Dasar Teori Tambahan

Pengolahan Air Umpan Boiler Secara Eksternal

Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi,

padatan terlarut (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab

utama pembentukan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah:

a. Pertukaran ion

b. De-aerasi (mekanis dan kimia)

c. Osmosis balik

Sebelum digunakan cara di atas, perlu membuang padatan dan warna dari

bahan baku air, sebab bahan tersebut dapat mengotori resin yang digunakan pada

bagian pengolahan berikutnya.

Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tanki

pengendapan atau pengendapan dalam clarifier dengan bantuan koagulan dan

flokulan. Penyaring pasir bertekanan, dengan aerasi untuk menghilangkan karbon

dioksida dan besi, dapat digunakan untuk menghilangkan garam-garam logam

dari air sungai.

Tahap pertama pengolahan adalah menghilangkan garam sadah dan garam

non-sadah. Penghilangan yang hanya garam sadah disebut pelunakan, sedangkan

penghilangan total garam dari larutan disebut penghilangan mineral atau

demineralisasi. Proses pengolahan eksternal dijelaskan dibawah ini.

a. Proses Pertukaran Ion (Plant Pelunakan)

Untuk keperluan proses, tidak cukup hanya air bersih, oleh karenanya air

tersebut masih perlu diperlakukan lebih lanjut yaitu menghilangkan kandungan

mineral yang berupa garam-garam terlarut. Garam terlarut di dalam air berikatan

dalam bentuk ion positif (kation) dan negatif (anion). Ion-ion tersebut dihilangkan

dengan cara pertukaran ion di alat Penukar Ion (Ion Exchanger).

yang di dalamnya diisi activated carbon untuk pengikatan zat organik dan

penghilangan bau/ warna. Dari CF, air mengalir ke Cation Exchanger yang diisi

resin cation yang akan mengikat kation dan melepaskan ion H+. Selanjutnya air

mengalir ke Anion Exchanger dimana anion dalam air bertukar dgn ion OH- dari

resin anion.

Air keluar dari Anion Exchanger hampir seluruh garam terlarutnya telah

diikat. Selanjutnya diproses akhir (finishing) di Mixed Bed Exchanger yang diisi

dengan campuran resin cation dan anion dalam satu bejana (vessel) untuk

mengikat kation maupun anion yang masih tersisa. Air Demin yang dihasilkan

kemudian disimpan di tangki penyimpanan (Demin Water Storage).

Setiap periode tertentu, resin yang dioperasikan untuk pelayanan akan

mengalami kejenuhan dan tidak mampu mengikat kation/anion secara optimal.

Untuk itu perlu dilakukan penyegaran/ pengaktifan kembali dengan cara

regenerasi.

Regenerasi resin dilakukan dengan proses kebalikan dari operasi service.

Resin kation diregenerasi menggunakan larutan H2SO4, sedangkan resin anion

menggunakan larutan NaOH.

Macam-Macam Ion Exchanger

Alat penukar ion ada 2 macam :

1. Alat penukar ion dengan kolom ganda

2. Alat penukar ion dengan kolom tunggal (unggun campuran)

1. Alat penukar ion dengan kolom ganda

Alat ini memiliki dua vesel atau kolom yang terdiri dari kolom resin ion

dan kolom resin anion berikut ini adalah gambar kolom ganda

Penukar Ion Kolom Ganda

Cara kerja kolom ganda

1. Pada proses kolom ganda, air mentah mula-mula masuk kedalam penukar

kation. Disini semua kation yang terkandung dalam air (terutama ion kalsium,

magnesium, dan natrium) ditukar dengan ion hidrogen.

2. Dalam kolom berikutnya yang berisi penukar anion, maka anion (terutama ion

khlorida, sulfat dan bikarbonat) ditukar dengan ion hidroksil. Ion hidrogen yang

berasal dari penukar kation dan ion hidroksil dari penukar anion akan membentuk

ikatan dan menghasilkan air.

3. Setelah air terbentuk maka resin penukar ion harus diregenerasi. Pelaksanaan

regenerasi pada proses kolom ganda sangat sederhana. Kedalam kolom penukar

kation dialirkan asam khlorida encer dan kedalam kolom penukar anion dialirkan

larutan natrium hidroksida encer. Regeneran yang berlebihan selanjutnya dibilas

dengan air.

2. Alat penukar ion dengan kolom tunggal (unggun campuran)

Berbeda dengan kolom ganda, kolom unggun campur ini hanya memiliki

satu kolom dimana satu kolom tersebut mencangkup tempat pertukaran resin

anion dan resin kation. Berikut gambarnya:

Penukar Ion Kolom Tunggal

Cara kerja kolom tunggal

Pada proses kolom tunggal, resin penukar kation dan penukar anion dicampur

menjadi satu dalam sebuah kolom tunggal. Dengan proses ini dapat dicapai

tingkat kemurnian air yang jauh lebih tinggi daripada dengan proses kolom ganda.

Sebaliknya, pada proses kolom tunggal regenerasi resin penukar lebih kompleks.

De-aerasi

De-aerasi adalah perlakuan terhadap air untuk menghilangkan gas-gas

yang larut dalam air. Adapun gas-gas yang larut dalam air adalah : 

Oksigen ( O2 )

Karbondioksida ( CO2 )

Hidrogen ( H2S ) 

Pengaruh gas CO2 dalam air dapat menyebabkan air bersifat asam. Bila

gas ini terkandung dalam air, maka air menjadi korosif terhadap pipa yang akan

membentuk besi karbonat yang larut. Didalam air yang terkandung 2-50 ppm

CO2, air bersifat korosif. Gas yang mempercepat korosi adalah oksigen, korosif

yang terjadi mengakibatkan lubang-lubang. Untuk menghilangkan gas-gas terlarut

seperti oksigen, dapat didilakukan dengan cara mekanis atau kimiawi.

