Artikel Terbaru

Anti COPAS

Analisa Proses Pre-Treatment Water System PLTU dengan Perbandingan Data Lapangan dan Jar Test Laboratorium


I. EXECUTIVE SUMMARY
Penggunaan koagulan-flokulan di sebagian besar PLTU dari segi kuantitas dan biaya terbilang cukup besar dengan perincian konsumsi koagulan sebesar 51.475 kg (±Rp 3.1 M) dan flokulan sebesar 548 kg (±9.1 juta) untuk pembangkit dengan kapasitas 100-150 MW.
Gambar 1. Pareto Chart Penggunaan Zat Kimia PLTU
Diperlukan kajian mendalam untuk mencari penyebab permasalahan tersebut seperti :
  • Asesment lapangan dengan pengambilan sampel riil untuk diukur parameter kualtas airnya seperti turbidity, conductivity dan pH 
  • Percobaan jar test dengan pengambilan sampel sebelum treatment koagulan-flokulan dengan tujuan untuk mengetahui keefektifan penggunaan, pengaruh penggunaan dan dosis yang ideal untuk mencapai parameter sesuai standar 
  • Percobaan jar test dilakukan dengan variabel %penurunan dosis sebesar 50-75% dari penggunaan saat ini yaitu koagulan 300 ppm dan flokulan 100 ppm dengan tahapan sebagai berikut :
  1. Percobaan untuk mengetahui apakah kerja koagulan saja tanpa flokulan  bekerja efektif dalam memenuhi standar kualitas air 
  2. Percobaan untuk mengetahui pengaruh koagulan-flokulan terhadap %kenaikan/penurunan parameter kualitas air 
  3. Percobaan scale down kondisi lapangan ke percobaan laboratorium dengan dosis sesuai existing untuk mengetahui seberapa deviasi antara riil dengan percobaan
  4.  Percobaan %penurunan dosis dengan kondisi operasi (waktu tinggal dan putaran pengaduk) dibuat sama dengan lapangan
Dari hasil jar test didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut :
  • Penggunaan koagulan saja tanpa flokulan kurang efektif dalam pengendapan lumpur 
  • Pengaruh koagulan saja adalah penurunan turbidity namun menaikkan conductivity sedangkan pengaruh flokulan saja adalah tidak berdampak pada turbidity namun menaikkan conductivity 
  • Performa penggunaan dosis koagulan-flokulan existing dalam penurunan turbidity sangat tinggi (cenderung boros) yaitu 99% (standar umum PLTU umpan air laut cukup 50%) 
  • Direkomendasikan %penurunan dosis koagulan-flokulan sebesar 50-75% dari existing dengan cara reset stroke pompa
II. PENDAHULUAN
Air umpan Boiler berasal dari air sungai dengan urutan prosesnya sebagai berikut :
Air sungai ---> River Water Basin Pond ---> Sedimen Basin (Clarifier Lamella) ---> Rapid Filter Tank --->Treated Water Pond ---> Service Water Pond ---> Aeration Tower Pond ---> Manganese Sand Filter ---> Activated Carbon Filter ---> Cation Exchanger ---> Degassing Tank---> Anion Exchanger ---> Mixed Bed ---> Demin Tank.
Berikut penjelasan dari masing-masing peralatan tersebut :
  • Air sungai
Sistem pemompaan (3 buah) dari saluran water intake melewati sepanjang perpipaan sampai menuju penampungan sementara di River Water Basin Pond.
  • River Water Basin Pond
Tempat penampungan sementara air sungai berbentuk persegi panjang (2 buah) dan tidak ada treatment. Level pond dijaga ±2 meter untuk pemenuhan proses di pengolahan air.
Gambar 2. River Water Basin Pon
  • Sedimen Basin (Clarifier Lamella)
