya.
b. Chemical flash meter (koagulasi)
Dalam proses koagulasi terjadi destabilisasi atau penetralan muatan listrik negatif terhadap partikel koloid yang terkandung dalam sumber air baku sehingga pengotor terlarut dapat dipisahkan dari air. Prinsip kerjanya adalah menambahkan bahan kimia bernama koagulan seperti KMnO4, Alumunium Chlorohydrate, PAC, dll, diikuti oleh pengadukan (mixing) oleh batang pengaduk mekanik secara cepat.
c. Flokulasi
Flokulasi bertujuan untuk memperbesar flok atau gumpalan partikel kecil yang saling menempel satu sama lain sehingga pengotor tersebut dapat diendapkan. Flokulasi dilakukan dengan menambahkan bahan kimia bernama flokulan diiringi pengadukan yang lambat (slow mixing) agar penggumpalannya tidak terganggu.
d. Sedimentasi
Sedimentasi adalah proses lanjutan dari flokulasi, dimana gumpalan pengotor yang telah terbentuk di endapkan menggunakan prinsip berat jenis yaitu gumpalan pengotor akan terjatuh ke dasar sedimentation tank karena lebih berat daripada air. Selain itu air yang dihasilkan dari proses flokulasi, koagulasi, dan sedimentasi memiliki kandungan TSS & TDS yang rendah.
e. Sludge Field (Sludge Drying Bed)
Sludge field adalah tempat penampungan lumpur atau padatan yang telah di endapkan dalam proses sedimentasi, kemudian lumpur ini akan dikeringkan. Hasil pengeringannya dapat di daur ulang menjadi bahan lain seperti aspal, batako, dan lainnya.
f. Filtrasi
Filtrasi merupakan proses penyaringan yang memanfaatkan media penyaring berupa sand filter, batu alam, karbon aktif, atau yang baru-baru ini diterapkan adalah teknologi membran seperti microfiltration, UV, lampu ozon, ultrafiltration, reserve osmosis.
g. Disinfektasi
Disinfeksi berguna untuk membunuh bakteri, virus, mikroorganisme patogan dalam kandungan air. Proses ini dapat dilakukan dengan menambahkan bahan kimia seperti klor, ozonisasi, pemancaran UV, atau pemanasan.
h. Reservoir
Reservoir adalah tempat penampungan sementara dari air proses sebelum nantinya didistribusikan ke konsumen. Adapun kualitas air dalam reservoir selalu diperiksa secara berkala untuk memastikan keamanannya bagi makhluk hidup.
B. Water Treatment Plant Air Demineral
Demineralisasi merupakan proses penyerapan kandungan ion-ion mineral seperti Ca &
Mg dalam air baku dengan menggunakan resin ion exchange. Air yang dihasilkan dinamakan air demin dan penggunaannya kerap ditemukan pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), industri semikonduktor, industri farmasi, dan lainnya. Terdapat dua tipe kolom resin yaitu single bed dan mixed bed ion exchange, artinya single bed hanya memiliki satu jenis resin saja baik kation resin saja atau anion resin saja, sementara mixed bed terdiri atas keduanya. Adapun kolom resin bekerja pada dua tipe sisem demineralisasi yaitu multi-stage demineralisasi dan multi bed demineralisasi.
1. Multi-stage Demineralisasi
Awalnya air terkontaminasi akan melewati resin kation untuk mengikat ion-ion mineral positif, proses ini diikuti oleh pelepasan ion H+ ke dalam air. Jika R dan K2+
berturut-turut merupakan molekul ion resin dan ion mineral positif maka reaksi ion exchangenya adalah sebagai berikut,
2R-H + K2+ → R2K + 2H+
Ion kalsium yang terlarut dalam air umumnya berbentuk kalsium bikarbonat.
Ketika ion kalsium diikat molekul resin, kalsium bikarbonat akan terpecah membentuk molekul air dan karbon dioksida.
2R-H + Ca (HCO3)2 → R2Ca + 2H2 + 2CO2
Molekul karbondioksida hasil reaksi di atas akan dikeluarkan melalui CO2removal.
