Artikel Terbaru

Anti COPAS

Teori dan Sistem Operasi Membrane Reverse-Osmosis (RO)

Reverse-Osmosis (RO) adalah kebalikan dari osmosis yang merupakan salah satu dari jenis-jenis desalination plant. RO menggunakan tekanan mekanik (PLTU umumnya disebut HP Pump) yang melawan tekanan osmotik larutan yang seharusnya terjadi dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi dibalik menjadi dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Sebagai contoh air tawar dengan air laut, osmosis yang dilengkapi membrane semipermeabel akan terjadi aliran dari air tawar (konsentrasi rendah) ke air laut (konsentrasi tinggi) karena pengaruh tekanan osmotik larutan. Namun dengan penambahan tekanan mekanik diatas tekanan osmotik maka akan terjadi aliran kebalikan yaitu dari air tawar yang terkandung dalam air laut (konsentrasi tinggi) mengalir menembus membrane menuju ke air tawar (konsentrasi rendah) dan proses inilah yang disebut reverses osmosis. (www.caesarvery.com)
Gambar 1. Sistem Reverse-Osmosis
RO di PLTU terbagi menjadi 2 yaitu sea water (SWRO) dan brackish water (BWRO) dimana SWRO adalah RO yang bekerja paling berat karena harus  mem-filter air laut dengan conductivity sekitar 35.000-53.000 us/cm menjadi <100 us/cm. Sistem cleaning yang wajib dilakukan adalah backwash yaitu melakukan flow terbalik menggunakan air demin yang dimaksudkan agar padatan/concentrate yang menempel di membrane bisa terlepas. Seringkali, membrane berumur pendek karena terdapat pantangan yang harus dihindari saat pengoperasian seperti menjauhi kontaminan chlorine, pH yang terlalu basa dan turbidity terlalu tinggi (keruh). Berikut kajian teori yang mendukung sistem operasi membrane RO tersebut.
Gambar 2. RO Plant
Gambar 3. RO Plant (2)
Gambar 4. RO Plant (3)
Gambar 3. Skematik RO Plant
  • Proses Aliran Umpan ke RO
Air laut dari sea water intake dipompa menggunakan sea water pump (SWP) menuju ke clarifier/bak sedimentasi. Air tersebut dilakukan treatment kimiawi yaitu injeksi chlorine tepat di sea water intake. Sebelum masuk clarifier diinjeksikan acid, anti-scalant dan sodium bisulphite (SBS). Di clarifier diinjeksikan koagulan-flokulan untuk membantu pengendapan dan produk air disyaratkan turbidity rendah yaitu <5 NTU dan siap dipompakan menuju ke multimedia filter (MMF) atau roughing-polishing. MMF ini terdiri dari bejana seri atau paralel, jika seri umumnya terdapat 3 rangkaian isi yang berbeda yaitu sand filter, mangenese filter dan activated carbon filter sedangkan jika paralel umumnya mixing dalam satu bejana.
Gambar 4. Clarifier Tipe Pond Segiempat
Gambar 5. Clarifier Tipe Pond Bundar
Gambar 4. MMF
Gambar 5. MMF (2)
  • Analisa Sistem Injeksi Air Umpan RO
1. Chlorine (NaOCl) Injection
Chlorine pada umumnya di PLTU dihasilkan sendiri dari proses elektrolisis air laut di electrochlorination plant. Sistem injeksi yang digunakan adalah kontinyu. Injeksi sebesar 1-2 ppm dan dijaga di outfall untuk total chlorine pada rentang 0.1-0.5 ppm.
Berdasarkan paper tersebut dididapatkan informasi yaitu :
  • Keefektifan injeksi chlorine dipengaruhi oleh 3 hal yaitu konsentrasi chlorine, waktu kontak dan pH air
  • Untuk mengendalikan injeksi chlorine dijaga free residual chlorine pada konsentrasi 0.5-1 mg/L di outfall

Berdasarkan paper tersebut dididapatkan informasi yaitu :
  • Dechlorination diperlukan untuk menjaga membrane dari oksidasi karena zat kimia chlorine
  • Rata-rata membrane akan ter-degradasi oleh chlorine sebesar 1 ppm hanya bertahan sekitar 200-1000 jam
  • Serangan chlorine lebih cepat pada 2 kondisi yaitu pH basa dan air umpan terkontaminasi iron atau logam transisi (karena metal akan meng-katalis membrane untuk degradasi)
  • Monitoring keberadaan chlorine dilakukan dengan oxidation-redox potential (ORP) dengan rentang yang umum digunakan adalah 175-200 mV namun paper lain menyebutkan jika pembacaan ORP 300 mV action-nya adalah mengurangi injeksi chlorine dan jika >350 mV maka pompa ke SWRO otomatis mati dan air umpan dibuang tidak dimasukkan ke membrane SWRO
2. Acid Injection
Berfungsi sebagai pengontrol pH dan sistem dan umumnya sistem injeksi di PLTU adalah tidak kontinyu dengan konsentrasi injeksi 50 ppm. Alasan penggunaan injeksi acid adalah karena chlorine attack bereaksi lebih cepat dalam men-degradasi membrane pada pH tinggi (The Dow Chemical Company, 2018) sehingga dengan injeksi acid diharapkan pH dijaga pada range standar jika sewaktu-waktu terdapat kenaikan pH yang drastis.
Berdasarkan spesifikasi teknis membrane RO yang umum dipakai di PLTU didapatkan pH operasi pada rentang 2-11 yang menunjukkan bahwa pH basa dihindari sehingga injeksi acid dimungkinkan digunakan untuk kebutuhan antisipasi ini.

