Mencegah Pembentukan Kalsium Sulfat pada Desalinasi Air Laut

Vol. 6, No. 1, hal. 13- 20, 2007

I SSN 1412- 5064

M e n ce ga h Pe m be n t u k a n Ka lsiu m Su lfa t pa da D e sa lin a si Air La u t M irna Ra hm a h Lubis

2 , Ce sa r B. Gr a nda

) , t em perat ur m aksim um air asin dipert ahankan dibawah 120 °C. Dari sudut pandang ekonom i, evaporat or yang beroper asi pada t em perat ur yang lebih t inggi pada dasarnya m eningkat kan kinerj a, sedangkan kerak dapat dicegah ( Cont i and Pascali, 1985) .

Endapannya cukup lem but dan akan dapat segera dipisahkan dari perm ukaan heat exchanger m elalui pencucian langsung dengan asam ( But t dkk., 1985) at au pem bersihan dengan bola sepon ( Al- Bakeri, 1993) . Unt uk m encegah kerak non- alkalin sepert i kalsium sulfat ( CaSO

ant iscalant unt uk m engont rol kerak alkalin, sepert i kalsium karbonat ( Am j ad, 1996) .

Walaupun dem ikian, pengoperasian evaporat or pada t em perat ur t inggi akan dapat m enyebabkan t erbent uknya kerak sehingga kondukt ivit as t erm al perm ukaan perpindahan panasnya berkurang. Teknik ut am a yang dit erapkan saat ini dalam pabrik desalinasi air laut secara t erm al adalah penam bahan

Tem per at ur yang lebih t inggi j uga berart i m em perkecil energi kom presi unt uk ΔT yang sam a. Di sam ping it u, koefisien perpindahan panas akan m enj adi lebih t inggi pada t em perat ur y ang lebih t inggi ( Lara- Ruiz dkk., in press) .

C) adalah t ingginya biaya m odal kom presor. Kenaikan t em perat ur MVC t ersebut akan m enaikkan densit as uap

an t eknik m em bran yang hem at energi begit u pesat , desalinasi t erm al m em iliki keunggulan sepert i: m inim al pret reat m ent dan salinit as air um pan yang fleksibel. MSF akan lebih prakt is j ika sum ber airnya m em punyai salinit as yang t inggi dan biaya energi yang t idak begit u t inggi, sepert i di Tim ur Tengah. Unt uk m encipt akan energi t erm al yang kom pet it if, MVC bert em perat ur t inggi t elah dikem bangkan dengan m enggunakan m esin berefisiensi t inggi dan heat exchanger sheet - shell yang baru ( Lara- Ruiz dkk., in press) . Sat u fakt or pent ing yang m em bat asi penggunaan MVC konvensional bert em - perat ur rendah ( < 80

2 ₁ Jurusan Teknik Kim ia Fakult as Teknik Univ ersit as Sy iah Kuala Banda Aceh Jl. Tgk. Sy ech Abdurrauf No. 7 Darussalam , Banda Aceh - 23111 ₂ Jurusan Teknik Kim ia, Universit as Texas A&M College St at ion, TX 77843- 3122, U.S.A.

, Li Zhu

Desalinasi air laut yang ekonom is sem akin pent ing karena m eningkat nya perm int aan air m inum sebagai akibat berkurangny a per- sediaan sum ber air t awar. Teknik desalinasi yang paling um um m eliput i m em bran ( reverse osm osis, RO; elect rodialysis, ED) dan evaporasi ( m ult i- st age flash, MSF; m ult i-

1 . Pe n da h u lu a n

Keyw ords: desalinasi air laut , ion ex change, kalsium sulfat , k erak; m echanical vapor

com pression ( MVC) , pem isahan sulfat , resin penukar - anion basa lem ah

4. Unt uk wak t u pem akaian dan regenerasi yang sam a, fakt or konsent rasi desalinasi ( m isalnya 2 hingga 4) m enaikkan konsent rasi klor ida dalam air asin yang diblow down. Dengan fakt or konsent rasi yang t et ap, kenaikan laj u alir ( pengurangan wakt u pem ak aian dan regenerasi) m em per endah efisiensi regenerasi dan m enaikkan pem isahan sulfat . Ak ibat kelarut an kalsium sulfat yang bersifat t erbalik t ersebut , t em perat ur air asin yang t inggi m em er lukan pem isahan sulfat yang lebih banyak, yang dapat dicapai dengan m engurangi laj u alir air laut . Pengurangan laj u alir t er sebut m em but uhk an peralat an yang lebih besar dan resin yang lebih banyak, sehingga biaya m odal bert am bah. Unt uk pabrik desalinasi dengan kapasit as produksi 1 j ut a gallon per hari dan fak t or konsent rasi sebesar 2, biaya pem isahan sulfat m eliput i biaya resin dan biay a peralat an. Biaya t ersebut bervariasi dari $0.246 hingga $0.356/ kgalon ( per ribu galon air yang diproduksi) karena t em perat ur m aksim um air asin berubah dar i 140 °C m enj adi 180 °C.

