PENGOLAHAN AIR UNTUK INDUSTRI

PENGOLAHAN AIR UNTUK INDUSTRI

Skema Pengolahan Air Industri

Air sebagai salah satu bahan utilitas. Secara praktis hampir tak pernah dijumpai air (H2O) di alam murni, air alam selalu mengandung senyawa-senyawa yang terlarut didalamnya. Hal ini disebakan akibat kuatnya daya larut air.

SENYAWA LAIN DALAM AIR Senyawa Primer (kadar diatas 5 mg/lt) (===( 1mg = 1 ppm

Kalsium

KarbonatMagnesiumBikarbonat

Natrium

Sulfat

Silikat

Khlorida

Senyawa Sekunder (kadar antara 0,1 5 ppm)

Kalsium

Nitrat

Besi (Fe)

Flourida

Amoniak

Senyawa Tersier (kadar antara 0,01 0,1 ppm)

Tembaga

Phospat

Timah

Arsen

Seng

Alumunium

Dll

Disamping senyawa diatas, terdapat juga gas-gas terlarut O2, CO2, Cl2 dll. Sumber air (air baku) untuk kegiatan industri tersedia dalam

Air sungai Air Rawa/ Danau/ Waduk

Air Tanah

Air Laut

1. Air Sungai

Sungai merupakan sumber air baku yang potensial bagi industri ( industri berdiri sepanjang sungai.

Karakteristik tergantung :

Asal aliran

Penggunaan disepanjang aliran sungai.

Struktur tanah disepanjang aliran sungai.

2. Air Rawa/ Danau/ Waduk

Pada umumnya kualitas air ini hampir sama dengan air sungai, Fluktuatif kualitas dan debit airnya lebih kecil daripada air sungai. 3. Air TanahMerupakan cadangan air yang cukup besar, Keberadaannya merupakan siklus alam. Fluktuasi kualitas dan debit airnya stabil. 4. Air Laut

Karena kadar garam atau Salinitas (NaCl, Na2SO4) terlalu tinggi, biasanya digunakan sebagai air pendingin alat mesin-mesin industri sekali lewat. Air laut sering digunakan sebagai air tawar tapi melalui proses terlebih dahulu.KUALITAS dan PARAMETER AIRDitentukan oleh impurities yang terdapat di alam

Penggolongan impurities

a. Kotoran yang tersuspensi

bakteri ( penyebab penyakit

algae ( menyebabkan bau, warna, kekeruhan

Lumpur (berupa pasir halus, dan zat-zat organik) ( menyebabkan warna

b. Kotoran yang terlarutDalam bentuk garam

Kalsium dan Magnesium

: Karbonat, Bicarbonat, Klorida, Sulfat.

Sodium

: Kabonat, Bikarbonat, Klorida, Sulfat.

Dalam Besi

: Penyebab rasa, warna, korosi.

Gas-gas

: Oxigen, Carbon dioksigen.

ISTILAH dalam KUALITAS AIR

a. Kesadahan (Hardness)

Kesadahan adalah ukuran jumlah ogam alkali (biasanya Kalsium dan Magnesium) yang ada dalam air.

Pengukuran biasanya dialkukan secara volumetric menggunakan reagent EDTA (Etilin Diamin Tetra Acetic Acid). Satuan yang lazim digunakan adalah :

Derajat Jerman (oD)

Ppm CaCO31 oD = 17,8 ppm CaCO3b. AlkalinitasUkuran jumlah ion bikarbonat (HCO-3), Karbonat (CO-) dan Hidroksida (OH-) dalam air.

Cara pengukuran menggunakan titrasi (volumetric) menggunakan basa kuat (HCl atau H2SO4) dengan indikator PP (p. Alkalinitas) dan indikator MO (m. Alkalinitas).

Dari kedua parameter diatas (p dan m alkalinitas) dapat dihitung kadar ion OH-, CO-, HCO-3 Sbb:

Kegunaan air dalam Industri

Air Sanitasi

Air Pendingin Air Ketel ( Steam

Air baku tidak bisa langsung digunakan sebagai kebutuhan air diatas, perlu diolah sesuai dengan syarat tertentu.

PENGOLAHAN AIR BAKU

Air merupakan pelarut yang sangat baik, sehingga mineral-mineral dan gas-gas terlarut, Mineral dan gas ini sangat menganggu dalam penggunaannya maka ( PENGOLAHAN.

1. Pengolahan secara FISIKA

Seperti saringan, pengendapan karena beratnya : memisahkan padatan yang kasar memisahkan padatan yang terapung

memisahkan minyak dan lemak.