Sistem pengendapan lumpur berbentuk pond dengan sistem inlet upper dan under flow sebelum memasuki lamella (filter berbentuk sarang tawon berbahan polimer) dan outlet sistem ini menggunakan prinsip overflow melewati kanal U. Di inlet sedimen basin, terdapat injeksi koagulan, flokulan dan sodium hypochlorite dalam 1 titik dengan sistem static mixer pipe (perpipaan dengan sistem baffle untuk membuat turbulensi aliran). Standar parameter outlet untuk turbidity <5 NTU dan pH antara 6-9.
Gambar 3. Sedimen Basin
  • Rapid Filter Pond
Sebuah pond (4 buah) yang dilengkapi pasir untuk menyaring padatan terikut yang masih belum terndapakan di sedimen basin. Pasir diletakkan dibawah pond dilengkapi sebuah cap (semacam topi untuk pemisahan di outlet antara pasir dan air).
Gambar 4. Rapid Filter Pon
  • Treated Water Pond
Sebuah pond tertutup sebagai tempat penampungan sementara air yang siap digunakan untuk proses di water treatment plant (WTP). Standar parameter outlet untuk turbidity <1 NTU, pH antara 6-9 dan conductivity <200 μS/cm.
Gambar 5. Treated Water Pond
  • Service Water Pond
Sebuah pond tertutup lanjutan dari sistem Treated Water Pond dan air yang siap digunakan untuk proses di WTP.
  • Aeration Tower Pond
Sebuah pond tertutup yang dilengkapi sistem aeration tower dengan sistem kerja air dipompa dari atas dan udara dari blower mengalir melewati bawah sehingga terjadi kontak di sepanjang tower dan gas terlarut terikut terhembuskan ke lingkungan.
Gambar 6. Aeration Tower Pond
  • Manganese Sand Filter
Sebuah vessel (2 buah beroperasi paralel) yang dilengkapi padatan/butiran mangan sebagai filter untuk mengikat kandungan senyawa Fe2+. Standar parameter outlet untuk turbidity <2 NTU dan Fe <20 μg/L.
  • Activated Carbon Filter
Sebuah vessel (2 buah beroperasi paralel) yang dilengkapi dengan padatan karbon aktif/arang untuk mengurangi pencemaran pada air seperti bau, rasa, warna dan senyawa Cl-. Standar parameter outlet untuk conductivity <200 μS/cm dan Cl- <0.5 mg/L.
Gambar 7. Manganese Sand Filter dan Activated Carbon Filter 
  • Cation Exchanger
Sebuah vessel (2 buah beroperasi paralel) yang berisi resin kation (Rz-H+) yang difungsikan untuk terjadinya pertukaran antara ion (+) yang terkandung di air sungai seperti Ca2+, Mg2+, Na+ dan ion negatif lainnya. Standar parameter outlet untuk pH <4 dan Na+ <100 mg/L.
  • Degassing Tank
Sistem yang dilengkapi blower dengan prinsip air mengalir dari atas tower dan udara dari bawah sehingga terjadi kontak dan udara terlarut di air terhembuskan ke lingkungan. Sistem ini untuk mengurangi kandungan gas terlarut seperti CO2 dan O2 yang bisa menyebabkan penurunan pH dan initial corrosion di sepanjang aliran air menuju Boiler.
Gambar 8. Degassing Tank
  • Anion Exchanger
Sebuah vessel (2 buah beroperasi paralel) yang berisi resin anion (Rz+OH-) yang difungsikan untuk terjadinya pertukaran antara ion (-) yang terkandung di air sungai seperti SiO2-, CO32-, SO42- dan ion positif lainnya. Standar parameter outlet untuk pH antara 7.5-9, conductivity <5 μS/cm dan SiO2 <100 μg/L.
Gambar 9. Katian dan Anion Exchanger
  • Mixed Bed Vessel
Sebuah vessel (2 buah beroperasi paralel) yang berisi resin kation dan anion yang dicampur dalam satu bejana sebagai penyempurna kerja kation dan anion exchanger. Standar parameter outlet untuk pH antara 6.5-8, conductivity <1 μS/cm, SiO2 <20 μg/L dan dan Na+ <100 mg/L.
Gambar 10. Mixed Bed Vessel
  • Demin Tank
Sebuah tanki (2 buah) yang berisi demineralization water yang siap digunakan untuk proses produksi di Boiler.