3. Anti-Scalant Injection
Digunakan untuk mencegah pengerakan karena garam atau ion mineral yang terikut sampai ke membrane SWRO dan BWRO sehingga tingkat kejenuhan membrane menjadi berumur lebih panjang. Analisis parameter yang digunakan adalah silt density index (SDI) yang mengindikasikan tingkat/derajat fouling di sistem membrane.

4. SMBS/SBS Injection
Sodium Metabisulphite (SMBS) atau Sodium bisulphite (SBS) digunakan sebagai penetralisir kandungan chlorine di air umpan RO dan  standar diijeksikan sebesar 5 ppm. Berikut reaksi proses pembuatan SMBS/SBS.
Berdasarkan paper tersebut dididapatkan informasi yaitu :
  • Penggunaan SMBS dan SBS adalah sama saja karena zat aktif yang digunakan adalah gas SO2 namun dua zat tersebut berbeda fase dimana SMBS adalah padat sedangkan SBS adalah cair
  • Penggunaan SBS untuk menetralisir 1 ppm dibutuhkan dosis sebesar 1.61 ppm
  • Penggunaan SMBS untuk menetralisir 1 ppm dibutuhkan dosis sebesar 1.47 ppm
Analisa Sistem Dechlorination
Dechlorination adalah pengurangan konsentrasi chlorine dan menurut beberapa teori bisa menggunakan beberapa sistem sebagai berikut :
  • Activated Carbon/Karbon Aktif
Activated carbon pada umumnya digunakan di PLTU dalam peralatan multimedia filter (MMF) yang terdiri dari manganese filter, sand filter dan activated carbon filter.
Berdasarkan paper tersebut dididapatkan informasi yaitu :
  • Activated carbon atau multimedia filter (MMF) terbukti efektif dalam mengikat residual chlorine dengan reaksi :
C + 2 Cl2 + 2 H2O ---> 4 HCl +CO2
Penggunaan activated carbon lebih mahal jika dibandingkan dengan metode lain
  • SMBS atau SBS (Sulphite Agent)
SMBS atau SBS adalah produk dengan zat aktif gas SO2 dan berikut reaksi kimia dechlorination :
Na2S2O5 (SMBS) + 2 HOCl + H2O ---> 2 NaHSO4 + 2 HCl
NaHSO3 (SBS) + HOCl ---> NaHSO4 + HCl
Beberapa istilah di RO system adalah :
  • Recovery : % produk yang diharapkan/air murni bebas garam (permeate), RO PLTU Bolok % recovery 35-45% (manual book PLTU Bolok)
  • Rejection : %produk yang tidak diharapkan/banyak mengandung garam (concentrate)
  • Passage : %konstituen/TDS air umpan yang lolos melewati membrane sehingga passage nanti menjadi produk yang dinamakan permeate
  • Flux : laju permeate yang dihasilkan per unit membrane area
Faktor yang mempengaruhi RO system adalah :
  • Pressure
  • Temperature
  • Recovery
  • Salt concentration (salinitas) air umpan
  • Membrane Reverse-Osmosis (RO)
Membrane RO adalah sistem filter di RO sebagai penyaring garam atau ion mineral air umpan dalam proses desalination system.  Berbagai tipe membrane sebagai berikut :
  • Spiral Wound Membrane
Bentuk lapisan film tipis dari polimer yang tergulung berlapis-lapis dalam pipa/tube dengan bahan dasar polimer yang terdiri dari mulai dari dasar sampai atas berurutan adalah polyester, polysulfone dan polyamide.
  • Tubular Membrane
Bentuk seperti tube kecil-kecil dengan gulungan membrane tipis berlapis-lapis dan sistem pemasangan di frame RO/vessel adalah tube diisikan banyak untuk mengelilingi full vessel.
  • Plate and Frame Membrane
Bentuk lembaran berselang-seling antara membrane dan pemisah yang dimaksudkan untuk filterisasi. Pemisah mulai dari feed spacer mesh, permeate spacer dan lain-lain menyesuaikan kebutuhan.
  • Hollow Fiber Membrane
Bentuk seperti serat-serat membrane berjumlah banyak yang dipadatkan dalam suatu frame.
Bahan material membrane terdiri dari : (Sagle dan Freeman)
  • Poly-vinylidene fluoride
  • Poly-sulfone
  • Poly-acrylonitrile
  • Poly-vinyl chloride
  • Poly-ether sulfone
  • Cellulose acetate
  • Cellulose nitrate
  • Nylon
  • Poly-tetrafluoroethylene
  • Poly-amide
  • Ceramic
  • Metal seperti stainless steel
Referensi :
[1] Advance Separation Technologies, 2017
[4] Office of Water Washington. Wastewater Technology Fact Sheet Dechlorination. (2000). United States Environmental Protection Agency
[5] Pengalaman bekerja di industri metabisulphite
[6] Sagle, A., dan Freeman, B. Fundamentals of Membranes for Water Treatment. University of Texas at Austin
[7] The Dow Chemical Company, 2018
[8] Tikkanen, M.W., Schroeter, J.H., Leong, L.Y., dan Ganesh R. Guidance Manual for the Disposal of Chlorinated Water. 1216, 6th. Integra Chemical Company
[9] www.myframe.com
[10] www.synderfiltration.com

>

Previous
« Prev Post