Resin penukar - anion, Relit e MG 1/ P, dapat digunakan unt uk m em isahkan sulfat dalam air laut guna m encegah pem bent uk an kerak kalsium sulfat pada heat exchanger. Resin t ersebut m enunj ukkan selekt ivit as sulfat yang t inggi dalam air laut sint et is. Resin yang t elah dipakai dapat dir egenerasi m enggunakan air asin yang dipekat kan dengan asam hingga m encapai pH

e- m ail: m irnar ahm ahlubis@y ahoo.com Abst r a k

effect dist illat ion, MED; m echanical vapor com pression, MVC) . Walaupun perkem bang-

Regenerant nya adalah air asin sint et is dengan konsent rasi 2 hingga 4 kali lebih t inggi dari keluaran proses pem akaian. Unt uk m encegah akum ulasi sulfat pada r esin, 25% air asin blowdown yang dipakai t erakhir digunakan kem bali sebagai fraksi pert am a

4 ( De Maio dkk., 1983) . Unt uk m encapai

( ∼20) dan Mg

/ Ca

( ∼4.5) yang t inggi dalam air laut ( Barba dkk, 1982) . Resin anion lem ah yang m engandung gugus fungsional am ino prim er dan sekunder dalam m at riks hidrofilik berpori cenderung m enuj u ion- ion bervalensi sat u dan ion- ion bervalensi banyak ( Boari dkk., 1974) . Proses pengant ian SO

4 2 −

dalam air laut dengan Cl

−

dari resin t ersebut disebut DESULF ( Zannoni dkk., 1987) . Resin yang t erpakai dapat diregenerasi dengan m enggunakan air asin blowdown yang dipekat kan, sehingga m enghem at biaya bahan kim ia regener ant nya. Dengan m enggunakan I X, pret reat m ent MSF dan RO ( Zannoni dkk., 1987) secara m em uaskan t elah dipakai dalam pabr ik desalinasi. Evaporat ornya beroperasi pada 150

°C tanpa m em bentuk CaSO

selekt ivit as SO

2 −

yang t inggi selam a I X, sej um lah besar asam diperlukan unt uk m engendalikan pH air laut dalam range 3

−4 ( De Maio dkk., 1979) . Art ikel ini m enyelidiki keefekt ifan resin anion lem ah, Relit e MG1/ P, unt uk pem isahan sulfat pada ber bagai kondisi operasi. Resin ini m em punyai gugus fungsional poliam ina dan m at riks poliakrilik yang m enyerupai resin yang digam barkan dalam lit erat ure dan dapat diregenerasi dengan air asin blowdown yang dipekat kan hingga pH 4. Evaluasi ekonom i DESULF dilakukan pada berbagai t em perat ur.

2 . M e t odologi

St udi ini m enggunakan r esin penukar anion, Relit e MG1/ P ( Mit subishi, diproduksi di I t alia) , yang m engandung gugus fungsi poliam ina yang cross- linked dengan divilbenzena. Bola- bola resin 16 −50 m esh ini m em punyai kapasit as penukaran t ot al sebesar 2.7 m eq/ m l. Sebelum dit elit i di laborat orium , 30 m l resin bebas- basa diubah m enj adi bent uk klorida dengan m enggunakan 240 m l asam HCl 0.6 N selam a 60 m enit . Kem udian resin t ersebut dicuci hingga pH larut an sekit ar 3.

I X dilakukan dalam kolom berdiam et er 13 m m yang dilengkapi dengan piringan berpori pada bagian bawahnya unt uk m enahan bed resin. Tinggi packed bed adalah 250 m m . Air um pannya dialirkan dari at as ke dalam kolom yang dilengkapi dengan ayakan dan sum bat karet pada bagian at as unt uk m encegah fluidisasi. Regenerasi dilakukan dari bawah, dengan wak t u pem akaian dan regenerasi yang sam a. Dalam st udi ini, air laut sint et is t elah dipersiapkan sesuai dengan kom posisi yang dit unj ukkan dalam Tabel 1.

Ta ble 1 . Kom posisi air laut yang disederhanakan Anion m eq/ l Kat ion m eq/ l

Cl −

539 Na ⁺ 469 SO ⁴ ^{2 −} 56,2 Ca ²⁺ 20,8 HCO ₃ −

2,34 Mg ²⁺ 107,8 Tot al 597,5 Tot al 597,6

yang rendah, disebabkan oleh rasio Na

dalam air laut , m asing- m asing dengan m enggunakan resin kat ion dan anion. Tet api, resin kat ion kuat m enunj ukkan selekt ivit as Ca

Tem per at ur m aksim um air asin dalam pabrik MSF konvensional t erbat as karena kerak CaSO

keduanya dapat dipisahkan m asing- m asing m elalui reaksi dengan MgCO

4 , yang t idak dapat dikendalikan secara

efekt if oleh ant iscalant dan t idak dapat dipisahkan secara kim ia. Oleh sebab it u, pem isahan unsur- unsur pem bent uk kerak m erupakan cara yang paling efekt if unt uk m encegah pengot oran CaSO

. Secara um um , t iga t ipe t eknik dapat digunakan unt uk m em isahkan Ca

or SO

4 2 −

: endapan kalsium karbonat ( Khan, 1986) , nanofilt rasi ( NF) ( Hassan dkk., 1998) , dan ion exchange ( I X) ( Barba dkk., 1982; Boar i, 1974) . Ca

and HCO

3 −

2 −

and Ca( OH)

; CaCO

3 yang t erbent uk disaring.