Adapun ion H+ yang lepas dalam air akan berikatan dengan anion terlarut sehingga reaksi ion exchange hidrogen tersebut akan menghasilkan asam kuat seperti asam sulfuric, hidroklorik, dan asam nitrit, maka dari itu untuk menghilangkan keasaman
terkandung, air akan dialirkan ke dalan resin anion, dimana pada saat air melewati anion, ion-ion negatif yang larut dalam air akan terikat oleh molekul resin diikuti pelepasan ion OH-. Jika A adalah ion negatif terlarut maka reaksinya adalah,
2R-OH + A2- → R2A + 2OH-z
Gambar 2. Alur Proses Ion Exchange Multi-Stage
Terdapat bentuk variasi sistem demineralisasi yang lain, dimana kolom resin anion yang digunakan terdiri atas kuat dan lemah, keuntungan penggunaan resin ini karena output yang dihasilkan sama dengan hanya satu jenis resin sehingga lebih ekonomis.
2. Mixed Bed Demineralisasi
Beberapa indsutri membutuhkan proses pertukaran ion exchange lebih dari satu tahap sehingga untuk meringkas proses, pada setiap stage pertukaran ion akan digunakan satu kolom resin yang berisi resin kation dan anion sekaligus. Hasil pengolahannya merupakan air sangat murni dan cocok digunakan industri dengan penggunaan boiler bertekanan tinggi atau industri elektronik yang berfungsi untuk mencuci transistor serta komponen lainnya.
Jika keseluruhan molekul resin telah mengikat ion sasaran maka resin dikatakan mencapai titik jenuh sehingga perlu proses regenerasi. Tahapannya sebagai berikut,
a. Pencucian resin backwash dengan mengalirkan air berlawanan arah dengan aliran normal yang bertujuan untuk menghilangkan kemungkinan endapan kotoran dalam kolom.
b. Injeksi regenerant (H2SO4 atau NaOH) yang telah dilarutkan dengan air berkualitas ke dalam kolom resin. Waktu kontak regeneratn dengan resin kurang lebih 20 – 40 menit sehingga kecepatan alirannya harus dikontrol.
c. Alirkan air murni ke dalam kolom dengan kecepatan yang sama dengan tahap sebelumnya.
d. Bilas kolom menggunakan air demin pada kecepatan yang sama dengan proses treatment sampai outputnya sesuai kualitas yang diinginkan.
Pada mixed-bed tahapan regenerasinya akan lebih sulit dimana langkah-langkahnya sebagai berikut,
a. Backwash untuk memisahkan resin anion dan kation b. Hentikan dan tunggu hingga butiran resin mengendap
c. Jika perlu, buang ait dalam kolom sampai level mencapai ketinggian resin d. Injeksikan regenerant (NaOH pekat yang dilarutkan air demin) ke dalam kolom e. Keluarkan NaOH dari dalam kolom dengan mengalirkan air pelarut ke dalam kolom f. Injeksikan regenerant berupa larutan asam pekat seperti hidroklorik atau asam
sulfat
g. Keluakan larutan asam dari kolom dengan mengalirkan air pelarut ke dalam kolom h. Buang air hingga level setara butiran resin
i. Aduk resin dengan menghembuskan udara terkompresi bersih atau nitrogen bertekanan
C. WTP Air Demin di PLTU Banjarsari
WTP pada PLTU ini berfungsi untuk mengolah air demin yang nantinya akan masuk sebagai air umpan boiler. Adapun alat-alatnya tersusun atas,
a. Clarified Tank
Tangki ini merupakan tempat penampungan air baku dari service pond (kolam yang digunakan untuk tujuan dan fungsi tertentu) sebelum akhirnya masuk ke manganese sand filter.
b. Manganise Sand Filter
Tahapan ini berguna untuk mengikat atau menyerap logam-logam berat terlarut dalam air seperti besi, mangan, nitrat, krom, timbal, dan lainnya dengan menggunakan media pengikat berupa batu mangan.