Setiap inlet/outlet peralatan diukur parameter kinerja proses dan operasinya. Berikut data pengukuran parameternya :
Tabel 1. Standar Parameter Terukur di Eksternal Treatment PLTU 110-135 MW

PERALATAN SISTEM
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
pH
Conductivity (μS/cm)
Fe (μg/l)
Cl- (mg/L)
Na+ (mg/L)
SiO2- (μg/l)
Sedimen Basin





Rapid Filter Pond







Treated Water Pond




Manganese Sand Filter





Activated Carbon Filter





Cation Exchanger





Anion Exchanger




Mixed Bed Vessel



Sumber : Laboratorium Kimia (2018)
Menganalisa sistem proses dan operasi pre-treatment water system secara riil di lapangan dan percobaan jar test laboratorium untuk memberikan rekomendasi/usulan improvement.

III. RUANG LINGKUP PERCOBAAN
Pada percobaan ini dibatasi beberapa hal sebagai berikut :
  • Koagulan yang dipakai adalah Poly Alumunium Chloride (PAC) dengan kemasan karung @25 kg powder dan Flokulan adalah Polyacrylamide-Anionic (PAM) dalam packing jerigen @25 kg liquid 
  • Standar dosis yang digunakan sebagai acuan adalah koagulan 300 ppm (dengan standar ukuran 1 tetes pipet = 0.076 g dan untuk mencapai dosis sesuai ketentuan = 4 tetes) 
  • Standar dosis yang digunakan sebagai acuan adalah flokulan 100 ppm (dengan standar ukuran 1 tetes pipet = 0.0607 g dan untuk mencapai dosis sesuai ketentuan = 1.5 tetes) 
  • Peralatan jar test dan pendukungnya menggunakan perlengkapan yang telah tersedia di PLTU
III. PROSES PERCOBAAN
Dalam percobaan jar test dilakukan pada tanggal 25-26 April 2018 di laboratorium kimia PLTU dengan alat dan bahan yang digunakan sebagai berikut :
  • Alat
- Magnetic plate + stirrer
- Beaker glass 1000 mL
- Neraca analytic
- Oven
- pH meter
-Turbidity meter
- Conductivity meter
- Gelas ukur 1000 mL
- Pipet tetes
- Botol sampling
  • Bahan
- Air sampel
- Koagulan PAC
- Flokulan PAM

3.1 Prosedur Kerja Penelitian
      3.1.1 Analisa Proses Riil di Lapangan
Berikut langkah-langkah dalam analisa proses riil di lapangan
  • Melakukan studi lapangan dan menentukan titik sampling yang akan diukur parameter kinerja pengolahan airnya 
  • Mengambil setiap sampel titik sampling yang me-representative-kan hasil kerja peralatan. Letak titik sampling ditentukan sebagai berikut :
- Inlet air sungai, sebagai data awal kondisi air sungai sebelum dilakukan treatment
- Inlet sedimen basin (sebelum injeksi koagulan & flokulan), sebagai ukuran untuk menentukan keefektifan proses di river water basin pond
- Outlet sedimen basin (sesudah injeksi koagulan & flokulan), sebagai ukuran untuk menentukan keefektifan proses sedimen basin (clarifier lamella)
- Outlet rapid filter, sebagai ukuran untuk menentukan keefektifan proses di rapid filter pond
  • Melakukan pengukuran parameter yang diharapkan dapat me-representatif-kan kualitas kerja peralatan seperti :
- Turbidity, sebagai ukuran tingkat kekeruhan air umpan yang bisa digunakan untuk menentukan besaran dosis injeksi koagulan dan flokulan
- pH, sebagai ukuran tingkat keasaman/kebasaan air umpan sebelum dan sesudah penambahan injeksi yang mempengaruhi proses pengolahan air selanjutnya yaitu di WTP
- Conductivity, sebagai ukuran banyaknya ion mineral terlarut di air umpan
  • Pengukuran dilakukan sebanyak 2x dengan analis yang berbeda sehingga diharapkan data yang didapat mendekati kevalidan
3.1.2 Analisa Percobaan Jar Test di Laboratorium
Berikut langkah-langkah dalam percobaan jar test di laboratorium :
  • Mengambil sampel koagulan dan flokulan 
  • Mengambil sampel inlet sedimen basin (clarifier lamella) sebelum injeksi koagulan dan flokulan 
  • Melakukan analisa secara jar test, dengan proses dan operasi sebagai berikut :
- Sampel ditambahkan koagulan dengan pengadukan cepat yang bertujuan membentuk turbulensi aliran (proses homogenisasi) dilakukan selama 10-30 detik. Dosis koagulan yang diberikan sesuai standar penggunaan existing
- Penambahan flokulan disertai pengadukan lambat yang bertujuan membentuk flok (gumpalan) yang lebih besar. Dosis flokulan yang diberikan sesuai standar penggunaan existing
  • Mengukur parameter kualitas air sebelum dan sesudah dilakukan treatment seperti turbidity, pH dan conductivity
BACA JUGA : Pengukuran Laju Aliran Fluida dengan Portable Flowmeter
 