Walaupun kerak alkalin dan CaSO

dapat dihilangkan dengan proses endapan kalsium karbonat , konsum si bahan kim ia yang besar t elah m encegah penggunaanya pada pret reat m ent dalam pabrik desalinasi. Mem bran NF secara khusus digunakan pada kebanyakan ion bervalensi dua dan beberapa ion bervalensi sat u dalam air laut , t ergant ung pada t ipe m em bran dan kondisi operasi. NF, sebagai pret reat m ent air laut pada RO dan MSF t elah dit elit i dalam pilot plant ( Hassen, dkk., 1998) . Tem perat ur m aksim um air asinnya akan dapat dinaikkan set ingggi 160 °C tanpa m enggunakan antiscalant saat 90% ion- ion bervalensi dua dalam air laut dipisahkan ( Al- Sofi dkk., 1999) . Sepert i halnya RO, NF j uga akan m em but uhkan penyaringan air um pan sebelum m elewat i m em bran. Tet api, desalinasi t erm al t idak begit u sensit if t erhadap padat an t ersuspensi; oleh sebab it u, pret reat m ent NF m enj adi sangat berlebihan dan m ahal.

Selam a beberapa dekade, I X dilaporkan dapat m engurangi konsent rasi Ca

at au SO

/ Ca

^{2 O<SO
⁴ ^{2 −} ^aq ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ ← ⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ⎯
2
2 O + CO
↔ H
3 −
H
( 4) Hidrolisis akan m enj adi lebih nyat a saat alkalinit as bikarbonat dalam air um pan bert am bah. Prot on dari Reaksi ( 4) m em ungkinkan berlangsungnya reaksi dealkalinisasi.
−
Nilai pH yang rendah akan m endukung proses I X t ersebut kar ena konsent rasi H
2 O ↔ RHOH + H
pada pH yang lebih rendah dari 9 ( Reaksi 3) .
−
dengan Cl
4 2 −
yang t inggi m encegah hidrolisis gugus fungsional poliam ina, sesuai dengan reaksi berikut : RHCl + H
Cl
HCO
Bent uk basa bebas dari resin penukar anion dalam t iga langkah berikut ( Harland, 1994, Lara- Ruiz dkk., in press) disosiasi bent uk “ hydroxide” lem ah dalam keset im bangan dengan air ( Reaksi 1) ; ( 2) m enam bah larut an yang m engandung klorida unt uk m engubah resin t ersebut m enj adi bent uk klorida dengan m em ast ikan pH cukup rendah ( Reaksi 2) ; dan ( 3) m enggant i SO
3 .1 pH
( 5) Reaksi hidrolisis poliam ina t erj adi hingga resin t ersebut m encapai pH keset im bangan dengan air. Hal ini akan m engurangi kapasit as pert ukaran saat pem isahan sulfat t erj adi. Unt uk m em balikkan reaksi hidrolisis t ersebut ( Reaksi 4) selam a regenerasi, m aka asam dit am bahkan pada r egenerant nya sehingga gugus t erhidrolisis t ersebut akan berubah m enj adi klorida. Gam bar 1 m enunj ukkan pengaruh pH pada t ingkat pem isahan sulfat dalam air laut sint et is dengan fakt or konsent rasi sebesar 2. Tiap t it ik m enyat akan rat a- rat a siklus pe- m isahan sulfat yang st eady st at e. Penurunan pH air um pan t elah m endukung pem isahan sulfat . Terlihat bahwa t ingkat pem isahan sulfat t et ap konst an dalam range pH 4–5, dan kem udian m enurun secara drast is. Selanj ut nya, kinerj a resin t erus m enurun bahkan set elah t uj uh siklus saat air laut sint et is pada pH 7 digunakan. Hasil- hasil ini sesuai dengan lit erat ur. Pada air laut dengan
CH ^{2 N( CH} ^{3 )} ^{2 + H} ^{2 O}
⎯ ⎯ ⎯ ⎯ → ←
hidrasi RCH ^{2 NH( CH} ^{3 )} ² ⁺
−
( 1)
anhidrat disosiasi lem ah RCH ^{2 NH( CH} ^{3 )} ² ⁺ + OH
−
⎯ ⎯ ⎯ → ⎯ i netralisas
RCH ^{2 NH( CH} ^{3 )} ² ⁺
−
( 2)
disosiasi kuat
2RNH( CH ^{3 )} ² ⁺ Cl −
< ) ( 9 ~ pH exchange ion
[ RNH( CH ^{3 )} ² ⁺ ] ^{2 SO} ⁴ ^{2 −} + 2Cl − _aq
yang t inggi pada Relit e MG 1 yang berbent uk gel. Bahan eksperim en ini t idak t ersedia secara kom ersil, sehingga dipilihlah Relit e MG1/ P berpori unt uk penyelidikan lanj ut an dalam st udi ini. Selain it u, Relit e MG1/ P m engandung gugus fungsional poliam ina dan m at riks poliakrilik yang serupa dengan Kast el A 102 ( Mont ecat ini Edison Co., Milan, I t alia) , yang t elah digunakan secara sukses dalam pabrik desalinasi MSF dan RO unt uk m em isahkan sulfat dalam air laut ( Zannoni dkk., 1991) . Pengaruh param et er- par am et er berikut diuj i: pH, fakt or konsent rasi air asin, dan laj u alir.