c. Activated Carbon
Activated carbon berperan mengikat bau, warna, rasa, ion-ion dari logam dengan media pengikat berupa arang kayu, arang bato kelapa, atau batu bara yang telah diaktivasi.
d. Cation Bed
Proses ini berfungsi mengikat ion-ion positif atau garam terlarut dalam air, contohnya Kalsium, Magnesium, Ammonia, Kalium, Natrium, Hidrogen, dan banyak lagi. Media pengikatnya adalah resin kation yang memiliki muatan H+. e. Decarbonator
Decarbonator berfungsi membuang atau mengikat gas-gas terlarut dalam air seperti CO2 dan O2. Media pengikatnya menggunakan udara bertekanan.
f. Anion Bed
Anion bed adalah proses lanjutan dari kation bed dimana tujuannya mengikat ion- ion negatif yang dihasilkan dari reaksi pengikatan kation bed seperti Silfat, Klorin, Silika, dan lainnya. Media pengikatnya adalah resin anion bermuatan negatif OH-. g. Mixed Bed
Mixed bed terdiri dari dua jenis resin sekaligus yaitu kation dan anion. Air yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi. Adapun fungsinya adalah menghilangkan ion-ion terkandung dalam air.
h. Demin Tank
Tangki ini berperan sebagai tempat penyimpanan sementara air demin yang keluar dari mixed bed sebelum nantinya dialirkan ke unit yang dibutuhkan.
Gambar 3. Alur Proses WTP di PLTU Banjarsari
D. WTP PLTU
Pada WTP PLTU berikut ini dilakukan pengolahan air baku yang berasal dari laut, dimana air laut memiliki tingkat tubidity cukup tinggi atau ukuran kekeruhan cairan terutama air yang disebabkan partikel tersuspensi tak kasat mata sehingga perlu adanya treatment.
Berikut adalah flow diagram alur prosesnya,
Gambar 4. Alur WTP PLTU dari air laut.
a. Intake Strainer
Sebelum masuk sistem, air laut akan difilter menggunakan bar screen yaitu alat yang tersusun dari ram-raman besi untuk menyaring pengotor berukuran besar.
b. Basket Filter & Automatic Filter
Kedua alat ini disebut sebagai travelling screen yaitu screen yang berputar dari atas ke bawah, lalu pada kisi-kisinya terdapat kantong sampah atau pengait sehingga ketika berputar maka sampah yang terdapat dalam air dapat dipisahkan.
c. Sistem Desalinasi
Sistem ini berfungsi meminimalisir kandungan air garam yang bersifat korosif sehingga mampu merusak peralatan. Secara umum sistem desalinasi ada tiga diantaranya multi- effect distillation, multi-stage evaporation, dan reserve osmosis. Pada flow diagram digunakan multi-effect distillation dengan prinsip kerjanya adalah mengontakkan air
laut dan steam dalam unit heat exchanger, dimana fluida panas adalah steam sementara fluida dinginnya air laut dan keduanya akan saling bertukar panas. Air laut yang mengandung garam setelah dipanaskan akan mencapai titik didihnya dan menguap, lalu uap air ini di dinginkan sehingga membentuk tetes-tetes air yang disebut distilat. Dari hasil distilat ini akan dipompa menuju modif tank, sementara air baku yang telah terlepas uap airnya memiliki konsentrasi pekat yang dinamakan sebagai brine, dimana brine ini akan dibuang kembali ke air laut
d. Modif Tank & Raw Water
Air distilat yang dihasilkan masuk ke dalam tangka khusus, karena memiliki tingkat konduktivitas yang tinggi maka harus dilakukan treatment kembali untuk mengurangi konduktivitasnya. Cara yang digunakan adalah demineralisasi menggunakan ion exchange.
e. Mixed Bed Ion Exchange
Pada sistem ini terdiri atas dua jenis resin sekaligus yaitu kation dan anion, sehingga outletnya menghasilkan air demin dengan kemurnian tinggi. Karena air ini digunakan untuk suplai air baru maka dinamakan makeup water. Adapun untuk menjaga hasil air yang diperoleh dari ion exchange maka diperlukan proses regenerasi atau pencucian.