A. Memisahkan padatan yang kasarPasir, Lumpur dapat diendapkan tanpa penambahan bahan kimia (Flokulasi dan Koagulasi)B. Memisahkan padatan yang terapung.

Plastik dan zat-zat organik sering dijumpai pada air permukaan terutama yang melawati pemukiman penduduk. Untuk memisahkan digunakan screen maupun bak penampung dengan mengatur pengeluaran efluen dibawah permukaan air dan kotoran yang terapung dapat dipisahkan secara manual maupun mekanis.2. Pengolahan secaraKIMIA

Dengan menghembuskan proses koagulasi, flokulasi dan sedimentasi. Pada prinsipnya untuk membuat partikel terlarut dan tersuspensi menjadi partikel gumpalan yang ukurannya lebih besar dan kompak sehingga mudah mengendap.Koagulasi dapat didefinisikan sebagai proses diman bahan kimia ditambahkan (koagulan) dalam air yang mengandung partikel tersuspensi (koloidal) disertai dengan pengadukan dengan RPM tinggi agar mendapat homogenitas larutan. Kemudian dilanjutkan dengan pengadukan lambat (8-10 RPM), dimana koagulan menetralkan muatan koloid ( sehingga partikel dapat membentuk floc (gumpalan) yang besar ( dan partikel cepat mengendap. Proses ini disebut flokulasi.

Pemilihan koagulan yang sesuai tergantung dari suspended solid dan pH air.

Macam-macam Koagulan

Alum (Alumunium sulfat/Al2(SO4)3 PAC (poly Alumunium Chloride) Aln(OH)mCl3n-mStandarisasi proses koagulasi dan flokulasi

Koagulasi : n = 80 100 RPM

t = 1 5 menit

Flokulasi : n= 5 8 RPM

t = 20 40 menit

n = kecepatan pengadukan

t = waktu tinggal

Floc (endapan) yang terbentuk dipisahkan dengan sedimentasi.Filtrasi

Air yang keluar dari proses flokulasi yang masih mengandung flok-flok halus masih memerlukan penyaringan melalui suatu media yang berpori dimana flok/padatan tertapis, sedangkan air jernih diteruskan.

Efektifitas proses filtrasi/penyaringan (sand filter) tergantung dari :

Rate filtrasi

Ukuran filter media

Susunan media filter

Tinggi/kedalaman (bed) filter

Macam-macam filter/sand filter

Menurut cara kerjanya filter dapat digolongkan sebagai :

a. Grafity filter

Merupakan filter terbuka atau tertutup tetapi terhubung dengan udara luar (atmosfir). Filter media lapisan pasir (pasir silica/antrasit) halus sampai kasar dengan tinggi bed 60 90 cm.

Air masuk dari atas dan keluar dari bawah dan dialirkan ke penampung air bersih.

Semakin lama media penyaring akan jenuh dan perlu dilakukan pembersihan (backwash). Backwash dilakukan secara berlawanan arah, dari bawah ke atas, sebagai media pembersih biasanya air.

b. Pressure filter

Pada dasarnya sama dengan gravity filter hanya tangki dalam kondisi tertutup dimana air dipaksa melalui bed dengan tekanan tinggi.

Bahan filter media

Banyak bahan yang dapat digunakan untuk menyaring air di dalam air industri, misalnya pasir kwarsa, coke/antrasit, tanah diatome dll, dan yang lazim digunakan adalah pasir kuarsa antrasit.Pemilihan ukuran, kualitas dari pasir dan juga tebal/kedalaman lapisan sangat penting dalam design filter.

Antrasit coal.

Media filter ini lazim digunakan dalam proses penyaringan dan juga dipakai pada filtrasi air dari lime soda softening system.

Keuntungan bila dibandingkan dengan pasir kwarsa/silica :

Mempunyai true densitas yang lebih kecil (Sg + 1,5 dibandingkan pasir + 2,65)

Bentuknya tidak beraturan sehingga tumpukan filter lebih porous, sehingga lebih mudah dalam pencucian dan pressure dropnya kecil.

Antrasit mempunyai sifat inert bila dibandingkan dengan pasir silica.

Kerugian media ini (antrasit) adalah kurang kuat bila dibandingkan dengan pasir silica

PENGOLAHAN LANJUTAN

Air yang telah mengalami penjernihan, ditampung pada bak penampung untuk selanjutnya didistribusikan untuk berbagai keperluan dengan kualitas/syarat tertentu.