/ Cl
−
2+
kondisi eksperim en, pem akaian dan regenerasi akan berlangsung selam a beberapa siklus hingga diperoleh pem isahan sulfat yang st eady- st at e. Resin yang t elah dipakai diregenerasi dengan 250 m l NaCl 2,4 N, diasam kan hingga pH 2 pada laj u alir rendah unt uk m enj am in agar t idak ada sulfat yang bersisa sebelum resin t ersebut digunakan unt uk kondisi eksperim en yang baru.
Klorida akan dianalisis dengan m et ode Mohr ( Kraem er and St am m , 1924) . Sulfat dit ent ukan m elalui reaksi dengan BaCl
2
berlebih unt uk m em bent uk BaSO
4 yang t ak-
larut ; BaCl
2 berlebih t ersebut dit it rasi kem bali
dengan EDTA m enggunakan indikat or black Eriochrom e T ( www.ofit e.com , 2007) . Unt uk m engurangi kesalahan t it ik- akhir, sej um lah kecil MgCl
2
dit am bahkan pada larut an- larut an yang t idak m engandung Ca
2+
dan Mg
2+
, sebab indikat or t ersebut lebih sensit if pada Mg
. Unt uk larut an yang m engandung Ca
2 −
2
4
Boari dkk. ( 1974) t elah m elaporkan koefisien selekt ifit as pert ukaran SO
3 . H a sil da n Pe m ba h a sa n
yang berlebih t ersebut akan dit it rasi.
2
dengan volum sam ple yang sam a. Selanj ut nya, BaCl
) dit ent ukan lebih dahulu, diikut i pengendapan BaCl
2+
2+
dan Mg
2+
, kesadahan t ot alnya ( j um lah Ca
2+
and Mg
( 3) pH 7, ion- ion bikarbonat m engkonsum si prot on unt uk m em peroleh buffer dengan pH 5, yang m endukung hidrolisis poliam ina ( Reaksi 4) . Oleh sebab it u, pengat uran pH air laut hinga 4–5 m enj am in agar resin anion basa lem ah t ersebut t et ap m em iliki kapasit as pert ukaran yang t inggi saat pem isahan sulfat .
Ga m ba r 1 . Pengar uh pH pada pem isahan sulfat air laut sint et is. Resin: Relit e MG- 1; F = 32 l air/ ( l resin ⋅jam ); V _ex / V _r = 16 l air/ l resin; V reg = V ex / n; n = 2; pH regenerant = 4. Wakt u pem akaian at au regenerasi = 30 m enit . Sim bol bar m enyat akan ±1 standar deviasi.
n m engakibat kan pem isahan sulfat yang lebih
P e m is a h a n s u lf a t (% ) pH um pan air laut buat an
Karakt erist ik pent ing lainnya adalah kapasit as pert ukaran yang t inggi dan laj u pert ukarannya yang cepat , m enyerupai karakt erist ik Kast el A 102. Telah dilaporkan bahwa laj u alir air laut dapat naik hingga 40 l air/ j am unt uk set iap lit er resin, dengan penukar ion Kast el A 102 ( Aveni dkk., 1975) . Dengan proses pem akaian 30 m enit dan volum spesifik 20 l air/ lresin, deraj at pem isahan sulfat yang t inggi dapat dicapai. Sebagaim ana yang dibahas sebelum nya, regener asi dan pem ak aian dirangkaikan dengan m enggunakan wakt u proses yang sam a. Laj u alir pem akaian yang t inggi m enunj ukkan laj u alir regenerant yang t inggi dan efisiensi regenerasi yang relat if rendah, sehingga m em per buruk siklus berikut nya. Unt uk m em peroleh efisiensi regenerasi yang t inggi, 25–30% regener ant yang dipakai t erakhir digunakan sebagai fraksi pert am a pada regenerasi berikut nya. Fixed- bed I X dioperasikan secara count ercurrent , aliran regener asi dari bawah dengan aliran
− pada konsent rasi larut an yang lebih t inggi.
dalam air laut dan cenderung m engikat Cl
4 2 −
Relit e MG1/ P m erupakan pilihan ideal sebab m em punyai selekt ifit as t inggi t erhadap SO
3 .3 La j u Alir Pr ose s Pe m a k a ia n
buruk pada laj u alir yang lebih t inggi ( Gam bar 2) . Dari sudut pandang prakt is, n yang lebih t inggi m enunj ukkan lebih sedikit nya air laut yang harus diolah dan lebih sedikit nya biaya pret reat m ent per volum air yang diproduksi. Penggunaan n yang lebih t inggi m em erlukan lebih banyak energi dalam proses dist ilasi. Oleh karena it u, pengat uran n yang t epat m em erlukan opt im isasi keseluruhan t eknologi desalinasi t ersebut .
dan m em bant u proses regener asi. Dengan pengat uran wakt u yang sam a saat pem akaian dan regenerasi, volum dan laj u alir regener ant t ersebut m enj adi 1/ n dari volum dan laj u alir saat proses pem akaian. Karena efisiensi regenerasi t ergant ung pada wakt u kont ak cairan- padat an t ersebut , m aka fakt or konsent rasi yang t inggi m enunj ukkan laj u alir regenerant yang rendah dan efisiensi regenerasi yang t inggi. Dengan alasan yang sam a, penurunan
