PENGERTIAN, SUMBER AIR DAN SIFAT-SIFAT AIR PADA BOILER

I. SUMBER AIR DAN SIFAT SIFAT AIR

1.1. Air 

Air merupakan sumber alam yang sangat penting di dunia, karena tanpa air kehidupan tidak dapat berlangsung. Air juga banyak mendapat pencemaran. Berbagai jenis pencemar air berasal dari : 

• Sumber domestik (rumah tangga), perkampungan, kota, pasar, jalan.
• Sumber non-domestik (pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan.

Semua bahan pencemar diatas secara langsung ataupun tidak langsung akan mempengaruhi kualitas air. Berbagai usaha telah banyak dilakukan agar kehadiran pencemaran terhadap air dapat dihindari atau setidaknya diminimalkan. 

Masalah pencemaran serta efisiensi penggunaan sumber air merupakan masalah pokok. Hal ini mengingat keadaan perairan-alami di banyak negara yang cenderung menurun, baik kualitas maupun kuantitasnya. 

1.2. Karakteristik Air

2.2.1. Karakteristik Fisik Air

A. Kekeruhan

Kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan anorganik dan organik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan oleh buangan industri.

B. Temperatur

Kenaikan temperatur air menyebabkan penurunan kadar oksigen terlarut. Kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap akibat degradasi anaerobic ynag mungkin saja terjadi

C. Warna

Warna air dapat ditimbulkan oleh kehadiran organisme, bahan-bahan tersuspensi yang berwarna dan oleh ekstrak senyawa-senyawa organik serta tumbuh-tumbuhan.

D. Solid (Zat padat)

Kandungan zat padat menimbulkan bau busuk, juga dapat meyebabkan turunnya kadar oksigen terlarut. Zat padat dapat menghalangi penetrasi sinar matahari kedalam air. 

E. Bau dan rasa 

Bau dan rasa dapat dihasilkan oleh adanya organisme dalam air seperti alga serta oleh adanya gas seperti H2S yang terbentuk dalam kondisi anaerobik, dan oleh adanya senyawa-senyawa organik tertentu 

1.3. Karakteristik Kimia Air A. pH 

Pembatasan pH dilakukan karena akan mempengaruhi rasa, korosifitas air dan efisiensi klorinasi. Beberapa senyawa asam dan basa lebih toksid dalam bentukmolekuler, dimana disosiasi senyawa-senyawa tersebut dipengaruhi oleh pH.

B. DO (dissolved oxygent) 

DO adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari fotosintesa dan absorbsi atmosfer/udara. Semakin banyak jumlah DO maka kualitas air semakin baik. 

C. BOD (biological oxygent demand) 

BOD adalah banyaknya oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorgasnisme untuk menguraikan bahan-bahan organik (zat pencerna) yang terdapat di dalam air buangan secara biologi. BOD dan COD digunakan untuk memonitoring 

D. COD (chemical oxygent demand) 

COD adalah banyaknya oksigen yang di butuhkan untuk mengoksidasi bahan-bahan organik secara kimia. 

E. Kesadahan 

Kesadahan air yang tinggi akan mempengaruhi efektifitas pemakaian sabun, namun sebaliknya dapat memberikan rasa yang segar. Di dalam pemakaian untuk industri (air ketel, air pendingin, atau pemanas) adanya kesadahan dalam air tidaklah dikehendaki. Kesadahan yang tinggi bisa disebabkan oleh adanya kadar residu terlarut yang tinggi dalam air. 

F. Senyawa-senyawa kimia yang beracun 

Kehadiran unsur arsen (As) pada dosis yang rendah sudah merupakan racun terhadap manusia sehingga perlu pembatasan yang agak ketat (± 0,05 mg/l). Kehadiran besi (Fe) dalam air bersih akan menyebabkan timbulnya rasa dan bau ligam, menimbulkan warna koloid merah (karat) akibat oksidasi oleh oksigen terlarut yang dapat menjadi racun bagi manusia.

II.TAHAPAN TAHAPAN PROSES WATER TREATMENT SYSTEM

1. SCRENING

Screening merupakan unit operasi yang diaplikasikan pada awal pengolahan air . Tujuan dari screening ini adalah untuk pemisahan material berukuran besar seperti kertas, plastik, kayu, daun dan sebagainya.

Berdasarkan teknik pengoperasian, screening diklasifikasi menjadi dua (2) klasifikasi yaitu :

• Screening yang dioperasikan secara maual, screen yang dibersihkan secara manual (mempergunakan tangan).
• Screening yang dioperasikan secara automatis : screen dengan pemisahan padatan berlangsung secara kontinyu, pemisahan padatan dapat dilakukan secara mekanik atau dengan aliran air itu sendiri. 

Berbagai jenis screen yang bisa diaplikasikan pada pengolahan air seperti gambar berikut

2. EQUALISASI PADA PENGOLAHAN AIR

Equalisasi bukan merupakan suatu proses pengoiahan tetapi merupakan suatu cara / teknik untuk meningkatkan efektivitas dari proses pengolahan selanjutnya. Keluaran dari bak equalisasi adalah adalah parameter operasional bagi unit pengolahan sellanjutnya seperti flow, level/derajat kandungan polutant, temperatur, padatan, dsb.

