MK.PLPC-10. PENGOLAHAN AIR KETEL

KULIAH KE-10

PENGENDALIAN LIMBAH PADAT DAN CAIR

PENGOLAHAN AIR KETEL

DR.IR.HAMZAH LUBIS, SH,M.SI

PENGOLAHAN AIR

KETEL PABRIK KELAPA SAWIT

PENGOLAHAN AIR

Pabrik minyak kelapa sawit membutuhkan air bersih untuk kepentingan pengolahan, air pendingin, air umpan boiler, pencucian, dan keperluan domestik. Karena air yang digunakan berasal dari sungai dan anak sungai maka diperlukan water treatment untuk memproses air agar memiliki parameter yang diinginkan.

DASAR-DASAR PENGOLAHAN

Kandungan Zat

1. Suspended solid

Adalah semua senyawa/padatan yang tidak larut, melayang atau mengapung di dalam air dan tidak berubah bentyk seperti lumpur, pasir, bahan-bahan organik, minyak dan bakteri.

2.Dissolved Solid

Adalah padatan yang larut di dalam air yang bergabung dengan molekul-molekul air atau di dalam larutan seperti garam-garam dan asam. Padatan terlarut yang banyak dijumpai dalam air antara lain: Alkalinitas, kesadahan, garam sodium, besi, mangan, silika, Clorida, sulfat, phosfat, dan bahan-bahan organic

3.Dissolved Gas

Adalah gas-gas yang ada di air yang bergabung dengan molekul-molekul air. Gas-gas ini tidak stabil dan dapat dilepas dengan perubahan suhu, tekanan atau interaksi mekanikal, contohnya oksigen, karbondioksida

2.     Perlakuan Air

Proses perlakuan air di Pabrik Minyak Kelapa Sawit dilakukan dengan cara:

a.  Penjernihan air

b. Pelunakan air dengan cara pertukaran ion

c.  Boiler internal treatment

     

PERJERNIHAN AIR

Metode Pengolahan air baku ada tiga jenis

1.     Perjernihan (Clarification)

      Penjernihan merupakan proses pengendapan kotoran/lumpur yang tersuspensi/melayang di dalam air dengan bantuan penabahan bahan kimia. Dapat dibagi atas tiga jenis:

ü      Koagulasi

ü      Flokulasi

üSedimentasi

2.            Penyaringan (Filtrasi)

Penyaringan merupakan tahap akhir dari proses penjernihan air, alat yang digunakan berupa pressure sand filter

3.              Chlorinasi (Disinfeksi)

Disinfeksi adalah proses pemusnahan bakteri dan virus yang ada di dalam air. Prosesnya dengan menambahkan chlorin atau kaporit pada airi yang akan dikirim ke water tank

PELUNAKAN AIR

Pelunakan air merupakan proses yang bertujuan menghilangkan atau menurunkan kesadahan air, silica dan TDS sehingga air memenuhi syarat untuk digunakan sebagai air umpan boiler. Jika garam kesadahan air tidak dihilangkan atau dikurangkan akan menyebabkan kerak pada boiler. Pelunakan dengan cara:

1.     Softener

Merupakan resin penukar ion yang berfungsi menurunkan kesadahan air atau total hardness

2.     Demineralizer plant

Merupakan resin penukar kation dan anion berfungsi untuk menurunkan kesadahan, silica dan total dissolved solid (TDS)

3.             Deaerator

Merupakan alat pemanas air umpan boiler dengan tujuan untuk menghilangkan gas terlarut seperti oksigen, carbon dioksida dan amonia yang dapat menyebabkan korosi      

INTERNAL TREATMENT

Internal treatment merupakan proses perlakuan air di dalam boiler dengan tujuan untuk mencegah pembentukan kerak, mencegah korosi serta mencegah terjadi carry over.