Ga m ba r 2 . Pengar uh fak t or konsent rasi pada pem isahan sulfat air laut sint et is.
2 −
4
dalam regenerant nya, sehingga m engurangi kecenderungan resin t erhadap SO
−
konsent rasi Cl
N yang besar m enunj ukkan t ingginya
Gam bar 2 m enunj ukkan pengaruh fakt or t erhadap air um pan) pada pem isahan sulfat dalam air laut sint et is. Kenaikan n m eningkat kan pem isahan sulfat karena m em berikan m anfaat ganda pada proses I X.
3 .2 Fa k t or Kon se n t r a si
Resin: Relit e MG- 1; V _reg = V _ex / n; pH um pan air laut sint et is = 4–5; pH regenerant = 4. Wakt u pem akaian dan regenerasi = 30 m enit . Sim bol bar m enyat akan ±1 standar deviasi.
Fakt or konsent rasi, n P e m is a h a n s u lf a t (% ) pem akaian dari at as digunakan sehingga penggunaan regener ant nya dapat efisien.
Ga m ba r 3 . Pem isahan sulfat versus laj u alir pada berbagai fakt or konsent rasi. Resin: Relit e MG- 1/ P; V ex / V r = 16 l air/ l resin; V reg
4 2 −
T m aksim um air asin( °C) 1 2 2.5 3 3.5 4 1 2 2.5 3 3.5
Ta be l 2 . Bat as kelar ut an kalsium sulfat hem ihidrat - CaSO ^{4 ⋅1/ 2 H} ^{2 O ( m g SO} ^{4 / l)} Konsent rasi m aksim um air um pan dar i CaSO ^{4 ⋅1/ 2 H} ^{2 O ( m g SO} ^{4 / l)} Pem isahan sulfat m inim um
^* ( % ) Fakt or konsent rasi Fakt or konsent rasi
Laj u alir per sat uan volum resin ( l air/ ( l resin- j am ) ) P e m is a h a n s u lf a t (% )
t em perat ur m aksim um air asin dan fakt or konsent rasi yang disaj ikan. Dat a t ersebut diperoleh m elalui hubungan dan ekst r apolasi dat a yang dipublikasi oleh Zannoni dkk. ( 1987) . Pem isahan sulfat t idak diperlukan pada t em per at ur dibawah 120 °C dan faktor konsent rasi 2, yang m erupakan param et er-
4 , unt uk
m aksim um yang boleh dium pankan ke evaporat or at au pem isahan sulfat m inim um yang diperlukan unt uk m encegah kerak CaSO
2 −
4
pada heat exchanger t ergant ung pada t em perat ur operasi dan fakt or konsent rasi. Tabel 3 m enunj ukkan konsent rasi SO
4
m aksim um yang boleh dium pankan ke evaporat or at au pem isahan sulfat m inim um yang diperlukan unt uk m encegah pem bent ukan CaSO
pada heat exchanger t ergant ung pada t em perat ur operasi dan fakt or konsent rasi. Tabel 3 m enunj ukkan konsent rasi SO
= V _ex / n. pH regener ant = 4. Sim bol bar m enyat akan ±1 standar deviasi.
4
. Oleh sebab it u, t ingkat pem isahan sulfat yang diperlukan unt uk m encegah pem bent ukan CaSO
4
, j uga dapat m engendapkan CaSO
4 2 −
and SO
2+
t em perat ur naik, m aka diperlukan deraj at pem isahan sulfat yang t inggi saat air laut dium pankan ke evaporat or yang beroperasi pada t em per at ur t inggi. Fakt or konsent rasi yang t inggi, yang m enunt un pada t ingginya Ca
4 berkurang saat
Karena kelarut an CaSO
Kenaikan laj u alir t ersebut pada pr akt eknya berm anfaat j ika deraj at pem isahan sulfat yang t inggi t idak diperlukan. Laj u alir yang t inggi m em perkecil ukuran peralat an dan kuant it as resin, sehingga biaya m odal berkurang. Gam bar 3 m enunj ukkan t ingkat pem isahan sulfat dalam berbagai wakt u pem akaian dan fakt or konsent rasi. Volum e spesifik air yang diolah yait u 16 l air/ l resin. Wakt u I X proses desalinasi dengan nilai n sebesar 3 dan 4 adalah 7.5, 15, dan 30 m enit . Unt uk m em peroleh t ingkat pem isahan sulfat yang t inggi dengan fakt or konsent rasi 2, I X dioperasikan pada laj u alir yang lebih rendah, art inya wakt u I X dan r egener asi m enj adi lebih lam a yait u 15, 30, dan 45 m enit . Gam bar 3 m enunj ukkan hubungan linear t erbalik pem isahan sulfat dengan laj u alir unt uk nilai n 2 −4. Garis linear dengan nilai n yang lebih kecil m em punyai nilai slope yang lebih kecil, art inya t ingkat pem isahan sulfat t ersebut m enurun lebih drast is pada laj u alir t