1. Membagi dan meratakan volume pasokan (influent) untuk masuk pada proses treatment.
2. Meratakan variabel & fluktuasi dari beban organik untuk menghindari shock loading pada sistem pengolahan biologi
3. Meratakan pH untuk meminimalkan kebutuhan chemical pada proses netralisasi.
4. Meratakan kandungan padatan (SS, koloidal, dls b) untuk meminimalkan kebutuhan chemical pada proses koagulasi dan flokulasi.Sehingga dilihat dari fungsinya tersebut, unit bak equalisasi sebaiknya dilengkapi dengan mixer, atau secara sederhana konstruksi/peletakan dari pipa inlet dan outlet diatur sedemikian rupa sehingga menimbulkan efek turbulensi!mixing.Idealnya pengeluaran (discharge) dari equalisasi dijaga konstan selama periode 24 jam, biasanya dengan cara pemompaan maupun cara cara lain yang memungkinkan.

Untuk menentukan kebutuhan volume bagi bak equalisasi, perlu diketahui dahulu flow patern dari discharge limbah yang ada, seperti kita ketahui sangatlah jarang dan langka discharge limbah yang konstan dari waktu ke waktu, karena jika discharge dan bebannya sudah konstar maka tidaklah perlu dibuat bak equalisasi. Untuk mendapatkan data flow patern perlu dilakukan pengukuran debit air secara periodik (misalnya setiap 30 menit atau setiap jam) dalam kurun waktu tertentu, tergantung pada proses yang ada ( 24 jam, 1 minggu, 1 bulan. dlsb.) artinya adalah : ada siklus proses yang selesai dalam 1 hari dan diulang ulang lagi proses tersebut pada hari berikutnya, untuk kasus tersebut pengukuran debit air cukup dilakukan selama 24 jam, tetapi ada kasus lain dimana siklus prosesing memakan waktu sampai beberapa hari, artinya proses hari ini berbeda dengan proses esok harinya dan berbeda juga pada hari lusanya dan, seterusnya, sehingga pada kasus ini perlu diamati terus minimal selama 1 siklus.

III. KOAGULASI & FLOKULASI

II.A. KOAGULASI

Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid, suspended solid halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat untuk mendispersikan bahan kimia secara merata. Dalam suatu suspensi, koloid tidak mengendap (bersifat stabil) dan terpelihara dalam keadaan terdispersi, karena mempunyai gaya elektrostatis yang diperolehnya dari ionisasi bagian permukaan serta adsorpsi ion-ion dari larutan sekitar. Pada dasarnya koloid terbagi dua, yakni koloid hidrofilik yang bersifat mudah larut dalam air (soluble) dan koloid hidrofobik yang bersifat sukar larut dalam air (insoluble). Bila koagulan ditambahkan ke dalam air, reaksi yang terjadi antara lain adalah:

Pengurangan zeta potensial (potensial elektrostatis) hingga suatu titik di mana gaya van der walls dan agitasi yang diberikan menyebabkan partikel yang tidak stabil bergabung serta membentuk flok;

• Agregasi partikel melalui rangkaian inter partikulat antara grup-grup reaktif pada koloid;
• Penangkapan partikel koloid negatif oleh flok-flok hidroksida yang mengendap.

Untuk suspensi encer laju koagulasi rendah karena konsentrasi koloid yang rendah sehingga kontak antar partikel tidak memadai, bila digunakan dosis koagulan yang terlalu besar akan mengakibatkan restabilisasi koloid. Untuk mengatasi hal ini, agar konsentrasi koloid berada pada titik dimana flok-flok dapat terbentuk dengan baik, maka dilakukan proses recycle sejumlah settled sludge sebelum atau sesudah rapid mixing dilakukan. Tindakan ini sudah umum dilakukan pada banyak instalasi untuk meningkatkan efektifitas pengolahan. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses koagulasi antara lain:

• Kualitas air meliputi gas-gas terlarut, warna, kekeruhan, rasa, bau, dan kesadahan.
• Jumlah dan karakteristik koloid.
• Derajat keasaman air (pH).
• Pengadukan cepat, dan kecepatan paddle.
• Temperatur air.
• Alkalinitas air, bila terlalu rendah ditambah dengan pembubuhan kapur;
• Karakteristik ion-ion dalam air.

Koagulan yang paling banyak digunakan dalam praktek di lapangan adalah alumunium sulfat [Al2(SO4)3], karena mudah diperoleh dan harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis koagulan lain. Sedangkan kapur untuk pengontrol pH air yang paling lazim dipakai adalah kapur tohor (CaCO3). 

Untuk mencapai derajat pengadukan yang memadai, berbagai cara pengadukan dapat dilakukan, diantaranya:

1. Pengadukan Mekanis

Dapat dilakukan menggunakan turbine impeller, propeller, atau paddle impeller.

2. Pengadukan Pneumatis

Sistem ini menggunakan penginjeksian udara dengan kompresor pada bagian bawah bak koagulasi. Gradien kecepatan diperoleh dengan pengaturan flow rate udara yang diinjeksikan.

3. Pengadukan hidrolis

Pengadukan cepat menggunakan sistem hidrolis dilakukan dengan berbagai cara, diantaranya melalui terjunan air, aliran air dalam pipa, dan aliran dalam saluran. Nilai gradien kecepatan dihitung berdasarkan persamaan sebelumnya. Sementara besar headloss masing-masing tipe pengadukan hidrolis berbeda-beda tergantung pada sistem hidrolis yang dipakai. Untuk pengadukan secara hidrolis, besar nilai headloss yang digunakan sangat mempengaruhi efektifitas pengadukan. Nilai headloss ditentukan menurut tipe pengadukan yang digunakan, yaitu terjunan air, aliran dalam pipa, atau aliran dalam saluran (baffle).

a. Terjunan hidrolis

Metode pengadukan terjunan air merupakan metode pengadukan hidrolis yang simple dalam operasional. Besar headloss selama pengadukan dipengaruhi oleh tinggi jarak terjunan yang dirancang. Metode ini tidak membutuhkan peralatan yang bergerak dan semua peralatan yang digunakan berupa peralatan diam/statis.

b. Aliran dalam pipa

Salah satu metoda pengadukan cepat yang paling ekonomis dan simple adalah pengadukan melalui aliran dalam pipa. Metoda ini sangat banyak digunakan pada instalasi-instalasi berukuran kecil dengan tujuan menghemat biaya operasional dan pemeliharaan alat. Efektivitas pengadukan dipengaruhi oleh debit, jenis dan diameter pipa, dan panjang pipa pengaduk yang digunakan.

c. Aliran dalam saluran (baffle)

Bentuk aliran dalam saluran baffle ada dua macam, yang paling umum digunakan yaitu pola aliran mendatar (round end baffle channel) dan pola aliran vertikal (over and under baffle).