Air umpan boiler dengan analisa kimia dapat diketahui jenis dan jumlah kandungan zat yang terkandung di dalamnya.

a.     Kerak

Kerak di air umpan boiler terbentuk dari kotoran-kotoran, biasanya dari campuran Calsium dan Magnesium yang tak larut. Kadang melekat ke dalam hard mass oleh silica. Pengaruh daripada pembentukan kerak adalah pengembungan atau pembengkokan pipa serta pelepuhan pipa                                

b.     Korosi

Korosi di air umpan boiler terjadi ketika asam atau pH rendah, air mengandung oksigen yang terlarut dan karbon dioksida serta konsentrasi daripada caustic tinggi. pH rendah ditandai dengan hilangnya logam, oksigen dan gas-gas korosif ini adalah rusaknya pipa boile

c. Cary over

Terjadi karena masuknya air solid melalui uap boiler. Hal ini disebabkan karena kelebihan solid yang terlarut dan tidak terlarut, tingginya alkalinity serta tingginya kandungan minyak di air umpan boiler. Terbagi 2:

1.Priming

Terjadi karena penurunan tekanan yang tiba-tiba akibat meningkatnya permintaan uap secara cepat atau karena hasil kelebihan high water level

2.Foaming

Disebabkan gelembung uap pada permukaan air di dalam drum uap

EFEK BURUK KERAK
 1Proses pemanasan air dalam pipa-pipa pemanas berlangsung lama

  1Bahan bakar untuk menaikkan steam diperlukan banyak

  1Uap yang dihasilkan kurang

  1Mengakibatkan overheating pada pipa

  1Effisiensi kerja boiler rendah 

PERALATAN PENDUKUNG

a.     Pompa Raw Water

Fungsinya memompakan air dari waduk/sungai sampai ke water Clarifier Tank

b.     Water Clarifier Tank

Tempat terjadinya proses koagulasi dengan tahapan pencampuran, penggumpalan dan pengendapan bahan tidak larut dalam air.

c.     Chemical Dosing Pump

Fungsi untuk mengalirkan larutan bahan kimia dengan cara injeksi dari tanki larutan kimia ke dalam Clarifier Tank

d.     Chemical Solution Tank

Fungsinya untuk pencampuran bahan kimia dengan air pada konsentrasi tertentu sebelum diinjeksi ke dalam clarifier tank

e.     Bak Pengendap

Fungsinya untuk mengendapkan pasir, lumpur dan gumpalan-gumpalan partikel yang terbawa dalam air

f.              Water Basin Pump

Fungsinya untuk mentransfer air yang telah diendapkan di dalam bak pengendap masuk ke dalam Pressure Sand Filter

g.            Pressure Sand Filter

Fungsinya untuk menyaring padatan-padatan yang terdapat dalam air yang masuk ke pressure Sand Filter melalui media berpori atau pasir

h.             Water Tower Tank

Fungsinya sebagai tempat penimbunan air yang sudah bersih dari pengolahan dan sebagai tempat pengaturan distribusi air untuk domestik maupun untuk keperluan pabrik

PERALATAN PENDUKUNG PROSES PELUNAKAN

Ø        Regenerasi Pump

          Mengalirkan air yang telah ditreatment ke dalam unit penukar kation

Ø               Tanki Kation dan Anion

          Tempat berlangsungnya pertukaran ion. Peralatan ini terdiri dari dua bagian, satu bejana kation dan satu lagi bejana anion serta dilengkapi dengan tanki/bak pengenceran larutan asam dan caustic

Ø                 Degasifer

          Fungsinya untuk melepaskan gas/ion yang terkandung di dalam air

Ø                  Daerator Water Pump

          Fungsinya untuk mentransfer air dari bak penampung ke Deaerator

Ø                  Deaerator

          Fungsinya untuk untuk menaikkan temperatur air umpan mendekati titik didihnya sehingga dapat mengurangi kandungan gas O₂ dan CO₂

Ø                  Tanki penampung air umpan

            Fungsinya untuk menampung air umpan sebelum di alirkan ke dalam Deaerator

KRITIKAL POINT

1.     Perjernihan Air

        Suspended solid         : 0 – 3 mg/l

2.     Air Umpan Boiler                 

ü   pH                                 : 7.0 - 8.5  

ü   Total Hardness           : < 5 ppm

ü   Silica                             : < 5 ppm

3.     Air Boiler

ü   pH                                 : 10.5 – 11.5

ü   Total Alkalinity           : 500 – 800 ppm

ü   Caustic Alkalinity        : 300 – 500 ppm

ü   Sulphit                          : 20 – 80 ppm

ü   Total dissolved solid  : <2500 ppm

ü   Silica                             : ½ C. alkalinity

ü   Sodium Chloride         : < 300 ppm

        Total                             : < 5 ppm

PROSEDUR OPERASIONAL

1. Hal-hal yang harus diperhatikan untuk menjaga keselmatan kerja adalah:

ü Sebelum air dipompa ke pabrik, operator secara visual harus memeriksa kondisi level air di sungai dan memastikan tidak sedang ada kerusakan/perbaikan di instalasi pompa