E. WTP Air Laut Menggunakan Reserve Osmosis
WTP yang akan dibahas saat ini membahas pabrik penyedia air dari Australia Barat yang memanfaatkan unit reserve osmosis. Adapun tahapannya terdiri dari 5 bagian yaitu intake water, penyaringan, ultrafiltration, reserve osmosis, dan water treatment. Penjelasan mengenai langkah-langkahnya adalah sebagai berikut,
Gambar 5. Alur Proses WTP Menggunakan Reserve Osmosis
a. Pasokan Air Laut (Intake Water)
Pipa terletak di bawah tanah, dimana menara intake dibangun setinggi 8 meter sementara kedalama lautnya 12 meter sehingga air laut akan mengalir secara gravitasi melewati pipa-pipa bawah tanah tersebut. Air ini akan dibawa ke sumur basah yang memiliki aliran sangat lambat sehingga memungkinkan biota laut menjauhi pipa.
b. Penyaringan
Air laut kemudian akan melewati screening yaitu penyaringan untuk memisahkan air dengan rumput laut, sampah, atau pengotor lainnya dalam ukuran besar, sedangkan air yang sudah tidak ada pengotor akan dialirkan menuju tahap selanjutnya.
c. Ultrafiltrasi
Proses ini melibatkan pemompaan air laut melewati serangkaian filter yang terdiri dari 7000 sedotan kecil dengan lubang 700 kali lebih kecil dari rambut manusia, karena ukurannya sangat kecil sehingga memungkinkan penyaringan bakteri, virus, maupun mikroorganisme.
d. Reserve Osmosis
Proses ini melibatkan kebutuhan tekanan yang sangat tinggi, mulai dari 3 bar dan secara bertahap dinaikkan hingga 57 bar. Prosesnya terjadi dalam perangkat pemulihan energi yang bekerja dengan menangkap energi hidrolik dari tekanan tinggi untuk mencapai titik ekstrim dan mentransfer energi tersebut ke dalam rotor.
Tahap selanjutnya adalah air meninggalkan perangkat pada tekanan tinggi dan melewati rak reserve osmosis yang terdiri dari 16 rak dengan masing-masing rak memiliki 244 pembuluh yang mengandung 7 membran, serta setiap membrane berukuran sekitar 440 kaki persegi dan memiliki lapisan-lapisan berbentuk spiral.
e. Water Treatment
Karena air yang dihasilkan sangat murni maka dilakukan pengolahan lanjutan untuk menambahkan mineral (mineralisasi) ke dalamnya sehingga air menjadi layak minum. Selain itu dilakukan pula proses disinfektasi untuk menghilangkan kontaminasi yang terkandung sehingga benar-benar memperoleh air yang layak diminum.
F. Pengolahan Air Umpan Boiler
Boiler adalah alat yang digunakan untuk menghasilkan uap air sehingga dapat digunakan untuk pemanasan atau tenaga penggerak. Prinsip kerja boiler adalah memanaskan air hingga mencapai titik didih dan membuat air berubah fasa menjadi uap.
Adapun tantangan yang dimiliki oleh air proses umpan boiler adalah sebagai berikut, a. Pembentukan Kerak
Kerak pada boiler terjadi karena pengendapan (precipitation) langsung dari zat pengotor pada permukaan alat pemindahan panas atau akibat endapan zat tersuspensi dalam air yang kemudian melekat pada logam dan mengeras. Kerak dapat mengakibatkan pemanasan lanjut setempat (local overheating) dan logam boiler gagal berfungsi (failure)
b. Pembentukan Korosi
Sederhanya korosi adalah reaksi elektrokimia yang mampu merubah kembali logam menjadi bentuk bijinya. Korosi dapat timbul akibat faktor seperti rendahnya tingkat pH, adanya kandungan O2 dan CO2, ataupun kandungan garam terlarut. Adanya kontak air dengan besi menyebabkan reaksi kesetimbangan sebagai berikut,
Fe + 2H2O → Fe(OH)2 + H2
Reaksi ini akan mencapai kesetimbangan, namun jika terdapat pengotor dalan air umpan boiler maka kesetimbangan akan bergeser ke arah kanan dan korosi berlanjut.
