RO modern sudah mendekati “lantai” konsumsi energi 2–3 kWh/m³, tapi fouling, desain yang suboptimal, dan pemulihan energi menentukan siapa yang efisien dan siapa yang boros. Data menunjukkan perangkat pemulihan energi bisa memangkas daya pompa 20–60%.
Harga listrik kini ikut menentukan harga air. Dalam reverse osmosis (RO, proses pemisahan lewat membran bertekanan), energi menyumbang 20–40% biaya produksi air jadi (www.mdpi.com). Di Indonesia, listrik industri sekitar IDR1,115/kWh (≈ $0.068/kWh), sehingga tiap 1 kWh/m³ yang dihemat mengurangi ongkos air desalinasi ~\$0.07/m³ (www.globalpetrolprices.com).
Gambaran kasarnya: pabrik SWRO (seawater RO) generasi lama di 3–6 kWh/m³, sedangkan desain modern di kisaran ~2–3 kWh/m³ (www.researchgate.net) (www.researchgate.net). Satu survei melaporkan rata-rata ~5.1 kWh/m³ (rentang 3.8–6 kWh/m³) (www.researchgate.net), sementara pabrik ber‑recovery tinggi kini rutin di ~2 kWh/m³ (www.researchgate.net). Untuk aplikasi air laut, lini SWRO menjadi barometer efisiensi terbaru.
Hemat Biaya WWTP Brewery: Optimasi Headworks, Turunkan BOD & TSS
Parameter operasi dan SEC
SEC (Specific Energy Consumption, konsumsi energi spesifik, kWh per m³ produk) ditentukan oleh laju produksi, salinitas air baku, recovery (persentase umpan yang menjadi permeat), dan inefisiensi sistem. Model berbasis data menunjukkan SEC naik saat TDS umpan (total dissolved solids) dan mutu produk ditingkatkan, sementara penggunaan ERD (Energy Recovery Device, perangkat pemulihan energi) dan tekanan operasi yang lebih tinggi menurunkannya (www.mdpi.com).
Secara kuantitatif, regresi tersebut mendapati: setiap kenaikan 1 bar tekanan umpan menurunkan SEC ≈0.34 kWh/m³, mengaktifkan ERD (variabel biner “ya/tidak”) menurunkan SEC ~5.4 kWh/m³, sedangkan menaikkan salinitas umpan 1,000 mg/L meningkatkan SEC ~0.62 kWh/m³ (koefisien 6.2×10⁻⁴ per mg/L) (www.mdpi.com). Dengan kata lain, umpan “lebih asin” (tekanan osmotik lebih tinggi) atau recovery yang didorong terlalu tinggi memaksa tekanan pompa naik—energi pun ikut naik.
Pergeseran salinitas juga relevan untuk RO air payau; konfigurasi brackish‑water RO merasakan sensitivitas SEC yang berbeda karena TDS awal lebih rendah dibanding SWRO.
Kenaikan tekanan akibat fouling
Fouling atau scaling menaikkan resistansi hidrolik membran, sehingga butuh tekanan umpan lebih tinggi untuk mempertahankan debit permeat yang sama. Dalam praktik, biofilm, koloid, dan kerak membuat kebutuhan tekanan—dan energi—merangkak naik seiring waktu; biofouling khususnya “meningkatkan penggunaan energi dan frekuensi cleaning” (www.waterworld.com).
Evolusi material mempertegas tren ini: elemen membran “low‑energy” dengan coating anti‑fouling beroperasi dengan ~30% energi lebih rendah dibanding membran konvensional (generasi fouling‑resistant yang lebih lama) (www.waterworld.com). Kuncinya jelas: minimalkan penurunan permeabilitas agar tekanan pompa tak harus dinaikkan.
Di lapangan, pretreatment yang efektif dan cleaning periodik terbukti valid; satu studi desain membran mencatat hingga 60% penghematan energi (vs desain naif) dengan mengurangi “mulut” fouling dan mengoptimalkan recovery per tahap (pubs.rsc.org). Di tataran komersial, pemilihan elemen seperti membran RO komersial 8” dan strategi cleaning memakai membrane cleaners menjadi bagian dari paket operasi untuk menjaga SEC tetap rendah, sementara pretreatment berbasis ultrafiltrasi (UF) lazim dipakai untuk menahan foulant sebelum RO.
Cara Menekan Hot-Side Aeration: DO <0,05 mg/L untuk Beer Lebih Fresh
Peran ERD pada aliran brine
Brine (konsentrat bertekanan tinggi pasca‑RO) menyimpan energi yang mahal jika dibuang begitu saja. ERD modern mentransfer ulang tekanan ini ke sisi umpan. Generasi awal berbasis turbin (Pelton, Francis) dan turbocharger bercokol di efisiensi ≈75–85%, sementara perangkat isobarik terkini seperti Pressure Exchanger atau DWEER mencapai ~95–97% efisiensi transfer tekanan (www.frontiersin.org).
Dampaknya ke SEC sangat nyata. Tinjauan menunjukkan lini SWRO dengan Pelton wheel mengonsumsi ~3.5–5.9 kWh/m³, sedangkan sistem pressure‑exchanger terbaik berjalan di ~3.0–5.3 kWh/m³ (www.frontiersin.org). Pada beberapa kasus, beralih dari Pelton ke isobaric DWEER™ memangkas total SEC ~4.8% (www.mdpi.com), di luar loncatan efisiensi dasar ~10–20% dari Pelton ke PX.