ü Operator pada saat melakukan pencampuran bahan kimia harus menggunakan masker penutup hidung, sarung tangan dan kaca mata, terutama dalam penanganan HCL, H₂, H₂SO₄ dan NaOH agar tidak kontak langsung dengan tubuph yang akan mengganggu kesehatan

2. Proses Penjernihan Air

 Proses penjernihan air melalui tahapan koagulasi, flokulasi dan sedimentasi dilakukan di clarifier, sedangkan proses penyaringan dilaksanakan dengan alat pressure sand filter di clarifier air proses penjernihan memerlukan waktu penahanan sekitar 1.5 – 2 jam

3. Koagulasi

    Dilakukan untuk merubah sifat suspensi kolloid yang mempunyai muatan listrik yang sama dengan air yang menyebabkan sulit mengendap. Dilakukan dengan penambahan koagulan yang dapat menetralkan muatan listrik dari partikel koloid sehigga partikel tersebut mengalami  destabilisasi dalam air sehingga terjadi penggabungan beberapa butiran menjadi diameter lebih besar.

Koagulan mengalami diffusi di dalam air oleh pencampuran yang kuat untuk mendapatkan waktu kontak yang cukup di antara partikel-partikel dan bahan kimia penjernih air. Untuk menentukan dosis bahan kimia perlu jar test.

Urutan Penambahan kimia dalam proses koagulasi sbb:

1.    Penambahan bahan kimia dilakujkan dengan injeksi pump pada pipa masuk ke clarifier dengan dosis bahan yang ditambahkan harus sama seperti jar test

2.    Jarak titik injeksi bahan kimia yang normal sekitar 10-15 m sebelum masuk ke clarifier

3.     Untuk menghilangkan warna, koagulan harus ditambahkan di depan semua bahan kimia alkaline untuk pembentukan flog

4.  Untuk menghilangkan kekeruhan, pengaturan pH diatur di depan penmabahan koagulan

5.   Kadang-kadang bahan kimia alkalilne (NaOH) dapat ditambahkan secara simultan dengan bahan koagulan (Alum)

6.  Bahan koagulan/flokulan (polimer) pembantu harus ditambahkan terakhir

PROSEDUR OPERASIONAL

KOAGULAN

Bahan Koagulan

Ø   Aluminium sulfat (Al₂ (SO₄)₃, 18 H₂O atau Alum

Ø   Poly Aluminium Chloride (PAC)

Ø   Soda Ash (Sodium Carbonat)

Ø   Caustic Soda (NaOH)

Ø   Polyelectrolit

Alum bereaksidengan alkali membentuk aluminium hidrokside yang akan mengikat padatan halus yang terdapat dalam air, pH yang terbaik pada saat koagulasi adalah 6.5 – 7.5 karena aluminium hydrokside tidak larut pada pH tersebut.

PROSEDUR OPERASIONAL

KONSENTRASI LARUTAN

Konsentrasi bahan kimia di dalam tanki chemical dibuat untuk masing-masing bahan sbb:

a.      Larutan Alum/tawas       = 5% - 15%

b.     Larutan soda Ash/Caustic soda = 5% - 15%

c.      Larutan Polyelectrolit   = 0.01% - 0.06 %

FLOKULASI

Merupakan kelanjutan dari proses koagulasi di mana pada proses ini terjadi pembentukan partikel yang lebih besar atau flok dengan sistem pengadukan sehingga flok yang terbentuk bertambah besar, bertambah berat dan mudah mengendap

SEDIMENTASI

Merupakan proses pengendapan partikel-partikel yang ukurannya relatip besar/flok yang ada di dalam air pada suatu wadah sehingga pemisahan floc dengan air jernih dapat terjadi dengan sempurna. Sedimentasi biasanya dilakukan di water basin

PENYARINGAN

Filtrasi adalah suatu teknik pemisahan padatan-padatan tersupensi dalam air setelah proses penjernihan dengan melewatkan air pada media yang berpori. Media berpori merupakan campuran pasir dan kerikil kuarsa dari yang halus sampai yang kasar dan disusun secara berlapis-lapis. Air yang sudah diendapkan kemudian dipompakan ke pressure sand filter, karena adanya tekanan air merembes ke pori-pori yang terbuat dari lapisan pasir dan kerikil sehingga kotoran yang terbentuk gumpalan akan tertinggal di lapisan permukaan sedangkan air yang jernih ke bagian bawah tabung sand filter dan masuk ke water tank untuk didistribusikan.