inggi dan fakt or konsent rasi n yang lebih rendah. Per bedaan dalam pem isahan sulfat akibat berubahnya fakt or konsent rasi akan m enj adi lebih kecil pada laj u alir yang lebih rendah. Laj u alir yang t inggi m endukung fakt or konsent rasi yang t inggi; fakt or konsent rasi yang rendah m em erlukan laj u alir yang rendah sehingga pem isahan sulfat yang diperlukan t ercapai. Unt uk n yang disaj ikan, hubungan linear t ersebut m em - bant u penent uan laj u alir at au wakt u yang diperlukan I X unt uk m encapai deraj at pem isahan sulfat yang diinginkan. Hubungan fakt or konsent rasi dan laj u alir t ersebut harus diperhat ikan saat m engopt im alkan I X dan proses dist ilasi dari sudut pandang ekonom i.
4 120 6197 2979 2160 1494 1058 743 0 0 20 45 61 73 130 4166 1999 1450 1004 711 500 0 26 46 63 74 82 140 2801 1368 992 674 478 336 0 49 63 75 82 88 150 1883 938 680 453 322 226 30 65 75 83 88 92 160 1266 643 466 304 216 152 53 76 83 89 92 94 170 851 440 319 204 145 102 68 84 88 92 95 96 180 572 302 219 137 98 69 78 89 92 95 96 97
_* Berdasarkan kandungan sulfat dalam air laut : 2700 ppm
Ta ble 3 . Evaluasi biaya unit desulfasi yang m enggunakan Relit e MG 1/ P dengan fakt or konsent rasi i sebesar 26 kali biaya peralat an Tem perat ur m aksim um air asin ( °C)
Biaya Pr et reat m ent 140 150 160 170 180 Biaya Resin ( $) 44,100 63,000 94,500 133,20 189,00 Fix ed capit al invest m ent ( $) 270,60 315,30 404,80 495,60 640,66 Jum lah biaya m odal ( $) 314,70 378,30 499,30 628,80 829,66 Biaya m odal Masa am ort isasi ( t ahun) 30 30 30 30 30
Bunga ( % ) 5 5 5 5 5 Biaya m odal ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.068 0.081 0.107 0.135 0.178 Pergant ian resin
0.06
0.06 0.06 0.06 0.06 Pengolahan asam ( $/ kgal air yang diproduk si)
0.05
0.05 0.05 0.05 0.05 Biaya List rik ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 operasi Tenaga kerj a ( $/ kgal air yang diproduksi)
0.03
0.03 0.03 0.03 0.03 Tot al biaya operasi ( $/ kgal air yang diproduksi) 0.178 0.178 0.178 0.178 0.178 Tot al biaya pret reat m ent ( $/ k gal air yang diproduksi) 0.246 0.259 0.295 0.313 0.356 ₃ Konsum si ener gi : 0.1 kWh/ m Biaya list r ik : $0.10/ kWh
param et er yang digunakan pada pabrik lah air laut yang diolah hanya t ergant ung desalinasi MSF. Unt uk t em perat ur di at as pada nilai n. Tet api, j um lah resin dan ukuran °C atau saat nilai n di atas 2, pem isahan
120 peralat an DESULF t ergant ung pada n dan t em perat ur evaporat or. N at au t em perat ur sulfat diperlukan unt uk m encegah t erj adinya yang lebih rendah m em erlukan pem isahan pengot oran CaSO 4 . sulfat yang lebih sedikit , yang secar a t idak
Unt uk air yang diproduksi secara t et ap, j um - langsung ber art i resin yang lebih sedikit dan
Air laut Tangk i peny im pan Filt rasi air laut Air y ang didist ilasi
Tangk i Tangk i
I X
I X R2 R1 Degasifier Ev aporat or
Air asin Keluaran air asin blow - dow n y ang t erpak ai
Ga m ba r 4 . Flow sheet unit DESULF. Cat at an: R1, R2 = Tangki regenerant . peralat an yang lebih kecil. N yang lebih besar m em erlukan um pan air laut yang lebih sedikit ke unit DESULF per volum air yang diproduksi dan m enghasilkan volum regenerant yang lebih sedikit ; m aka laj u alir yang lebih t inggi dapat digunakan dalam proses DESULF unt uk m engurangi j um lah resin dan ukuran peralat an t ersebut .
Berdasarkan param et er yang t elah dibahas, keseluruhan flow sheet DESULF t am pak pada Gam bar 4. Unt uk m encegah pem bent ukan kalsium sulfat dalam heat exchanger yang beroperasi pada 180 °C, Tabel 2 m enunjukkan bahwa 90% , 95% , dan 97% sulfat air laut seharusnya dipisahkan dengan fakt or konsent rasi 2, 3, dan 4. Gam bar 3 m enunj ukkan bahwa penurunan laj u alir cairan at au kenaikan fakt or konsent rasi m enaikkan pem isahan sulfat , m aka m em ungkinkan evaporat or beroperasi pada 180 °C. Agar konsist en dengan sist em desalinasi MVC bert em perat ur t inggi ( Lara- Ruiz dkk., in
)
r
/ V