Banyak pabrik SWRO saat ini melaporkan SEC sekitar 2–3 kWh/m³ di level recovery penuh, sementara tanpa ERD butuh 4–6 kWh/m³ atau lebih; studi menyebut SWRO modern dengan ERD memakai kira‑kira separuh—atau kurang—energi listrik dibanding tanpa recovery (www.researchgate.net). Secara termodinamika, batas minimal absolut untuk SWRO 35 g/L pada 50% recovery adalah ~1.06 kWh/m³, dengan “lantai” praktis ~1.5–2 kWh/m³ (www.researchgate.net).
Singkatnya, ERD mendaur ulang tekanan brine menjadi kerja berguna, biasanya menurunkan daya pompa sebesar 20–60%. Salah satu produsen mencatat unit PX terbaik memulihkan ~98% tekanan dan dapat memangkas kebutuhan energi SWRO ~60% dibanding tanpa recovery (energyrecovery.com). Bahkan dengan ERD, strategi kontrol tetap menentukan: desain tiga pompa umpan bertahap di 33%, 66% dan 100% (serta mematikan PX ekstra pada aliran parsial) menurunkan SEC dari ~2.10 menjadi 2.01 kWh/m³ (www.mdpi.com).
Optimasi desain: elemen, vessel, staging
Staging (tahapan RO multipass) memanfaatkan kembali tekanan brine menengah, menurunkan kebutuhan pompa keseluruhan. Menambahkan tahap SWRO kedua setelah pretreatment parsial dapat menaikkan total recovery ≈18–19% dan memangkas SEC ~0.5–0.6 kWh/m³ (www.researchgate.net). Dalam satu kasus, two‑pass RO (dengan partial carbonate removal intermiten) meningkatkan recovery total dari ≈31% menjadi ~34% dan menurunkan energi 0.56 kWh/m³ (www.researchgate.net).
Desain split‑flow (mengarahkan fraksi brine ke pass berikutnya) membantu menyeimbangkan beban osmotik antar‑tahap dan menurunkan puncak tekanan pompa. Hasilnya, two‑stage SWRO yang seimbang sering mencapai recovery lebih tinggi dengan energi total lebih rendah daripada satu tahap besar.
Jumlah elemen per pressure vessel juga krusial. Di train SWRO 8”, konfigurasi umum 6–8 elemen per vessel. Terlalu sedikit elemen membuat vessel dan pompa bertambah untuk kapasitas sama (meningkatkan losses pipa dan energi pompa), sedangkan terlalu banyak elemen menaikkan friksi dan pressure drop dalam vessel, memaksa tekanan pompa naik. Penataan ulang cascade dan staging pompa pada RO air payau (6 vs 7 elemen/vessel di tahap akhir) memberi perbaikan SEC beberapa persen, dan retrofit memakai vessel lebih tinggi plus peningkatan kontrol memangkas SEC ~4% (www.mdpi.com). Solusi komersial seperti paket membrane systems (RO/NF/UF) memudahkan penyesuaian elemen/vessel saat rekayasa ulang kapasitas.
Peringatan penting: SEC meningkat tajam ketika recovery mendekati 100% karena term “1/(1–R)” pada tekanan osmotik (www.mdpi.com). Karenanya, banyak desain membatasi recovery satu tahap di ~30–50%, mengandalkan multi‑stage atau menurunkan recovery total untuk mencapai target debit. Pada operasi beban parsial, beberapa pompa dengan variable‑speed drive menjaga efisiensi pompa tinggi; satu desain mempertahankan ~85% efisiensi hingga 33% aliran (www.mdpi.com). Dengan kombinasi optimasi ini, laporan terkini menempatkan SEC total jauh di bawah 3 kWh/m³ untuk umpan air laut (www.researchgate.net) (www.researchgate.net).
Beerstone di Kettle: Cara Hilangkan Kerak, Hemat Energi, Jaga Rasa
Konteks biaya dan sumber data
Pada tarif listrik ~IDR1,115/kWh (≈ $0.068/kWh) di Indonesia, setiap 1 kWh/m³ yang dihemat bernilai ~\$0.07/m³ pada biaya air desalinasi (www.globalpetrolprices.com). Rentang efisiensi SWRO 3–6 kWh/m³ ke ~2–3 kWh/m³ serta dinamika SEC vs salinitas, tekanan, recovery, dan ERD terdokumentasi oleh studi tinjauan dan industri: Stillwell & Webber 2016 (www.mdpi.com), Feo‑García et al. 2016 (www.researchgate.net), Wei et al. 2017 (www.researchgate.net), Huang et al. 2020 (www.mdpi.com), Schunke et al. 2020 (www.frontiersin.org) (www.frontiersin.org), serta artikel teknis WaterWorld 2013 (www.waterworld.com) (www.waterworld.com). Produsen ERD menambahkan konteks performa: PX terbaik memulihkan ~98% tekanan dan memangkas konsumsi energi hingga ~60% dibanding tanpa ERD (energyrecovery.com).