IV. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Analisa data yang dibahas dibawah ini ada 2 yaitu analisa data riil di lapangan dengan tujuan mencari titik akar permasalahan tahap awal dari pengolahan air dan analisa data dengan jar test yang menggunakan standar pengelolaan sesuai existing (dosis dan pola operasi).
     4.1 Analisa dan Pembahasan Data Riil di Lapangan
Secara teori proses koagulasi adalah penambahan koagulan (zat kimia pembantu pengendapan) dengan prinsip reaksi kimia sedangkan flokulasi adalah penambahan koagulan aid/flokulan dengan prinsip penambahan berat suspended solid sehingga mudah terendapkan alami secara gravitasi. Standar normal penempatan dan kondisi operasi injeksi koagulan-flokulan sebagai berikut :
  • Koagulan ditempatkan diawal sebelum masuk ke bak pengendapan dengan kondisi operasi aliran turbulensi dan reaksi kimia sangat cepat (10-30 detik) 
  • Flokulan ditempatkan sesudah koagulan dengan jarak yang ditentukan berdasarkan waktu yang dibutuhkan oleh reaksi koagulan (normalnya 10-20 m dari titik injeksi koagulan), aliran laminer dan reaksi lambat (10-20 menit) 
Gambar 11. Letak Injeksi Koagulan dan Flokulan
Secara standar, letak injeksi koagulan-flokulan di PLTU 110-135 MW ini kurang ideal, karena dikhawatirkan kandungan kimia flokulan bersifat menghambat  proses reaksi kimia koagulan.
Rekomendasinya adalah :
- Merubah titik injeksi flokulan ke sekat inlet sedimen basin
Gambar 12. Rekomendasi Titik Injeksi Flokulan

Titik injeksi flokulan ditempatkan di sekat inlet sedimen basin dan dengan sistem sekat yang sudah sesuai standar normal (beberapa underflow & upperflow) maka sistem pembentukan floc akan berlangsung secara optimal.
Sistem pengoperasian sesuai standar juag harus dilakukan seperti drain sedimen basin secara periodik dan PLTU sudah melakukan hat tersebut. Berikut letak drain sedimen basin tersebut :
Gambar 13. Fasilitas Drain Sedimen Basin (Clarifier) di PLTU

 Hasil pengukuran parameter untuk sampling riil lapangan dihasilkan data sebagai berikut :
Tabel 2. Hasil Pengukuran Parameter Kualitas Air Riil
PERALATAN/SISTEM
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
pH
Conductivity (μS/cm)
Inlet air sungai
138
7.35
77.0
143
7.25
76.2
Inlet basin sedimen (sebelum injeksi koagulan & flokulan)
87.9
7.3
75.7
85.4
7.58
76.3
Outlet clarifier
0.73
7.14
92.3
-
7.22
91.6
Outlet rapid filter
0.61
7.17
89.8
-
7.18
89.8