Operasional dan Pemeliharaan.

Pemeriksaan kualitas air baku di laboratorium instalasi sangat diperlukan untuk menentukan dosis koagulan yang tepat, pemeriksaan yang perlu dilakukan diantaranya mengukur kekeruhan air (turbidity) dan derajat keasaman (pH) air baku. Dosis koagulan ditentukan berdasarkan percobaan jar-test, sedangkan pH air baku ditentukan dengan komparator pH;

• Pengontrolan debit koagulan yang masuk ke splitter box dilakukan setiap jam oleh operator instalasi
• Pemeriksaan clogging pada saluran/pipa feeding dan pompa pembubuh larutan koagulan dilakukan setiap harinya oleh operator instalasi, dan pemeriksaan clogging pada orifice diffuser;

II.B. FLOKULASI

Proses flokulasi dalam pengolahan air bertujuan untuk mempercepat proses penggabungan flok-flok yang telah dibibitkan pada proses koagulasi. Partikel-partikel yang telah distabilkan selanjutnya saling bertumbukan serta melakukan proses tarik-menarik dan membentuk flok yang ukurannya makin lama makin besar serta mudah mengendap. Gradien kecepatan merupakan faktor penting dalam desain bak flokulasi. Jika nilai gradien terlalu besar maka gaya geser yang timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika nilai gradien terlalu rendah/tidak memadai maka proses penggabungan antar partikulat tidak akan terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit dihasilkan. Untuk itu nilai gradien kecepatan proses flokulasi dianjurkan berkisar antara 90/detik hingga 30/detik. Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen, dimana pada kompertemen pertama terjadi proses pendewasaan flok, pada kompartemen kedua terjadi proses penggabungan flok, dan pada kompartemen ketiga terjadi pemadatan flok.

Pengadukan lambat (agitasi) pada proses flokulasi dapat dilakukan dengan metoda yang sama dengan pengadukan cepat pada proses koagulasi, perbedaannya terletak pada nilai gradien kecepatan di mana pada proses flokulasi nilai gradien jauh lebih kecil dibanding gradien kecepatan koagulasi.

Operasional dan Pemeliharaan.

1. Penyisihan schum yang mengapung pada bak flokulasi dilakukan setiap hari secara manual menggunakan alat sederhana (jala), biasanya dilakukan pada pagi hari;
2. Pengontrolan ukuran flok yang terbentuk melalui pengamatan visual;
3. Pemeriksaan kemungkinan tumbuhnya algae pada dinding tangki dan baffle;
4. Pengontrolan kecepatan mixer jika pengadukan dilakukan menggunakan mechanical mixer. Pengoperasian mixer membutuhkan perawatan yang lebih besar dari penggunaan flokulator baffle.

CLARIFIER (clearator)

Klarifier berfungsi sebagai tempat pembentukan flok dengan penambahan larutan Alum (Al2(SO4)3 sebagai bahan. Pada klarifier terdapat mesin agitator yang berfungsi sebagai alat untuk mempercepat pembentukan flok. Pada klarifier terjadi pemisahan antara air bersih dan air kotor. Air bersih ini kemudian disalurkan dengan menggunakan pipa yang besar untuk kemudian dipompakan ke filter. 

Klarifier terbuat dari beton yang berbentuk bulat yang dilengkapi dengan penyaring dan sekat. Dari inlet pipa klarifier, air masuk ke dalam primary reaction zone. Di dalam prymari reaction zone dan secondary reaction zone,air dan bahan kimia (Koagulan yaitu tawas) diaduk dengan alat agitataor blade agar tercampur homogen. Maka koloid akan membentuk butiran-butiran flokulasi.

Air yang telah bercampur dengan koagulan membentuk ikatan flokulasi, masuk melalui return floc zone dialirkan ke clarification zone. Sedimen yang mengendap dalam concentrator dibuang. Hal ini berlangsung secara otomatis yang akan terbuka setiap satu jam sekali dalam waktu 1 menit. Air yang masuk ke dalam clarification zone sudah tidak dipengaruhi oleh gaya putaran oleh agitator, sehingga lumpurnya mengendap. Air yang berada dalam clarification zone adalah air yang sudah jernih.

V. MULTI MEDIA FILTER

V.A. PROSES SAND FILTER

Proses ini bertujuan untuk mengurangi polutan-polutan yang ukurannya lebih besar dari 20 mikron, serta menahan/ memfilter kadar-kadar logam-logam berat yang telah teroksidasi dalam proses sebelumnya.

MEDIA /BAHAN YANG DIGUNAKAN DALAM FILTER:

SILICA SAND ATAU QUARSA + MESH 8 X 16 (2mm – 3mm),KADAR SILICA SiO2 = 80 %

V.B. CARBON FILTER

Carbon Filter adalah bagian dari proses pengolahan air setelah melalui sand filter , fungsinya filter ini adalah untuk menghilangkan bau ( odor) , zat organic, sisa chlor dan warna yang terkandung pada air baku .