Untuk keperluan industri, air umumnya digunakan :

1. Air Sanitasi.

2. Air Proses.

3. Air Ketel/Boiler.

4. Air Pendingin/Cooling Water System.

I. PERAWATAN AIR KETEL

- Air PAM

- Air industri( Padatan terlarut

- Air Sumur( Padatan tersuspensi

- Air Sungai( Gas terlarut

Pengolahan =====> aman dan ofisien untuk operasi

1.1. Permasalahan yang disebabkan senyawa-senyawa kimia pada ketel dan proses penanggulangannya

Senyawa-senyawa kimiaPermasalahanPenanggulangannya

Kesadahan

(Ca, Mg)

- Terbentuknya kerak pada bagian dalam drum atau permukaan panas

- Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan- Pelunakan/softening

- Menggunakan ketel compound

- Pengontrolan kualitas air ketel

Silika (SiO2)

- Terbentuknya kerak pada bagian dalam drum atau permukaan panas

- Menyebabkan perluasan dan memecah/meletusnya pipa-pipa penguapan- Demineralisasi

- Menggunakan ketel compound

- Pengontrolan, kualitas air ketel

Alkalinitas- Akan terurai dengan adanya pemanasan pada ketel dan air ketel menjadi bersifat alkali (kelebihan alkali)

- Menyebabkan Carry over

- CO2 dihasilkan dari dekomposisi panas pH dari sistim kondensat menurun dan proses korosi akan meningkat- Menggunakan ketel compound

- Pengontrolan kualitas air ketel

- Menggunakan senyawa emina

- Pelunakan dengan dealkalinisasi

Senyawa-senyawa kimiaPermasalahanPenanggulangannya

Besi- Menurunnya efisiensi dari ion resin pengganti

- Korosi lanjut dalam ketel- Perlakuan oksidasi dan filtrasi

- Koagulasi dan sedimentasi

- Demineralisasi

- Menggunakan pencegah karat

Gas-gas terlarut

(O2, CO2)- Korosi dan sistim umpan ketel dan sistim kondensat

- Deaerasi

- Menggunakan oxygen scavenger

- Mengunakan senyawa amina

Total padatan

- Menyebabkan carry over

- kontaminasi dan ion resin pengganti

- Penyumbatan dari pipa-pipa, membentuk endapan di dalam ketel- Pengontrolan kualitas air ketel

- Filtrasi

- Demineraslisasi

- Koagulasi dan sedimentasi

Komponen minyak

- Menyebabkan terbentuknya busa pada air Ketel dan terjadi carry over

- Terbentuknya kerak pada permukaan panas- Filtrasi dengan menggunakan karbon aktif

- Flotasi

1.2. Permasalahan yang disebabkan oleh kualitas air dan penanggulangannya

Macam PemasalahanPermasalahan

Yang DitimbulkanPenyebab Dari Permasalahan

Pengerakan- Pengerakan yang disebab-kan kesadahan dan silika pada permukaan dalam dari drum atau permukaan panas

- Menyebabkan perluasan atau memecah / meletus-nya pipa-pipa penguapan- Pengontrolan yang buruk pada proses softener

- Pengontrolan yang buruk dari kualitas air ketel

- Metode yang salah pada sistim injeksi kimia

Korosi

- Korosi dari sistim umpan, saluran-saluran kondensat dan permukaan panas ketel karena adanya gas-gas terlarut

- Korosi oleh oksida-oksida metalik yang menempel dan pengendapan pada permukaan panas- Tidak sempurnanya pengaturan pH dan penghilangan oksigen

- Penggunaan kembali air kondensat yang banyak mengandung bahan-bahan pembentuk karat

- Korosi yang terjadi selama ketel tidak dioperasikan

Carry Over

- Menurunnya kualitas uap

- Menurunnya efisiensi ketel

- Perubahan beban yang mendadak

- Kontrol yang buruk cari kualitas air ketel

- kesalahan dari bagian pemisah uap (steam separator) atau pada pengontrolan air umpan

- Terkontaminasinya air ketel karena proses

II. KERAK DAN PENCEGAHANNYA

Konsentrasi ion atau padatan terlarut dalam air ketel menjadi sangat pekat karena adanya penguapan serta penurunan kelarutan karena meningkatnya temperatur.

