Tekanan turbin kian naik, standar air umpan makin ketat. Inilah desain plant makeup water yang menyatukan pretreatment yang disiplin, demineralisasi utama (RO/IX), dan mixed‑bed polishing hingga 18 MΩ·cm.
Industri: Power_Generation_(HRSG) | Proses: Demineralization_Plant_(RO
Di pabrik listrik combined‑cycle gas turbine (CCGT; turbin gas siklus gabungan) dengan heat recovery steam generator (HRSG), air tambah (makeup) harus ultra‑murni. Seiring tekanan inlet turbin meningkat, standar kualitas naik ke liga yang menuntut “hampir seluruh kation, anion, silika, organik, dan gas terlarut” disingkirkan (watertechnologies.com; power‑eng.com). Untuk boiler bertekanan tinggi, kebutuhannya sering dirumuskan sederhana: “more than 99% of dissolved ions” harus dihilangkan (power‑eng.com).
Secara praktik, targetnya setara resistivitas ~1 MΩ·cm (konduktivitas <1 µS/cm) atau lebih baik, dengan cation conductivity <0.2 µS/cm untuk ultra‑high purity (nyaris tanpa TDS/total dissolved solids) (erunwas.com; power‑eng.com). Veolia Water Handbook menegaskan: untuk boiler tekanan tinggi, “hampir seluruh ion—termasuk karbon dioksida dan silika—wajib disingkirkan.”
Variabilitas Air Baku dan Batas Risiko
Kualitas air baku—air permukaan, air tanah, hingga efluen terolah—berubah‑ubah. Kontaminan kunci: padatan tersuspensi (lempung, lanau, alga), kesadahan (Ca²⁺, Mg²⁺ dengan CO₃²⁻/SO₄²⁻/SiO₂), klorida, besi/mangan, dan organik. Catatan lapangan: “suspended solids dapat mem‑foul membran RO; Ca/Mg dengan bikarbonat/sulfat membentuk scale; klorida tinggi bisa memicu pitting pada stainless steel” (power‑eng.com). Jejak besi sangat kritis: feedwater boiler “pada dasarnya harus nol besi residual” (bahkan mikrogram) untuk mencegah korosi (sdewes.org). Desain wajib mengantisipasi lonjakan terburuk musiman—misalnya spike kekeruhan saat hujan lebat.
Pretreatment Multi‑Tahap dan Parameter Target
Urutan pretreatment yang lazim: koagulasi/flokulasi → sedimentasi/klarifikasi → filtrasi multimedia → filtrasi kartrid atau membran. Pada air permukaan, koagulasi dengan ~30 mg/L PAC (polyaluminum chloride) plus polimer anionik pada pH teroptimasi menurunkan kekeruhan hingga di bawah 1 NTU (nephelometric turbidity unit) (sdewes.org). Lalu air diarahkan ke clarifier dan filter pasir/anthracite; sand filter konvensional lazim menghasilkan efluen ~0.3–1.0 NTU (power‑eng.com; sdewes.org).
Data empiris menunjukkan train klarifikasi/filtrasi yang matang bisa mencapai ≤0.5 NTU; dengan itu, kartrid pretreatment RO bertahan ~3 minggu sebelum diganti (power‑eng.com). Panduan RO feed: turbidity <1 NTU, SDI(15) <3 (silt density index), TSS <1 mg/L (total suspended solids), besi <0.05 mg/L; ini melindungi membran (power‑eng.com).
Koagulasi/Flokulasi & Klarifikasi
Dosis koagulan (PAC atau kapur) pada 20–60 mg/L plus flokulan mengagregasi koloid untuk target kekeruhan sub‑NTU; studi menunjukkan 30 mg/L PAC + polimer memberi >99% removal padatan (kekeruhan <1 NTU) (sdewes.org). Ferric chloride (FeCl₃) juga efektif, namun residu Fe wajib tersaring karena trace iron dapat mempercepat korosi tabung boiler (sdewes.org). Unit klarifikasi mengeluarkan >90% flok menuju dasar.
Pada tahap ini, penempatan clarifier membantu mengendalikan TSS sebelum masuk filter; untuk tapak sempit, opsi lamella settler menekan jejak lahan.
Untuk koagulan, pabrik sering memilih PAC dipadukan dengan flocculants, dan penakaran presisi menggunakan dosing pump meminimalkan over/under‑dosing.
Filtrasi Media dan Membran UF/MF
Filter cepat pasir atau multimedia menyingkirkan partikel >10 µm dan menghasilkan 0.5–1 NTU, dengan backwash periodik. Media bertingkat yang disetel baik meningkatkan tangkapan kekeruhan dan organik (sdewes.org). Kombinasi media seperti sand‑silica dan, bila relevan, anthracite umum digunakan untuk polishing klarifier effluent.