Metode deaerasi ini dapat dibagi menjadi dua bagian, yaitu :  

1. Metode deaerasi dengan sisitem pemanasan

Proses deaerasi pemanasan adalah proses pemisahan yang

dilakukan dengan menggunakan peralatan mekanik yang telah dirancang

sedemikian rupa yang digunakan untuk proses kerja sesuai dengan yang

diinginkan. Prinsip dasar dari deaerasi dengan sisitem pemanasan adalah

apabila temperature dinaikkan pada air maka kelarutan dari gas-gas akan

berkurang atau turun. Jadi syarat-syarat terjadinya deaerasi secara

maksimal itu sangat tergantung pada temperature. Jika temperature tidak

sesuai dengan yang seharusnya, maka deaerasi tersebut tidak berjalan

baik. 

2. Metode deaerasi dengan system penambahan zat kimia ( perlakuan kimia )

Deaerasi dengan system penambahan zat kimia adalah dengan cara

memasukkan larutan kimia kedalam air.

Pengenalan Deaerator

Deaerator adalah alat yang bekerja untuk membuang gas-gas yang

terkandung dalam air ketel, sesudah melalui proses pemurnian air ( water

treatment ). Selain itu deaerator juga berfungsi sebagai pemanas awal air

pengisian ketel sebelum dimasukkan kedalam boiler. Deaerator bekerja

berdasarkan sifat dari oksigen yang kelarutannya pada air akan berkurang dengan

adanya kenaikan suhu. Pengenalan deaerator dapat dilihat pada gambar berikut.

Deaerator

 Alat deaerator ini terdiri dari dua drum dimana drum yang lebih kecil

merupakan tempat pemanasan pendahuluan dan pembuangan gas-gas dari bahan

air ketel, sedangkan drum yang lebih besar adalah merupakan tempat

penampungan bahan air ketel yang jatuh dari drum yang lebih kecil di atasnya.

Pada drum yang lebih kecil terdapat spray nozzle yang berfungsi untuk

menyemprot bahan air ketel menjadi butiran-butiran air halus agar proses

pemanasan dan pembuangan gas-gas dari bahan air ketel lebih sempurna. Juga

pada drum yang lebih kecil disediakan satu saluran vent agar gas-gas dapat

terbuang ( bersama steam ) ke atmosfer.

Osmosis Balik

Osmosis balik menggunakan kenyataan bahwa jika larutan dengan

konsentrasi yang berbeda-beda dipisahkan dengan sebuah membran semi-

permeable, air dari larutan yang berkonsentrasi lebih kecil akan melewati

membran untuk mengencerkan cairan yang berkonsentrasi tinggi. Jika cairan yang

berkonsentrasi tinggi tersebut diberi tekanan, prosesnya akan dibalik dan air dari

larutan yang berkonsentrasi tinggi mengalir kelarutan yang lebih lemah. Hal ini

dikenal dengan osmosis balik.

Pendahuluan Osmosis Terbalik

Membran semi-permeable di awal-awal percobaan osmosis berasal dari

kantung kemih babi. Sebelum tahun 1960, membran-membran jenis ini dinilai

sangat tidak efisien, mahal, dan tidak handal untuk penggunaan aplikasi osmosis

diluar laboratorium. Bahan-bahan sintetik modern, mampu memecahkan masalah

ini, membuat membran menjadi lebih efektif dalam menghilangkan kontaminan,

dan membuatnya lebih kuat untuk menahan tekanan air yang lebih besar sebagai

efisiensi pengoperasian. (Water riview Technical Brief, 1995)

Pemisahan yang dilakukan dengan menggunakan metoda osmosis terbalik

ini didasari pada prinsip osmosis. Osmosis merupakan peristiwa yang terjadi

secara alamiah pada dua buah larutan yang berbeda konsentrasinya dan

terpisahkan oleh membran semipermeabel sehingga menyebabkan perpindahan

pelarut hingga akhirnya dicapai kesetimbangan antar keduanya. Membran

semipermeabel tersebut merupakan membran berpori yang dapat dilewati oleh

pelarut (air) namun tidak dapat dilewati zat terlarut. Membran dengan ukuran

lubang pori-pori yang dimilikinya sangat kecil mencapai 0,0001-0,0006 mikron (1

mikron = 1/1000 mm). Pelarut (air) akan bergerak dari larutan yang

berkonsentrasi rendah menuju larutan yang berkonsentrasi tinggi melalui

membran hingga konsentrasi di kedua sisi sama. 

Untuk dapat memisahkan antara larutan dan pelarut (air) dengan membran

semipermeabel, diperlukan tekanan yang cukup besar agar pelarut dapat bergerak

untuk mecapai kesetimbangan atau kesamaan konsentrasi di kedua sisi. Tekanan

inilah yang disebut tekanan osmosis. (gambar (a))

Dalam proses pemisahan yang digunakan pada metoda osmosis terbalik,

tekanan sebagai energi pendorong dari luar diberikan kepada sisi yang memiiki

konsentrasi lebih tinggi (kadar zat terlarutnya tinggi) sehingga mampu mendorong

pelarut (air) untuk melewati membran tersebut. Gaya yang diberikan tersebut

menyebabkan pelarut (dalam hal ini air murni) akan berpindah dari larutan yang

berkonsentrasi tinggi ke larutan yang berkonsentrasi rendah.  Pelarut air yang

telah murni tersebut dipindahkan ke dalam penampungan, sedangkan zat terlarut

sebagai zat kontaminan yang tidak mampu melewati membran semipermeabel

akan dibuang sebagai residu. (gambar (b))