II.1. Beberapa tipe kerak dalam ketel

Kalsium karbonat:CaCO3Magnesium hidroksida: Mg(OH)2Kalsium silikat :CaSiO3Magnesium silikat :MgSiO3Silika :(SiO2)n

Besi oksida : Fe2O3, Fe3O4, .. dll

Hidroksi apatit:[Ca3(PO4)2]3 Ca(OH)2 Table 3. Thermal conductivities of typical scales and metals

SubstanceThermal conductivity

(kcal/m.h.oC)

Silica scales0.2 - 0.4

Carbonate scales0.4 - 0.6

Sulfate scales0.6 - 2.0

Carbon steel40 60

Copper320 - 360

Fig. 2.5 Schematic state of heating surface

NERACA AIR (WATER BALANCE) DI SISTEM BOILER

F=C +M

F=E +B

N=CB /CF=F/B

B=E /(N - 1)

dimana :F=Air umpan (feed water), ton/jam

C=Kondensat , ton/jam.

E=Laju penguapan/evaporasi steam , ton/jam.

B=Blowdown, ton/jam.

N=Siklus pemekatan (konsentrasi).

CB=Konsentrasi padatan terlarut di Blowdown (= boiler)

CF=Konsentrasi padatan terlarut di air umpan.

Fig. 3 Relationship between scale thickness and increase of fuel consumption

2.2. Metode pengendalian kerak

a. Perawatan Luar

Menghilangkan ion pembentuk kerak pada air umpan, seperti pelunakan maupun pemurnian (demineralized).

b. Perawatan Dalam

Menjaga terbentuknya kerak sebagai akibat masuknya ion pembentuk kerak ke dalam ketel menggunakan bahan kimia.

2.2.1. Perawatan Luar

a. Pelunakan

Penyerapan hardness

R-(SO3Na)2+Ca+2R-(SO3)Ca+2 Na+

R-(SO3Na)2+Mg+2R-(SO3)Mg+2 Na+Regenerasi

R-(SO3)2Ca+2NaClR-(SO3Na)2+CaCl2R-(SO3)2Mg+2NaClR-(SO3Na)2+MgCl2Penting

(1) Regenerasi dilakukan sebelum softener jenuh

(2) Selalu cek konsentrasi hardness dalain air lunak

(3) Cek kapasitas resin setiap 1-2 tahun

(4) Resin dicuci. Jika terkontaminasi oleh kotoran besi.

Figur 5. Relationship between hardness and amount of treated water in water softening

b. Demineralisasi

2.2.2. Perawatan dalam (kimiawi)

Tujuan :

Mencegah terbentuknya kerak menggunakan bahan kimia sebagai akibat dari lolosnya hardness dan softener maupun unit demin, juga karena silika tidak dapat diserap oleh softener.

ii. Bahan kimia :

a. Boiler compound : - fosfat : - fosfat

(Alcon) - alkali

- non fosfat (polymer)

Fungsi fosfat dan alkali adalah :

Bereaksi dengan hardness membentuk endapan lunak hydroxyapatit dan magnesium hydroxide dalam ketel. Endapan ini akan dibuang keluar dan. ketel melalui blowdown.10Ca+2 + 6PO4-3 + 2OH- ----> (Ca3(PO4)2)3Ca(OH)2 +

Hydroxyapatit

10Na2CO3 + 10CO2 + 10H20

Mg+2 = 2OH- ----> Mg(OH)2Alkali

Menjaga silika agar berbentuk sebagai sodium silika dalam air ketel sehingga selalu larut dalam air ketel dalam pH tertentu.

H2SiO3 + 2NaOH ----> Na2SiO3 + 2H2O

Jadi untuk mencegah timbulnya kerak karena hardness dan silika, perlu dijaga :

- pH

- P-alkalinity

- Fosfat ion

??? P.alk. (ppm sbg CaCO3) 1,7 : silika tidak mengendap silika (ppm sbg SiO2)

1 ppm CaCO3 0,57 ppm PO4-3Konsentrasi fosfat ion dijaga : 20 40 ppm

b. Pendispersi endapan

1 ketel + boiler compound

- tersuspensi ---> blowdown

- tersuspensi --->

- blowdown kurang ---> aliran panas meningkat ---> pengendapan/lumpur + pendispersi lumpur ---> blowdown

Kalsium

Magnesium

Dispersan

Silika

Kerak / ------------> terdispersi

Besi

Lumpur

(tidak mengendap)Fosfat

Mekanisme kerja dispersanTanpa DispersanDengan Dispersan

Pipa Boiler

Pipa BoilerKeuntungan :

- Permukaan pipa bersih dari kerak & lumpur

- Menghemat blowdown

Karena N >

- Menghemat EnergiII. KOROSI

1. Korosi karena oksigen terlarut

Terjadi pada pipa umpan dan pipa ketel

Figur 9. Corrosion reactions on carbon steel in neutral Water

Fe --------> Fe2+ 2e (anoda)