3.    PELUNAKAN AIR

       Pelunakan air merupakan proses penghilangan zat-zat yang terlarut dalam air atau kesadahan air yang dapat menimbulkan masalah pada boiler dan steam line. Umumnya dilakukan dengan dua cara:

ü  Softener Plant

ü  Demineralisaser Plant        

SOFTENER PLANT

Softener adalah alat berupa tabung cylinder berisi resin yang digunakan untuk menghilangkan kandungan kesadahan (hardness) yang terdiri dari unsur calsium dan magnesium

SOFTENER

a.              Perinsip Kerja

Softener tank yang berisi resin dengan unsur Natrium akan mnegikat setiap kesadahan dari yang melewatinya. Apabila resin telah penuh dengan kesadahan  yang diikat, maka resin tersebut akan jenuh (tidak mampu mengikat lagi) dan perlu diaktifkan kembali dengan cara regenerasi dengan larutan NaCl.

Reaksi

ü    Air yang mengandung ion-ion Calsium dan Magnesium masuk ke dalam bejana penukar ion

ü    Dalam bejana terdapat sejumlah butiran/partikel resin dan tiap partikel mengandung ion Natrium. Pertukaran ion mulai berlangsung ion Calsium dan ion Magnesium diserap oleh resin dan sebaliknya resin akan melepaskan ion  Natrium

ü   Air yang keluar dari softener sudah rendah hardnessnya selanjutnya ditampung di feed water tank

ü   Lama kelamaan resin akan kehabisan ion Natriumnya dan jenuh dengan ion Calsium dan Magnesium sehingga resin tidak aktif lagi. Oleh karena itu perlu dilakukan regenerasi dengan larutan Natrium Clorida

ü   Regenerasi dilakukan jika hasil pemeriksaan hardness di atas 5 ppm

c.        PROSEDUR REGENERASI

1.     Backwash

    Aliran air dibalikkan dari bawah ke atas melalui bed resin. Tujuannya untuk menghilangkan kotoran/padatan yang terkumpul. Selama backwash lapisan resin mengalami ekspansi paling sedikit 50% lamanya 15 – 20 menit

2.Regenerasi

Langkah ini menginjeksikan larutan garam  5 – 10% ke dalam bejana resin, larutan garam akan mencuci lapisan permukaan resin. Regenerasi terjadi dengan cara sodium dalam larutan garam menggantikan Calcium dan Magnesium hardness pada resin penukar ion. Lamanya regenrasi berkisar 30-45 menit. Jumlah garam yang dibutuhkan berkisar 0.1 – 0.2 kg/ltr resin dengan kecepatan laju aliran 0.03 – 0.07 l/mnt per liter resin.

2.     Rinse/Pembilasan

Air dipaksa mengalir melalui lapisan resin untuk menghilangkan kelebihan garam. Setelah mencapai batas hardness kurang dari satu ppm unit dapat dioperasikan kembali. Lamanya pembilasan lambat sekitar 60 menit dan pembilasan cepat sekitar 15 menit.

DEMINERALISER PLANT

Proses Demineraliser adalah proses yang digunakan un untuk menghilangkan ion-ion yang bermuatan positip dan negatip  yang ada pada air. Pada dasarnya proses di demin plant menggunakan dua bejana/tanki yang berisi resin masing-masing berisi resin kation dan anion. Kedua bejana tersebut yang dihubungkan secara seri. Air pertama masuk dialirkan ke tanki berisi resin kation dan kemudian mengalir melalui tanki berisi resin anion dan keluar sebagai air bersih untuk umpan boiler

Prinsip Kerja

Kedua bejana tanki 2 jenis resin yakni resin dengan ion H⁺ dan resin Anion dengan ion OH^- akan mengikuti setiap ion bermuatan positip dan negatip pada air yang melewati alat tersebut.