c. Pembentukan Busa
Pembentukan busa (foaming) adalah peristiwa pembentukan gelembung- gelembung di atas permukaan air dalam drum boiler yang disebabkan kontaminasi zat-zat organik atau zat kimia yang tidak terkontrol dengan baik. Busa dapat mempersempit ruang pelepasan uap panas (steam-release-space) dan menyebabkan terbawanya air maupun pengotor bersama dengan uap air.
Hal-hal yang dapat mengakibatkan kerugian pada proses boiler dapat diantisipasi dengan menambahkan bahan kimia ke dalam air proses. Adapun penambahan ini dapat dilakukan pada air yang sebelumnya belum diproses dengan beberapa syarat berupa boiler dioperasikan pada tekanan rendah, penggunaan kembali kondensat sebagai air umpan, dan jika kualitas air umpan boiler sudah memiliki kualitas air yang baik. Namun kekurangannya adalah masih dapat terjadi endapan dalam boiler sehingga meningkatkan potensi terbentuknya endapan maupun korosi.
Salah satu contoh penambahan bahan kimia dalam air umpan boiler adalah sebagai berikut,
a. Nitrilotriacetic acid & Ethylene tretacetic acid digunakan unuk mengurangi kesadahan dan kandungan silika dalam air.
b. Bahan organik seperti tannin, lignin, atau alginat mampu mengubah zat tersuspensi seperi lumpur, kesadahan, besi oksida menjadi suatu massa yang tidak melekat pada permukaan logam boiler. Penambahan kimia ini pun perlu diperhatikan sesuai dengan tekanan operasi yang digunakan. Pengeluaran lumpur menggunakan proses blow.
c. Mencegah pembentukan busa yang memungkinkan pemekatan padatan terlarut dalam ketel dapat menggunakan anti foam agents.
d. Menghilangkan kandungan oksigen dari air dan menyediakan alkalinitas yang cukup dalam air umpan boiler umum menggunakan chemical oxygen scavenger seperti Natrium sulfit dan hydrazine.
G. WTP Pabrik Kelapa Sawit
Gambar 6. WTP Pabrik Kelapa Sawit
a. Waduk
Waduk merupakan tempat sumber air disimpan sebelum akhirnya dimasukkan ke dalam unit proses.
b. Pompa Mixing
Pompa mixing befungsi untuk menyedot dan mengambil air dari waduk, pada pompa mixing ini akan ditambahkan zat kimia yang bertujuan menghilangkan kontaminan seperti padatan terlarut.
c. Clarifier Tank
Tangki ini berfungsi untuk mengendapkan lumpur yang ada di dalam air, sementara air yang bersih dari lumpur dialirkan ke water basin tank.
d. Water Basin Tank
Tangki ini berfungsi untuk penyimpanan sementara air yang sudah bebas lumpur sebelum akhirnya dialirkan kembali ke unit proses pengolahan air selanjutnya.
e. Sand Filter Tank
Sand filter tank merupakan tangka yang berguna untuk menyaring kandungan pasir dalam air atau pun padatan lain yang tersuspensi dalam air.
f. Tower Tank
Tower tank adalah tempat penyimpanan air bersih hasil pengolahan dan sudah siap digunakan untuk proses dalam pabrik kelapa sawit.
H. Cara Kerja Reserve Osmosis
Reserve osmosis terdiri dari lapisan-lapisan tertentu berupa polyamide layer, polysulfone layer, polyester base yang memiliki pori-pori sangat tipis bahkan lebih tipis dari mikroorganisme. Pada peralatan reserve osmosis air dilewatkan dengan bantuan tekanan tinggi mulai dari 3 – 57 bar, lalu akan berputar-putar pada media penyaring, dan akhirnya air bersih akan mengalir pada pipa di bagian tengah. Seteleh selesai peralatan ini akan menghasilkan air yang sangat murni.