1/2O2 + 2e + H2O --------> 2OH- (katoda)

Fe+2 + 2OH- --------> Fe(OH)22Fe(OH)2 + 1/2O2 + H2O --------> 2Fe(OH)32. Korosi karena karbondioksida

Terjadi pada pipa kondensat

Ion bikarbonat dalam air umpan akan terurai karena panas menjadi karbondioksida dalam ketel.

panas

2HCO3- --------> H2O + CO32- + CO2 panas

CO32- + H2O --------> 2OH- + CO2CO2 akan terbawa oleh steam dan akan larut kembali pada saat steam terkondensasi, sehingga pH air kondensat turun dan pipa kondensat akan terkorosi.

CO2 + H2O --------> H2CO3H2CO3 --------> H+ + HCO3-Fe --------> Fe2+ + 2e (anoda)

2H+ + 2e --------> H2 (katoda)

Fe + 2H+ + 2HCO3- --------> Fe(HCO3)2 + H2

Figur 14. Relation between pH and carbon dioxide concentration

3. Korosi karena alkali

Pada bagian ketel yang sangat panas, komponen padatan terlarut yang mudah rnengendap akan mengendap dan yang sulit mengendap seperti NaOH akan terkonsentrasi.

Jika konsentrasi NaOH melebihi 20%, akan terjadi korosi pada besi :Fe + 2NaOH --------> Na2FeO2 + H23Na2FeO2 + 4H2O --------> 6NaOH + Fe3O4 + H2Korosi alkali biasa terjadi pada ketel dengan temperatur di atas 350oC.

IV. PENCEGAHAN KOROSI

1. Menghilangkan oksigen terlarut dalam air

a. Deaerator

b. Bahan kimia pengikat oksigen

* Hydrazine

N2H4 + O2 --------> N2 + H2O

N2H4 + 6Fe2O3 --------> 4Fe3O4 + N2 + 2H2O

(Magnetik Protective film)

1 ppm N2H4

1 ppm O2Hydrazine :

- tidak menaikkan TDS (Total Dissolved Solid)

- baik untuk ketel tekanan tinggi maupun ketel once through.

- pada temperatur di atas 220oC, terurai menjadi amonia

3H2N4 --------> 4NH3 + N2* Sodium sulfit

2Na2SO3 + O2 --------> 2Na2SO47,9 ppm Na2SO31 ppm O2 -----> 8,9 ppm sodium sulfat

Figur 21. Influences of oxigen and sulfate on carbon sleel corrosion

- tidak menghasilkan zat korosif

- tidak beracun

- baik untuk ketel pada pabrik makanan dan obat

2. Menghilangkan karbondioksida

a. Decarbonator

Ion bikarbonat dapat dihilangkan dengan decarbonator pada demin unit. Jika menggunakan softener, maka resin harus dalam bentuk H+.

b. Neutralizing agents

Bahan kimia : volatile amines

Fungsi: menaikkan pH air kondensatV. CARRY OVERPadatan terlarut dalam air ketel ikut terbawa oleh aliran uap. Hal ini akan menurunkan kemurnian uap air, sehingga akan menyebabkan kerak pada turbin atau mengotori produk.

1. Sebab-sebab carry over

a. Struktur separator yang kurang baik.

b. Perubahan beban penguapan yang mendadak

c. Level air dalam ketel terlalu tinggi.

d. Air ketel terlalu pekat, sehingga terjadi foaming.

2. Pencegahan carry over

a. Perbaiki struktur separator.

b. Hindari perubahan beban penguapan yang mendadak.

c. Jaga level air.

d. Menghilangkan minyak dan lemak dalam air umpan.

e. Jaga kualitas air ketel denqan mengatur blowdown

Sumber Air

Pengolahan Secara Fisika

Pengolahan Secara Kimia

Pengolahan Khusus

Pengolahan Secara Fisika

Air Proses

Air Ketel

Air Pendingin

Air Sanitasi

Panyaringan Kasar

Plain Sedimentasi.

Koagulasi

Floculasi

Sedimentasi

Aerasi

Gravity Filter

Pressure Filter

Adsorbsi

Pelunakan dengan Kapur

Pelunakan Dengan Penukar ion

Demineralisasi

Desinfiction

PROSES

KONDENSAT, C

AIR UMPAN, F

BOILER

BLOWDOWN, B

TANGKI AIR

MAKE-UP, M

Regeneran NaCl

Softener

(R.SO3Na)

Blow

Down

Blow

Down

pH

Carbon Dioxide (mg CO2 / lt )