RESIN PENUKAR KATION

Menghilangkan ion-ion bermuatan positip seperti Ca, Mg dan ion positip lainnya dengan cara pertukaran dengan ion hydrogen (H⁺)

RESIN PENUKAR ANION

Menghilangkan ion-ion yang bermuatan negaip seperti SO₄, Cl, SiO₃, dan ion negatif lainnya dengan cara pertukaran dengan ion OH^-

Regenerasi

Sesudah kapasitas tercapai, resin tidak mampu menukar ion. Kemampuan ini harus dikembalikan dengan melakukan regenerasi, yakni mengalirkan larutan yang mengandung kation yang sama dengan resin. Untuk resin tipe Na digunakan larutan NaCl, sedangkan untuk tipe H digunakan larutan asam HCl. Sebelum regenerasi, dilakukan aliran balik dengan tujuan memekarkan kembali resin yang memadat selama back washing. Pemekaran tersebut antara 50-75%, karena itu dalam perencanaan kolom resin perlu disediakan ruang kosong di atas resin  ± 75%.

Deaerator

Gas-gas yang terlarut dalam air feed seperti Oksigen, Carbon Dioksida dan Ammonia dapat menyebabkan korosi pada feed water lines, heaters, economizer, boiler dan kondensat lines. Untuk menghilangkan gas yang terlarut maka diperlukan proses deaerasi dengan menggunakan alat yang dinamakan deaerator.

Prinsip Kerja

Di dalam deaerator air disemprotkan ke ruang deaerasi melalui nozzle. Butiran air yang jatuh akan kontak langsung dengan uap dan termperatur air menjadi naik hampir mendekati temperatur uap. Dalam kondisi tersebut 97-98 % gas O₂ dan CO₂ akan terbebas dan keluar dari deaerator. Air yang sudah dideaerasi terus diaduk oleh uap yang datang terus menerus membuat sisa-sisa gas yang ada akan menjadi hilang. Setelah pengadukan oleh uap, air yang sudah di deaerasi diumpankan ke boiler.

  3 Pemompaan air dari sungai harus rutin dilakukan untuk menjaga agar air di waduk senantiasa penuh

  3 Instalasi pipa dan pompa dari raw water tidak ada kebocoran dan selang-selang dan pompa injeksi kimia tidak ada yang pecah/bocor

  3Melakukan back wash di sand filter setiap hari dan pembuangan endapan di clarifier tank setiap shift dan pemeriksaan kondisi dan volume pasir sand filter dilakukan setiap tahun 

ü Pencucian water basin dan Clirifier Tank minimal 6 bulan sekali

ü Jar test harus dilakukan setiap hari dan pencampuran bahan kimia untuk pemurnian air dibuat berdasarkan hasil test ini

ü Resin harus diregenerasi bila parameter silica dan hardness melewati batas yang ditetapkan dan pemeriksaan kualitas resin dilakukan minimal setahun sekali.

ü Pencampuran bahan kimia untuk regenerasi harus sesuai dengan takaran yang ditentukan dan dalam pencampuran air harus diisikan terlebih dahulu baru kemudian ditambahkan bahan kimianya

ü Karena bahan kimia yang dipakai adalah bahan kimia yang reaktif baik asam mapun basa, maka tanki-tanki yang dipergunakan harus tahan terhadap sifat asam atau basa, sehingga kebocoran dapat dicegah

ü Pastikan flow meter berfungsi dengan baik dicatat pemakaian air setiap hari.

              Sumber: ANJ-Agri

        *Materi Kuliah Pengendalian Lingkungan Industri dan Kuliah

          Pengendalian Limbah Padat-Cair Jurusan Teknik Mesin-ITM

*      **Dosen Dr.Ir.Hamzah Lubis,SH,M.Si

T Tugas kuliah:

1. 1. Mengapa air ketel perlu pengolahan air secara khusus?

222. Jelaskan tahapan-tahapan pengolahan air ketel?

333. Jelaskan peralatan pendukung pengolahan air ketel?

4. J4.  Jelaskan prosedur oprasional pengolahan air ketel?

4

4. 

4.

2.

T