Semakin banyak plant mengganti/menambah media filter dengan ultrafiltration/microfiltration (UF/MF; membran 0.1–0.2 µm). UF/MF menjaga turbidity 0.02–0.1 NTU dan SDI ≈2 bahkan saat kualitas feed fluktuatif; UF juga mengurangi TOC (total organic carbon) sebesar 50–90%, mengerem risiko biofouling di hilir (power‑eng.com; power‑eng.com). Kasus nyata: mengganti sand filter dengan MF menurunkan turbidity dari ~0.5 NTU ke ~0.03 NTU dan memperpanjang umur kartrid 5–10 µm dari 3 minggu menjadi 3 bulan (power‑eng.com). Paket ultrafiltration kerap diposisikan pasca‑clarifier untuk konsistensi SDI.
Proteksi RO: Kartrid dan Dosing Kimia
Tepat sebelum RO/IX, kartrid 5–25 µm (nominal) menangkap sisa partikulat. Praktik baku adalah kartrid poliester 5–10 µm berkapasitas 100–1,000 gpm (gallons per minute), dengan interval ganti sekitar bulanan tergantung performa hulu (power‑eng.com; power‑eng.com). Unit cartridge filter ini lazim menjadi “last guard” sebelum membran.
Dosis antiscalant untuk kontrol kalsium/silika, penyesuaian pH (acid feed), serta disinfeksi klorin/kloramin diikuti dechlorination merupakan paket wajib; residu oksidan harus dinetralisir (mis. dengan sulfite) agar membran tidak rusak (power‑eng.com). Praktisnya, antiscalant tersedia sebagai program antiscalant membran dan dechlorination dapat ditata dengan agen dechlorination.
Demineralisasi: Ion Exchange vs Reverse Osmosis
Opsi tradisional adalah demineralisasi dua‑bed ion exchange (IX): resin kation (bentuk sodium) diikuti resin anion (bentuk hidroksida). Di bed kation, Ca²⁺/Mg²⁺/Na⁺ bertukar dengan H⁺; di bed anion, Cl⁻/SO₄²⁻/HCO₃⁻/silika bertukar dengan OH⁻; H⁺ + OH⁻ menjadi air. Untuk kualitas tertinggi, bed dirancang sehingga ≥99.99% ion terambil, dan sebuah mixed‑bed (MB) di hilir mengangkat resistivitas ke kisaran ~18 MΩ·cm (konduktivitas ~0.05–0.1 µS/cm) (erunwas.com; power‑eng.com).
Kapasitas & regenerasi: resin kation diregenerasi dengan asam kuat (umum H₂SO₄), resin anion dengan basa kuat (NaOH). Pada beban TDS sedang, Dresden‑bed IX bisa regen mingguan atau lebih jarang; bila ada RO di hulu, loading ke resin turun drastis dan runtime IX bisa “naik puluhan kali” (power‑eng.com). Catatan kualitas: removal CO₂ dan silika harus diperhitungkan (resin/operasi spesifik, atau deaerasi) karena jejak kecil pun bisa lolos; “hampir seluruh ion, termasuk karbon dioksida dan silika” wajib dihapus (watertechnologies.com).
IX menghasilkan limbah regeneran (brine asam/kaustik) yang memerlukan penanganan/pembuangan, dengan biaya bahan kimia dan disposal signifikan. Keunggulannya: CAPEX relatif ekonomis dan footprint ringkas, sehingga masih populer di plant lama atau debit sangat kecil karena kesederhanaannya. Paket demineralizer dan kualitas resin seperti ion exchange resin menentukan stabilitas operasi.
RO Modern sebagai Demin Utama
Dalam dua dekade terakhir, banyak CCGT beralih ke reverse osmosis (RO) sebagai demineralisasi utama, dengan mixed‑bed kecil untuk polishing. Secara global, sekitar “70%” sistem baru memilih RO+MB ketimbang all‑IX (power‑eng.com). RO disukai karena: (a) permeate mengandung ~95–99% lebih sedikit padatan terlarut (power‑eng.com), (b) menghilangkan volume besar limbah regeneran dan hazardnya, (c) OPEX lebih rendah (tanpa regeneran kimia), dan (d) menekan konsumsi resin IX.
Konfigurasi khas: two‑pass RO (untuk silika/boron) diikuti mixed‑bed polishing. Operasi: feed (pasca pretreatment) dipompa 15–30 bar (brackish RO) ke membran; sekitar 75–80% feed menjadi permeate murni dan 20–25% menjadi konsentrat (brine) (power‑eng.com). “Product has approximately 99% of dissolved ions removed” (power‑eng.com); pada 80% recovery, 100 m³/jam feed menghasilkan ~80 m³/jam permeate. Tahap kedua (RO atau EDI/electrodeionization) bisa ditambahkan untuk target ultra‑rendah silika/boron. Skid brackish-water RO menjadi tulang punggung; sumber air laut akan mendorong pemilihan sea water RO.