                Sumber : Pengukuran di Laboratorium (2018)
Peralatan/sistem yang dianalisa adalah tahapan proses pengolahan air dari awal sampai siap digunakan sebagai umpan WTP. Berikut disajikan grafik untuk menganalisa setiap peralatan/sistem untuk setiap parameter yang terukur.
Gambar 14. Hasil Pengukuran Turbidity Riil di Lapangan
Gambar 15. %Penurunan Turbidity Riil di Lapangan
Dari Gambar 14 dan Gambar 15 bisa diketahui bahwa untuk penurunan nilai turbidity di pre-treatment water system sudah cukup bagus sampai air siap digunakan di WTP dan performa sedimen basin sangat bagus (99.16%) namun kondisi ini perlu dikaji lebih mendalam apa yang menyebabkan kondisi tersebut. Beberapa faktor yang mungkin menjadi penyebab adalah penggunaan koagulan-flokulan yang melebihi standar optimal atau performa dari sedimen basin dalam menangkap partikel lumpur memang sudah sangat bagus.
Gambar 16. Hasil Pengukuran pH di Pre-Treatment Water System
Dari Gambar 16 bisa diketahui bahwa pysical, mechanical dan chemical treatment di pre-treatment water system existing di PLTU tidak menyebabkan perubahan secara signifikan parameter pH walaupun terdapat sedikit penurunan pH karena injeksi koagulan-flokulan sebesar 35%.
Gambar 17. Hasil Pengukuran Conductivity di Pre-Treatment Water System
Gambar 18. %Kenaikan/Penurunan Conductivity di Pre-Treatment Water System
Dari Gambar 17 dan Gambar 18 bisa diketahui bahwa perlakukan semua treatment di pre-treatment water system PLTU menghasilkan conductivity <200 μS/cm dan masuk dalam range standar. Jika ditinjau dari %penurunan/kenaikan conductivity maka physical treatment akan menurunkan conductivity secara alami namun chemical treatment menaikkan conductivity sebesar 21%.

Sesuai analisa data diatas terdapat poin-poin yang bisa digali lebih mendalam yaitu :
  • Performa sedimen basin (clarifier lamella) dalam penurunan turbidity sangat besar yaitu 99% sehingga perlu diselidiki faktor-faktor penyebabnya
  • Chemical treatment (injeksi koagulan-flokulan) dalam menaikkan conductivity sebesar 21% apakah dalam kategori yang masih normal memerlukan percobaan jar test
     4.2 Analisa dan Pembahasan Data Jar Test di Laboratorium
Percobaan jar test dilakukan untuk menganalisa setiap tahapan proses dalam pengolahan air sehingga bisa memberikan data valid sesuai kondisi existing.
Tabel 3. Hasil Pengukuran Pengaruh Penggunaan Koagulan dan Flokulan
PERLAKUAN
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
Conductivity (μS/cm)
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Penambahan Koagulan Saja
53.2
45.5
-14.5%
79.5
97.1
22.1%
Penambahan Flokulan Saja
53.1
0%
97.1
22.1%
Dari Tabel 3 bisa diketahui bahwa pengaruh penambahan koagulan saja adalah menurunkan turbidity dan menaikkan conductivity sedangkan pengaruh penambahan flokulan saja adalah tidak berpengaruh terhadap turbidity namun menaikkan conductivity. Kesimpulan dari Tabel 3 adalah :
  • Penggunaan koagulan saja dalam pengolahan air di PLTU kurang efektif dan harus terdapat penambahan flokulan
Gambar 19. Variabel Dosis 100% (Sesuai Kondisi Riil Lapangan)
Tabel 4. Hasil Pengukuran Hasil Jar Test dengan Variabel Dosis 100% (Percobaan Ke-1)
PERLAKUAN
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
Conductivity (μS/cm)
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Penambahan Koagulan
75.4
73.1
-3.05%
70.4
83.4
18.5%
Proses Lanjut + Flokulan
73.1
12.49
-82.9%
83.4
86.6
3.7%
Kinerja akhir koagulan+flokulan
-83.4%

23%
(*) : Sampling diambil dari inlet sedimen basin (sebelum injeksi koagulan & flokulan)
(**) : Dosis injeksi sesuai existing (100%)
Tabel 5. Hasil Pengukuran Hasil Jar Test dengan Variabel Dosis 100% (Percobaan Ke-2)
PERLAKUAN
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
Conductivity (μS/cm)
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Penambahan Koagulan & Flokulan
58.6
5.77
-90.2%
70.2
95.4
26.4%