Media yang digunakan adalah carbon active

SPESIFIKASI + MESH 12 X 24 (1mm – 2mm),KADAR CARBON (I2 = 1000 meq/gr)

V.C. GREEN SAND FILTER

PROSES GREENSAND FILTER (sand actived)

Proses ini mempunyai fungsi menghilangkan kadar logam berat serta zat kimia lainnya yang tidak sempat teroksidasi pada awal proses. Proses filtrasi ini menggunakan media greensand yang mempunyai fungsi mengikat serta merubah ion logam berat yang lolos menjadi ion logam teroksidasi serta unsur kimia terlarut antara lain :

1. MENYERAP KADAR Fe2+,Mn2+,NO3,N02,Cr,Pb
2. MENYERAP LOGAM-LOGAM BERAT LAINNYA
3. MENYERAP H2S (SULFIDA),NH4 (AMONIAK)
4. MENYERAP APABILA AIR MENGANDUNG RADIOAKTIF

VI. DEMINERALIZED PLANT

Pertukaran ion adalah sebuah proses fisika-kimia. Pada proses tersebut senyawayang tidak larut, dalam hal ini resin, menerima ion positif atau negatif tertentu darilarutan dan melepaskan ion lain ke dalam larutan tersebut dalam jumlah ekivalen yangsama. Jika ion yang dipertukarkan berupa kation, maka resin tersebut dinamakan resin penukar kation, dan jika ion yang dipertukarkan berupa anion, maka resin tersebutdinamakan resin penukar anion.Contoh reaksi pertukaran kation dan reaksi pertukaran anion disajikan padareaksi (4.15) dan (4.16) di bawah ini :

• Reaksi pertukaran kation :2NaR (s) + CaCl2(aq)CaR(s) + 2 NaCl(aq) 
• Reaksi pertukaran anion :2RCl (s) + Na2SO4R 2SO4(s) + 2 NaCl 

Reaksi (4.15) menyatakan bahwa larutan yang mengandung CaCl2 diolah dengan resin penukar kation NaR, dengan R menyatakan resin. Resin mempertukarkan ion Na+ larutan dan melepaskan ion Na+ yang dimilikinya ke dalam larutan. Secara ilustratif halini diberikan pada Gambar 4.11. Proses penukaran kation yang diikuti dengan penukarananion untuk mendapatkan air demin (demineralized water ).

Tahap terjadinya reaksi pertukaran ion disebut tahap layanan (service).Jika resin tersebut telah mempertukarkan semua ion Na+ yang dimilikinya, makareaksi pertukaran ion akan terhenti. Pada saat itu resin dikatakan telah mencapai titik habis (exhausted ), sehingga harus diregenerasi

Demineralisasi merupakan penghilangan lengkap seluruh garam. Hal ini dicapai dengan menggunakan resin “kation”, yang menukar kation dalam air baku dengan ion hydrogen menghasilkan asam hidroklorida, asam sulfat dan asam karbonat. Asam karbonat dihilangkan dalam menara degassing dimana udara dihembuskan melalui air asam. Berikutnya, air melewati resin “anion”, yang menukar anion dengan asam mineral (misalnya asam sulfat) dan membentuk air. Regenerasi kation dan anion perlu dilakuakan pada jangka waktu tertentu dengan menggunakan asam mineral dan soda kaustik. Penghilangan lengkap silika dapat dicapai dengan pemilihan resin anion yang benar. Proses pertukaran ion, jika diperlukan, 

• CATION adalah atom yang bermuatan listrik positip.
• ANION adalah atom yang bermuatan listrik negatip.
• RADICAL adalah gugusan atom2 yang bermuatan listrik positip atau negatip.

Resin Penukar Ion ( Ion Excharger Resin)

Sifat Resin Penukar Ion :

• Butiran-butiran padat yang tidak larut dalam air.
• Resin berisi muatan listrik yang tetap ( Fixed charges).
• Resin berisi pula muatan listrik yang dapat ditukar (Exchangeable charges).
• Resin cenderung mencari kenetralan listrik.

Ada dua macam resin :

• Resin Kation ( berwarna coklat )
• Resin Anion (berwarna kuning )

Penukaran Cation

Berfungsi untuk menukar ion-ion positif (kation) dalam air yang masuk melalui unit ion-ion positif, kecuali ion Hidrogen (H+). Pada jenis ini, listrik yang bekerja adalah NEGATIF dan bersifat menukar Cation.

Urutan pertukarannya adalah : Ca++ , Mg++, NH4+ , K+, Na+ dan H+.

Penukar Anion.

Berfungsi untuk menukar ion-ion negatif (anion) yang terkandung dalam air yang masuk melalui unit ini, sehingga air yang keluar dari unit ini akan bebas dari ion-ion negatif kecuali ion-ion hidroksil (OH-).

Pada jenis ini, listrik yang bekerja adalah POSITIF dan bersifat menukar Anion-Anion.

Tangki Degaser.

Berfungsi membuang gas-gas yang terlarut dalam air Caranya : air yang masuk unit ini dispray atau melalui kisi-kisi dan dihembus dengan udara Blower, sehingga gas-gas akan keluar bersama udara, Air yang keluar dari unit ini akan terbebas dari gas-gas (O2, CO2 dll).

MIXED BED

Mixed bed merupakan sebuah tangki yang berisi campuran resin kation dan resin anion.Mixed bed berfungsi mengolah air menjadi air demineral.

Mixed bed dioperasikan untuk mengolah air yang mempunyai kandungan Ion / mineralnya rendah. Dapat menghasilkan air dengan kualitas :

• TDS (Total Dissolved Solid) <0,05 ppm.
• Silika(SiO2 ) < 0,02 ppm.
• TH (Total Hardness) = 0 ppm.