V
ex
− volum bed resin, l

V
r
− volum regenerant, l

V
reg
− volum air yang dioleh, l

V
ex
in T − tem peratur, °C
)
3
/ ( kg/ m
out
3
press) , fakt or konsent rasinya t et ap konst an
yang dikeluarkan dan air um pan pabrik desalinasi, ( kg/ m
n − faktor konsentrasi antara air asin
m eq − m illiequivalent
D a ft a r Sim bol F − laj u alir spesifik, l/ jam
°C hingga 180°C. Proses DESULF tersebut akan m em ungkinkan penghem at an yang cukup besar pada sist em dist ilasi yang m enaikkan suhu operasi, m em pert ahankan koefisien perpindahan panas yang t inggi, dan m engurangi ukuran kom presor.
Unt uk fakt or konsent rasi yang t et ap, t iap t em perat ur m aksim um air asin m em erlukan t ingkat pem isahan sulfat yang berbeda, dan dicapai dengan m engat ur laj u alir um pan. Laj u alir t ersebut m enent ukan j um lah resin yang diperlukan dan ukuran per alat an. Penilaian ekonom i pada berbagai t em perat ur m aksim um air asin dilakukan pada fakt or konsent rasi sebesar 2. Pada pabrik desalinasi dengan produksi 1 j ut a galon per hari, biaya pret reat m ent DESULF berkisar $0.246 hingga $0.356/ k galon air yang diproduksi dengan t em perat ur m aksim um nya berubah dari 140
4. Hal ini akan m enghem at biaya regenerant . Fakt or konsent rasinya m em pengaruhi pe- m isahan sulfat pada laj u alir yang lebih t inggi.
St udi laborat orium m enunj ukkan bahwa sulfat dapat dipisahkan dari air laut yang diasam kan pada pH 4–5 dengan m em akai resin penukar anion basa lem ah. Resin t ersebut diregenerasi dengan m enggunakan air asin blowdown yang dipekat kan pada pH
4 . Ke sim pu la n
) dapat m enggant ikan Relit e MG1/ P. Biaya produksi desalinasi air laut yang diperkirakan dengan MVC bert em perat ur t inggi yang baru t ersebut [ 1] sebesar $1.44 dan $1.86/ kgalon m asing- m asing di Tim ur Tengah dan Am erika Serikat . Oleh sebab it u, biaya pret r eat m ent DESULF t ersebut adalah sekit ar 20% biaya produksi t ot al. Ekonom i MVC bert em perat ur t inggi yang baru t ersebut m enarik dibandingkan dengan t ek nologi desalinasi air laut MSF yang t radisional ( $2.92 −5.95/ kgalon) dan RO ( $2.42 −8.98/ kgalon) (Ebensperger dan I sley, 2005) t ergant ung pada kapasit asnya.
3
) dan per alat an yang perlu, sepert i dit unj ukan dalam garis put us- put us dalam Gam bar 4. Jum lah resin yang diperlukan dan ukuran peralat annya diperkirakan dari dat a pem isahan sulfat dalam Gam bar 3. Dengan cara yang sam a, biaya pret reat m ent dengan fakt or konsent rasi 3 dan 4 dapat dinilai dengan m et ode yang sam a. Biaya peralat an dinilai dengan ASPEN I CARUS. Walaupun frekuensi siklusnya t inggi, konsum si resin t ersebut berkisar 15% per t ahun akibat goncangan osm ot ik yang kecil dan variasi volum yang rendah selam a langkah pe- m akaian dan regener asi ( De Maio, 1983) . Biaya m odal t ersebut bervariasi dari $0.068 hingga $0.178/ kgalon, sedangkan biaya operasinya t et ap sam a sebesar $0.178/ k galon dengan t em perat ur berubah dari 140 °C hingga 180°C. Biaya pretreatm ent t ot alnya, j um lah biaya m odal dan biaya operasi, berkisar dari $0.246 hingga $0.356/ k galon air yang diproduksi. Karena pergant ian resin m em but uhkan 50% biaya operasi, suat u resin penukar anion basa lem ah yang m urah, A454G ( Mit subishi, yang diproduksi di Cina, $120/ ft
3
( yait u 2) dengan range t em perat ur dari 140 °C hingga 180°C. Tabel 3 m enunjukkan biaya pabrik desalinasi dengan kapasit as produksi 1 j ut a galon per hari. Biaya pret reat m ent DESULF m eliput i resin ( Relit e MG1/ P, $180/ ft
− volum spesifik air yang diolah, l air/ l resin Subscript ex − pem akaian reg − regenerasi Harland, C.E. ( 1994) I on Exchange: Theory