Dari Tabel 4 dan Tabel 5 bisa diketahui bahwa proses injeksi koagulan-flokulan yang dipakai sekarang secara proses jar test bisa menurunkan turbidity sebesar 80-90% (riil di lapangan 99%) sedangkan untuk parameter conductivity menaikkan sebesar 23-26% (riil di lapangan 21%). Kesimpulan dari Tabel 4 adalah :
  • %Penurunan turbidity dengan dosis yang dipakai sekarang terbilang cukup besar sehingga bisa dilakukan trial penurunan dosis koagulan dan flokulan
Gambar 20. Variabel Dosis 50% dan 75% (Tampak Atas)

Gambar 21. Variabel Dosis 50% dan 75% (Tampak Samping)
Tabel 6. Percobaan Jar Test dengan Variabel %Penurunan Dosis
% PENURUNAN DOSIS KOAGULAN & FLOKULAN
PARAMETER TERUKUR
Turbidity (NTU)
Conductivity (μS/cm)
Before
After
%penurunan/
kenaikan
Before
After
%penurunan/
kenaikan
100% (300 ppm Koa & 100 ppm Flok)
58.6
5.77
-90.2%
70.2
95.4
36.0%
75% (225 ppm Koa & 75 ppm Flok)
60.6
8.085
-86.7%
77.5
91.9
18.6%
50% (150 ppm Koa & 50 ppm Flok)
60.9
12.66
-79.2%
79.1
89.1
12.6%
Dari Tabel 6 bisa diketahui bahwa dengan %penurunan dosis koagulan-flokulan sebesar ±50-75% nilai conductivity antara ±8-13 NTU (%penurunan ±80-85%) dengan nilai conductivity antara range ±90 μS/cm (%penurunan ±13-19%). Kesimpulan dari Tabel 6 adalah :
  • %Penurunan dosis antara 50-75% bisa digunakan untuk percobaan di lapangan karena dilihat dari %penurunan turbidity masih diatas >50% (standar umum PLTU dengan umpan air laut)
V. KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
    5.1 KESIMPULAN
Dari beberapa analisa data yang telah dilakukan dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
  • Performa sedimen basin (clarifier lamella) dalam penurunan turbidity sangat bagus yaitu 99% dan salah satu faktornya adalah  tingginya penggunaan dosis koagulan-flokulan 
  • Dosis koagulan-flokulan yang diharapkan masih mampu digunakan untuk menghasilkan outlet kualitas air sesuai standar adalah %penurunan dosis 50-75% dari yang digunakan saat ini
    5.2 REKOMENDASI
Dari hasil studi lapangan dan percobaan di laboratorium, direkomendasikan hal - hal sebagai berikut :
  • Direkomendasikan perubahan letak injeksi flokulan di sekat inlet sedimen basin
  • Direkomendasikan untuk dicoba penurunan dosis koagulan-flokulan sebesar 50% dengan cara menurunkan stroke pompa
  • Jika penurunan dosis 50% ternyata tidak mampu menghasilkan kualitas air sesuai standar maka dinaikkan menjadi 75% dari dosis sekarang 
  • Jika antara range tersebut ternyata rekomendasi penurunan dosis diterima, maka secara detail bisa dispesifikkan dengan melakukan jar test kembali pada range antara tersebut  (50-75%) agar bisa didapatkan data dosis optimum koagulan-flokulan (dosis optimum adalah penambahan dosis secara bertahap sudah tidak menaikkkan kualitas air secara signifikan) 
  • Diperlukan data akurat flow setiap aliran di pengolahan air menggunakan portable ultrasonic flowmeter
Gambar 22. Proses Setting Stroke Pompa Koagulan-Flokulan
ARTIKEL TERKAIT :
1. Water Treatment Plant PLTU
2. Macam-Macam Penyaring (Screen/Filter)
3. Analisa COD Secara Spectrofotometer


Referensi : Laporan pribadi pembangkitan

>

Previous
« Prev Post