Bila air hasil proses demin plant melebihi harga batas atau kapasitas air telah tercapai, maka resin perlu diregenerasi

Regenerasi

Setelah beroperasi menukar ion-ion sejumlah air, resin menjadi jenuh sehingga perlu diaktifkan kembali.

• Regenerasi resin kation dengan asam chlorida (HCl). 
• Regenerasi resin anion dengan caustic soda (NaOH)

Sequence Step Regenerasi :

• Back wash
• Setting
• Caustic Injection
• Caustic Displacement
• Acid injection
• Acid displacement
• Rinse
• Draining
• Fast rinse
• Cek conductivity

VII. AIR UMPAN BOILER

Boiler Feed Water

Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang penting.Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali.Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi.Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut.

Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam.Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water).Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan boiler.Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat, bilkarbonat dan klorida.Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, dll ; akan memiliki kalarutan yang makin kecil/redah apabila suhu makin tinggi.Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang harus segera diatasi.Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak(scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut.Selain itu yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.

Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler.Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia.Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya.Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler.Air minum juga harus dijaga agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak perlu diberi desinfektan.

Sampling Air Boiler

Sampel air boiler akan berguna hanya jika sampel ini mewakili kondisi dibagian dalam boiler. Oleh karena itu sampel-sampel yang diambil dari gelas pengukur ketinggian air, yang tergantung di luar ruang control, atau dekat pipa pemasukan air umpan nampaknya sangat tidak akurat. 

Sampel yang diambil dari shell boiler tidak aman dan tidak akurat sebab airnya dalamkeadaan bertekanan dan sebagian akan menyemprot menjadi steam, sehingga konsentrasi

TDS yang terukur lebih tinggi pada sampel daripada didalam boiler. Berdasarkan hasil analisis sampel, sangat umum terjadi bahwa air boiler yang di-blowdown lebih banyak daripada yang diperlukan. 

Penyelesaiannya adalah menggunakan pendingin sampel untuk mengambil air dari boiler.Pendigin sampel adalah penukar panas berukuran kecil yang menggunakan air dingin untuk mendinginkan sampel pada saat diambil, oleh karena itu mengurangi semprotan, meningkatkan keamanan operator dan ketelitian sampel. Dalam beberapa sistim otomatis, sensor konduktivitas dipasang langsung ke shell boiler untuk memantau tingkat TDS secara terus menerus. Alasan lain untuk sistim kendali TDS otomatis adalah untuk menghindari pengaruh beban steam yang bervariasi, laju kondensat yang kembali, dan kualitas air make-up pada hasil sampel.

Blowdown Boiler

Jika air dididihkan dan dihasilkan steam, padatan terlarut yang terdapat dalam air akan tinggal di boiler. Jika banyak padatan terdapat dalam air umpan, padatan tersebut akan terpekatkan dan akhirnya akan mencapai suatu tingkat dimana kelarutannya dalam air akan terlampaui dan akan mengendap dari larutan. Diatas tingkat konsenrasi tertentu, padatan tersebut mendorong terbentuknya busa dan menyebabkan terbawanya air ke steam. Endapan juga mengakibatkan terbentunya kerak di bagian dalam boiler, mengakibatan pemanasan setempat menjadi berlebih dan akhirnya menyebabkan kegagalan pada pipa boiler. Oleh karena itu penting untuk mengendalikan tingkat konsentrasi padatan dalam suspensi dan yang terlarut dalam air yang dididihkan. Hal ini dicapai oleh proses yang disebut ‘blowing down’, dimana sejumlah tertentu volume air dikeluarka n dan secara otomatis diganti dengan air umpan – dengan demikian akan tercapai tingkat optimum total padatan terlarut (TDS) dalam air boiler dan membuang padatan yang sudah rata keluar dari larutan dan yang cenderung tinggal pada permukaan boiler. Blowdown penting untuk melindungi permukaan penukar panas pada boiler. Walau demikian, Blowdown dapat menjadi sumber kehilangan panas yang cukup berarti, jika dilakukan secara tidak benar.

Konduktivitas sebagai indikator kualitas air boiler

Peningkatan dalam konduktivitas menunjukan kenaikan “pencemaran” air boiler. Metode konvensional untuk mem-blowdown boiler tergantung pada dua jenis blowdown: sewaktu-waktu dan kontinyu. 

Blowdown yang sewaktu-waktu/ intermittent

Blowdown yang sewaktu-waktu dioperasikan secara manual menggunakan sebuah kran yang dipasang pada pipa pembuangan pada titik terendah shell boiler untuk mengurangi parameter (TDS atau konduktivitas, pH, konsentasi Silica dan Fosfat) dalam batasan yang sudah ditentukan sehingga tidak berpengaruh buruk terhadap kualitas steam. Jenis blowdown ini juga merupakan metode efektif untuk membuang padatan yang telah lepas dari larutan dan menempati pipa api dan permukaan dalam shell boiler. Pada blowdown yang sewaktu-waktu, jalur yang berdiameter besar dibuka untuk waktu sesaat, yang didasarkan pada aturan umum misalnya “sekali dalam satu shift untuk waktu 2 menit”.