ht t p: / / www.h2opolicycent er.org/ pdf_docu m ent s/ wat er _workingpapers/ 2005- 008.pdf , on April, 2007.
Kraem er, E.O. St am m , A. J. ( 1924) A new m et hod for t he det erm inat ion of t he dist ribut ion of size of part icles in em ulsions, Journal of Am erican Chem ical
and pract ice. The Royal Societ y of Chem ist ry.
Hassan, A. M., Al- Sofi, M. A. K, Al- Am oudi, A.
S., Jam aluddin, A. T. M, Farooque, A. M., Rowaili, A., Dalvi, A. G. I , Kit her, N. M., Must afa, G. M., Al- Tisan, I . A. R. ( 1998) A new approach t o m em brane and t herm al seawat er desalinat ion processes using nanofilt rat ion m em branes ( Part 1) ,
Desalinat ion, 118, 35 −51.
Khan, A. H. ( 1986) Desalinat ion processes and m ult ist age flash dist illat ion pract ice.
Elsevier . Am st erdam .
Ebensperger, U., I sley, P. ( 2005) Wat er policy working paper 2005- 008. Accessed
D a ft a r Pu st a k a
Barba, D., Di Giacom o, G., Evangelist a F., Tagliaferri G. ( 1982) High t em perat ure dist illat ion process wit h seawat er feed decalcificat ion pret reat m ent , Desalinat ion, 40, 347 −355.
Aveni, A., Boari, G., Libert i, L., Sant ori, M., Monopoli, B. ( 1975) Sulphat e rem oval and dealkalizat ion on weak resins of t he feed w at er for evaporat ion desalt ing plant s,
Annual Conference and Exposit ion. NACE- 96- 230.
Am j ad, Z. ( 1996) Scale inhibit ion in desalinat ion applicat ions: an overview in corrosion 96, The NACE I nt ernat ional
A., Must afa, G. M., Dalvi, A. G. I ., Kit her, M. N. M. ( 1999) Means and m erit s of higher t em perat ure oper at ion in dual- purpose plant s, Desalinat ion, 125, 213 −222.
Al- Sofi, M. A. K., Hassan, A. M., Ham ad, O.
Al- Bakeri, F., El Hares, H. ( 1993) Experim ent al opt im izat ion of sponge ball cleaning syst em operat ion in Um m Al Nar MSF desalinat ion plant s, Desalinat ion, 94, 133 −150.
Desalinat ion, 16, 135 −149
Societ y, 46, 2709 −2718
– Filt rat e Analysis Test Kit . Accessed on line on April, 2007, ht t p: / / www.ofit e.com / inst ruct ions/ 14500 % 20Filt rat e% 20Analysis% 20Test % 20Kit % 20I SO.pdf
G., Terranova, V., Giudice ( 1991) Seawat er desulphat ion pret reat m ent for 14400 m 3/ day MSF desalinat ion unit at gela pet rochem ical plant , Desalinat ion, 82, 315- 335.
Boari, G., ( 1974) U.S. Pat ent No. 2,842,002. Boari, G., Libert i, L., Merli, C., Passino, R.
F) operat ion: perform ance t est of a 1 MGD plant at Doha East ( Kuwait ) power st at ion, Desalinat ion, 66, 431 −442.
o
C ( 280
o
Zannoni, R., Resini, I ., Libert i, L., Sant ori, M., Boari, G. ( 1987) Desulphat ion pret reat m ent for 138
C) of Bari’s desalinat ion plant , Desalinat ion, 45, 197 −207.
o
Test ing Equipm ent – 145- 00 I nst ruct ions
Lara- Ruiz, J., Noyes, G., Holt zapple, M. T., An invest igat ion of high operat ing t em pera- t ures in Mechanical Vapor- Com pression, Desalinat ion, in press. Sulfat e ion − quantitative determ ination, OFI
( 1974) Exchange equilibria on anion resins, Desalinat ion, 15, 145 −166. But t , F., Rahm an, F., Al- Abdallah, A., Al-
Zahrani, H., Maadhah, A., Am in, M. ( 1985) Field t rials of hybrid acid- addit ive t reat m ent for cont rol of scale in MSF plant s, Desalinat ion, 54, 307 −320. Cont i, A., Pascali, R. ( 1985) Fundam ent als
and applicat ions of ion exchange, Edit ed by Libert i, L. and Millar, J. R., p.75–80.
De Maio, A., Odone, G., Palm isano, E., Zannoni, R. ( 1979) An advanced m et hod for seawat er chem ical t reat m ent in MSFD plant s, Desalinat ion, 31, 321 −331. De Maio, A., Zannoni, R., Ronzoni, A., Boari,
G., Libert i, L., Sant ori, M. ( 1983) Result s of four years of operat ion at high t em perat ur e ( 150
Zannoni, R., Bonacini, A., Micale, G., Boari,}

Mencegah Pembentukan Kalsium Sulfat pada Desalinasi Air Laut