Blowdown yang sewaktu-waktu menyebabkan harus ditambahkannya air umpan ke dalam boiler dalam jumlah besar dan dalam waktu singkat, sehingga membutuhkan pompa air umpan yang lebih besar daripada jika digunakan blowdown kontinyu. Juga, tingkat TDS akan bervariasi, sehingga menyebabkan fluktuasi ketinggian air dalam boiler karena perubahan dalam ukuran gelembung steam dan distribusinya yang setara dengan perubahan dalam konsentrasi padatan. Juga, sejumlah besar energi panas hilang karena blowdown yang sewaktu-waktu

Blowdown yang kontinyu

Terdapat pemasukan yang tetap dan konstan sejumlah kecil aliran air boiler kotor, dengan penggantian aliran masuk air umpan yang tetap dan konstan. Hal ini menjamin TDS yang konstan dan kemurnian steam pada beban steam tertentu. Kran blowdown hanya diatur satu kali untuk kondisi tertentu, dan tidak perlu lagi diatur setiap saat oleh operator. Walaupun sejumlah besar panas diambil dari boiler, tetapi ada peluang pemanfaatan kembali panas ini dengan mengembuskannya ke flash tank dan mengasilkan flash steam. Flash steam ini dapat digunakan untuk pemanasan awal air umpan boiler. Jenis blowdown ini umum digunakan pada boiler bertekanan tinggi.

Residu blowdown yang meninggalkan flash vessel masih mengandung energi panas yang cukup dan dapat dimanfaatkan kembali dengan memasang sebuah penukar panas untuk memanaskan air make-up dingin. Sistim pemanfaatan kembali panas blowdown yang lengkap hingga 80% energi yang terkandung dalam blowdown, yang dapat diterapkan pada berbagai ukuran boiler steam dengan waktu pengembalian modalnya bisa kembali hanya dalam beberapa bulan.

Perhitungan blowdown

- Metode 1

Besarnya jumlah blowdown yang diperlukan untuk mengendalikan konsentrasi padatan air boiler dihitung dengan menggunakan rumus berikut: 

Blowdown (persen) = TDS Air make up x % Air make up

TDS maksimum dalam boiler yang diinginkan

Jika batasan maksimum TDS yang diperbolehkan sebagaimana dalam boiler paket adalah sebesar 3000 ppm, persen air make up adalah 10 persen dan TDS dalam air make up adalah 300 ppm, maka persentase blowdownnya adalah sebagai berikut:

= 300 x 10 / 3000

= 1 %

Jika laju penguapan boiler sebesar 3000 kg/jam maka laju blowdown yang diperlukan adalah:

= 3000 x 1 / 100

= 30 kg/jam

Metode 2

Sistem Blowdown : Pengertian Blowdown adalah pembuangan sejumlah kecil air boiler dengan maksud untuk menjaga tingkat maximum dari padatan terlarut dan terendap pada tingkat yang diizinkan. Sebagai contoh bila air dengan kandungan padatan terlarut 100 ppm kemudian diuapkan sebanyak 50 % dari air tersebut maka konsentrasi dari padatan menjadi 200 ppm. Ini bisa ditulis secara matematik :

Keuntungan pengendalian blowdown

Pengendalian blowdown boiler yang baik dapat secara signifikan menurunkan biaya perlakuan dan operasional yang meliputi:

• Biaya perlakuan awal lebih rendah 
• Konsumsi air make-up lebih sedikit
• Waktu penghentian untuk perawatan menjadi berkurang 
• Umur pakai boiler meningkat 
• Pemakaian bahan kimia untuk pengolahan air umpan menjadi lebih rendah

De-aerasi

Dalam de-aerasi, gas terlarut, seperti oksigen dan karbon dioksida, dibuang dengan pemanasan awal air umpan sebelum masuk ke boiler. Seluruh air alam mengandung gas terlarut dalam larutannya. Gas-gas tertentu seperti karbon dioksida dan oksigen, sangat meningkatkan korosi. Bila dipanaskan dalam sistim boiler, karbon dioksida (CO2) dan oksigen (O2) dilepaskan sebagai gas dan bergabung dengan air (H2O) membentuk asam karbonat (H2CO3). 

Penghilangan oksigen, karbon dioksida dan gas lain yang tidak dapat terembunkan dari air umpan boiler sangat penting bagi umur peralatan boiler dan juga keamanan operasi. Asam karbonat mengkorosi logam menurunkan umur peralatan dan pemipaan. Asam ini juga melarutkan besi (Fe) yang jika kembali ke boiler akan mengalami pengendapan dan meyebabkan terjadinya pembentukan kerak pada boiler dan pipa. Kerak ini tidak hanya berperan dalam penurunan umur peralatan tapi juga meningkatkan jumlah energi yang diperlukan untuk mencapai perpindahan panas.

Memproduksi steam yang berkualitas tergantung pada pengolaha n air yang benar untuk mengendalikan kemurnian steam, endapan dan korosi. Sebuah boiler merupakan bagian dari sistim boiler, yang menerima semua bahan pencemar dari sistim didepannya. Kinerja boiler,efisiensi, dan umur layanan merupakan hasil langsung dari pemilihan dan pengendalian air umpan yang digunakan dalam boiler.

Jika air umpan masuk ke boiler, kenaikan suhu dan tekanan menyebabkan komponen air memiliki sifat yang berbeda. Hampir semua komponen dalam air umpan dalam keadaan terlarut. Walau demikian, dibawah kondisi panas dan tekanan hampir seluruh komponen terlarut keluar dari larutan sebagai padatan partikuat, kadang-kadang dalam bentuk kristal dan pada waktu yang lain sebagai bentuk amorph. Jika kelarutan komponen spesifik dalam air terlewati, maka akan terjadi pembentukan kerak dan endapan. Air boiler harus cukup bebas dari pembentukan endapan padat supaya terjadi perpindahan panas yang cepat dan efisien dan harus tidak korosif terhadap logam boiler.

Pengendalian endapan

Endapan dalam boiler dapat diakibatkan dari kesadahan air umpan dan hasil korosi dari sistim kondensat dan air umpan. Kesadahan air umpan dapat terjadi karena kurangnya sistim pelunakan. Endapan dan korosi menyebabkan kehilangan efisiensi yang dapat menyebabkan kegagalan dalam pipa boiler dan ketidakmampuan memproduksi steam. Endapan bertindak sebagaiisolator dan memperlambat perpindahan panas. Sejumlah besar endapan diseluruh boiler dapat mengurangi perpindahan panas yang secara signifikan dapat menurunkan efisiensi boiler. Berbagai jenis endapan akan mempengaruhi efisiensi boiler secara berbeda-beda,sehingga sangat penting untuk menganalisis karakteristik endapan. Efek pengisolasian terhadap endapan menyebabkan naiknya suhu logam boiler dan mungkin dapat menyebabkan kegagalan pipa karena pemanasan berlebih.

Kotoran yang mengakibatkan pengendapan

Bahan kimia yang paling penting dalam air yang mempengaruhi pembentukan endapan dalam boiler adalah garam kalsium dan magnesium yang dikenal dengan garam sadah. Kalsium dan magnesium bikarbonat larut dalam air membentuk larutan basa/alkali dan garam-garam tersebut dikenal dengan kesadahan alkali. Garam-garam tersebut terurai dengan pemanasan, melepaskan karbon dioksida dan membentuk lumpur lunak, yang kemudian mengendap. Hal ini disebut dengan kesadahan sementara – kesadahan yang dapat dibuang dengan pendidihan.

Kalsium dan magnesium sulfat, klorida dan nitrat, dll., jika dilarutkan dalam air secara kimiawi akan menjadi netral dan dikenal dengan kesadahan non-alkali. Bahan tersebut disebut bahan kimia sadah permanen dan membentuk kerak yang keras pada permukaan boiler yang sulit dihilangkan. Bahan kimia sadah non-alkali terlepas dari larutannya karena penurunan daya larut dengan meningkatnya suhu, dengan pemekatan karena penguapan yang berlangsung dalam boiler, atau dengan perubahan bahan kimia menjadi senyawa yang kurang larut.

Silika

Keberadaan silika dalam air boiler dapat meningkatkan pembentukan kerak silika yang keras. Silika dapat juga berinteraksi dengan garam kalsium dan magnesium, membentuk silikat kalsium dan magnesium dengan daya konduktivitas panas yang rendah. Silika dapat meningkatkan endapan pada sirip turbin, setelah terbawa dalam bentuk tetesa n air dalam steam, atau dalam bentuk yang mudah menguap dalamsteam pada tekanan tinggi.

Pengolahan air internal

Pengolahan internal adalah penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah pembentukan kerak. Senyawa pembentuk kerak diubah menjadi lumpur yang mengalir bebas, yang dapat dibuang dengan blowdown. Metode ini terbatas pada boiler dimana air umpan mengandung garam sadah yang rendah, dengan tekanan rendah, kandungan TDS tinggi dalam boiler dapat ditoleransi, dan jika jumlah airnya kecil. Jika kondisi tersebut tidak terpenuhi maka laju blowdown yang tinggi diperlukan untuk membuang lumpur. Hal tersebut menjadi tidak ekonomis sehubungan dengan kehilangan air dan panas.

Jenis sumber air yang berbeda memerlukan bahan kimia yang berbeda pula. Senyawa seperti sodium karbonat, sodium aluminat, sodium fosfat, sodium sulfit dan komponen sayuran atau senyawa inorganik seluruhnya dapat digunakan untuk maksud ini. Untuk setiap kondisi air diperlukan bahan kimia tertentu.

KONSULTASIKAN DENGAN BROLLEN REPRESENTRATIVE TECHNICAL ASSISTANCE

VIII. Permasalahan & Solusi seputar Water Treatment dan Boiler Feed Water

Ketidak murnian air akan mengakibatkan :

1. Korosi,
2. Deposit
3. Erosi.

Korosi adalah : proses kerusakan logam yang disebabkan oleh proses reaksi kimia atau proses reaksi elektrokimia dengan lingkungan yang memungkinkan terjadinya proses reaksi tersebut.

Deposit (kerak) terjadi bilamana dalam air pengisi ketel terdapat zt-zat padat terlarut. Zat padat terlarut dapat berupa Calsium, Magnesium atau Silika.

§Erosi adalah proses pengikisan ( Abrasi ) pada permukaan benda ( logam ) yang disebabkan oleh zat-zat padat yang bergerak cepat, erosi dapat terjadi pada pipa-pipa Superheater dan sudu-sudu turbin.

JENIS KOROSI

Secara umum korosi dibagi menjadi dua yaitu :

1. Korosi elektro kimia.
2. Korosi Suhu tinggi, yang terjadi di ruang bakar.

Reaksi elektrokimia terjadi jika terdapat 3 komponen yaitu :

• Anoda
• Katoda
• Elektrolit

Pada proses korosi elektrokimia terjadi 2 macam reaksi , yaitu :

• Reaksi Katoda: merupakan reaksi Reduksi yang tidak merusak logam.
• Reaksi Anoda : merupakan reaksi Oksidasi yang merusak logam.

Penyebab Korosi.

Penyebab korosi antara lain :

1. Gas O2 yang larut dalam air.
2. Gas CO2 yang larut dalam air.
3. Ion Hydrogen.
4. Garam2 -tak stabil ( non stable salts ).

Garam - garam ini juga dapat menyebabkan kerak

Pencegahan Korosi:dengan menghilangkan Gas Oksigen

Menghilangkan gas - gas dari dalam air

1.Secara Mekanis 

O2 dan gas2 lain yang tidak mengkondensir (NCG=Non Condensable Gas) dapat dihilangkan dari dalam air secara mekanis dengan " DEAERATOR HEATER " .

2.Secara Kimia :

O2 yang larut dalam air dapat dirubah bentuknya menjadi senyawa lain yang tidak merugikan ( dengan N2H4 ( hydrazine )

KOROSI KARENA CHLORIDA

Chlorida (Cl) yang terlarut dalam air dapat menimbulkan laju korosi yang sangat cepat.

Prosesnya sbb:

MgCl2 + H2O ---à 2HCl + Mg (OH)2

Fe + 2 HCl --à FeCl2 + 2 H+

Menghilangkan Gas CO2 dari dalam Air

• Umumnya CO2 dalam air berada dalam ikatan asam karbonat (H2CO3). Asam ini tidak stabil mudah terurai dalam suhu biasa :
• Gas ini dapat dihilangkan secara mekanis dengan proses Degasifier. Sebagai pelindung dari korosi CO2 kadang-2 dipakai juga : "Filming & Neutralizing Amines", dimana zat kimia ini akan membentuk lapisan yang dapat melindungi terhadap korosi karena Gas CO2 .

Pencegahan Korosi Karena Ion Hidrogen.

1. Penanbahan alkali Na3PO4 atau NaOH kedalam air ketel, berarti akan menaikkan pH air ketel. Kenaikkan pH air ketel berarti penurunan konsentrasi ion hydrogen.
2. Penambahan N2H4 atau Na2SO3 dalam air kondensat - air pengisi ketel juga akan menaikkan pH air. Karena zat2 tersebut adalah alkali lemah maka hanya dapat sedikit menyumbang pH, juga kelebihan N2H4 akan terurai menjadi Amoniak pada suhu dan tekanan kerja. ketel.

Mencegah Korosi Karena Garam Tak Stabil.

Selain itu ada beberapa zat2 kimia yang kadang2 ditambahkan seperti misalnya:

1. Chelate : Untuk mengikat oksida2 logam dalam bentuk persenyawaan komplek yang stabil dan larut, yang berguna untuk mencegah terjadinya “sticking" 
2. ( lengket ).
3. Polymer : Uhtuk menaikkan daya kerja chelate, mencegah terjadinya pembentukan kerak serta dapat melepas kerak2 ketel.
4. Antifoam: mencegah pembentukan busa.
5. Filming : melindungi korosi karena CO2 dan membentuk film kondensat.

DEPOSIT (KERAK )

Deposit pada sudu-sudu turbin ini kan menyebabkan getaran (vibrasi)

Jika konsentrasi zat padat yang terlarut di dalam air boiler sangat tinggi terjadi Boiler Priming ( Carry Over ) yaitu terbawanya air secara mekanis dari boiler bersama uap ke dalam pemanas lanjut dan bahkan dilanjutkan ke turbin.

MAGNETIT FILM (LAPISAN LINDUNG Fe3O4 )

Magnetit terbentuk dari reaksi air panas atau uap pada besi panas.

Reaksi pembentukan magnetit biasanya digambarkan sebagai berikut :

3 Fe + 4 H2O -----à Fe3O4 + 4 H2

PENYIMPANGAN PADA KUALITAS AIR

Penyimpangan kwalitas air dapat disebabkan hal – hal sbb :

• Terjadi kebocoran kebocoran kondensor
• Injeksi Kimia yang tidak tepat
• Sistem Demineralizes Plant yang gagal.

METHODE PENGENDALIAN KUALITAS AIR INTERNAL

Metode pengendalian Kualitas Air secara Internal :

• Condensate polisher.
• Degasser.
• Injeksi Kimia.
• Blow Down

CONDENSAT POLISHER

Berupa tangki yang didalamnya berisi resin kation dan resin anion.

Condensate Polisher merupakan bagian dari instalasi sistem air condensate.

Fungsi dari kondensate polisher adalah menangkap impurities ( kotoran) yang terkandung pada air kondensat.

DEGASSER

Adanya gas yang terlarut dalam air pengisi, terutama gas Oksigen menyebabkan laju korosi bertambah.Maka untuk itu kandungan Oksigen yang terlarut dalam air pengisi harus dihilangkan dengan kimia maupun mekanik. Secara kimia dengan melakukan Injeksi Hydrazin sementara secara mekanik dengan melakukan degasser

Degasser pada siklus ini terjadi pada Dearator.

TUJUAN INJEKSI KIMIA:

Injeksi Kimia pada siklus Air Umpan Boiler bertujuan unrtuk :

• Pencegahan korosi di dalam boiler,baik pada sistem uap dan sistem air pengisi.
• Pencegahan pembentukan kerak dan endapan pada permukaan yang panas.
• Menjaga kemurnian uap tetap tinggi.

BAHAN KIMIA UNTUK INJEKSI KIMIA

Bahan Kimia yang diinjeksikan ke siklus Air Umpan Boiler adalah :

• Brollen 802 C Sulfite 
• Brollen 809 
• Brollen 802 

PENGELUARAN OKSIGEN SECARA KIMIA

Reaksi Sodium Sulfit ( Brollen 802 C Sulfite ) dengan Oksigen adalah sebagai berikut :

1. 2Na2SO3 + O 2 ---à 2 Na2SO4

Sodium Oksigen Sodium Sulphate

BLOW DOWN

Pembukaan katup blow down tergantung dari kandungan Silica dan Chlorida dalam air ketel.

Blow Down berfungsi untuk membuang endapan silika dan chlorin di boiler drum.

PENGERTIAN, SUMBER AIR DAN SIFAT-SIFAT AIR PADA BOILER 2017-03-03T10:16:00-08:00 Rating: 4.5 Diposkan Oleh: frf