Fakta kinerja: single‑pass RO menghilangkan ~95–99% TDS; penolakan silika/boron bisa lebih rendah sehingga desain multi‑pass kerap dibutuhkan. Recovery lazim 75–85%; di atas 85% risiko scaling meningkat. Konsentrat (20–25% dari feed) harus dibuang layak atau sebagian didaur untuk utilitas plant (power‑eng.com). Panduan feed membran: turbidity <1 NTU, SDI(15) <3, TSS <1 mg/L, Fe <0.05 mg/L, TOC <5 mg/L (power‑eng.com). UF/MF sebagai pra‑membran kini memungkinkan RO menangani air permukaan yang variabel; UF yang memasok ~0.2 NTU/SDI ≈2 menjaga recovery tinggi dan konsisten (power‑eng.com).
Dari sisi ekonomi, analisis modern menunjukkan RO+MB menurunkan OPEX seumur hidup. Studi representatif GE Water: pemasangan UF+RO di hulu mixed‑bed menghilangkan seluruh penanganan asam/kaustik dan menghemat sekitar $200,000/tahun bahan kimia (power‑eng.com). Trade‑off: RO butuh pretreatment prima, tenaga listrik dan chemical dosing, serta menghasilkan brine yang harus dikelola. Untuk plant debit kecil atau air sangat keras, IX mungkin tetap efisien; namun mayoritas CCGT baru condong ke RO‑based (power‑eng.com; power‑eng.com).
Untuk arsitektur terpadu RO/EDI/UF, lini membrane systems (RO, NF, UF) memberi fleksibilitas tahapan sesuai karakter air baku.
Polishing Akhir: Mixed‑Bed dan Kondensat
Apa pun demin utama yang dipilih, mixed‑bed polishing hampir selalu menjadi tahap akhir. MB menggabungkan resin kation/anion secara intim untuk konduktivitas terendah praktis; produk yang “tepat ukur” bisa mencapai ~18 MΩ·cm (≈0.055 µS/cm) (erunwas.com). Pada set‑up RO, MB memoles permeate dan karena beban ion kecil, siklus regenerasi bisa berbulan‑bulan. Pada train IX‑only, MB adalah keharusan di ujung.
Secara operasional, banyak operator menyewa mobile mixed‑bed; “bottle” resin yang habis diganti dan diregenerasi off‑site—mengurangi logistik kimia on‑site (power‑eng.com). Laporan lain: menambahkan mobile mixed‑bed pada sistem RO menghasilkan permeate <2 µS/cm secara konsisten (power‑eng.com). Unit mixed‑bed yang dapat diregenerasi terpisah memudahkan target sub‑µS/cm; untuk sirkuit uap, unit condensate polisher berdiri sendiri umum diposisikan di hulu boiler feed pumps.
Hasil Desain dan Metrik Kinerja
Pretreatment matang menargetkan RO feed ≤0.5 NTU dan SDI(15) <3; pra‑membran (UF/MF) mampu ~0.05 NTU dan SDI ≈2, memperpanjang masa pakai RO 4–10× dibanding pretreatment konvensional (power‑eng.com; power‑eng.com). RO recovery tipikal 75–85% dengan ~99% salt rejection (power‑eng.com). Contoh: mengolah feed 1000 mg/L TDS menghasilkan konsentrat sekitar ~20,000 mg/L.
Mixed‑bed polishing menargetkan ≥10 MΩ·cm (ratusan kΩ resistivitas) sehingga memenuhi standar HRSG; cation conductivity feed boiler lazim <0.2 µS/cm (power‑eng.com; erunwas.com). Mengganti IX dengan RO dapat “memotong” pemakaian regeneran sekitar ~90%, dan studi kasus menunjukkan penghematan bahan kimia ~US$200,000 per tahun (power‑eng.com). Secara tapak, RO+UF modern bisa lebih kompak—skid terintegrasi mencapai debit setara di sekitar ~1/3 area plant konvensional (power‑eng.com).
Rekomendasi Skema untuk Plant CCGT
1) Uji komprehensif air baku secara musiman/puncak; jangan berasumsi “water is water” (power‑eng.com).
2) Pretreatment tangguh: koagulasi/clarifier untuk air permukaan/efluen; softening (kapur/zeolit) untuk air tanah keras; lanjutkan dengan multimedia filter. Pasang kartrid dan pertimbangkan UF/MF bila feed sensitif. Target turbidity <0.5 NTU, SDI <3 (sdewes.org; power‑eng.com). Untuk opsi pelunakan, paket softener relevan untuk menurunkan kesadahan.
3) Demin utama: pilih RO sebagai baseline. Pasang sistem brackish/SWRO dengan recovery 75–85%, antiscalant dosing, dan multi‑stage bila perlu; pastikan RO feed memenuhi panduan (mis. turbidity <0.3 NTU, SDI <3, Fe <0.05 mg/L) (power‑eng.com). Alternatif: two‑bed IX untuk debit kecil/ultra‑keras, dengan konsekuensi penanganan kimia lebih besar.
4) Polishing: selalu sertakan mixed‑bed di hilir—mobile MB memberi fleksibilitas tanpa regenerasi on‑site (power‑eng.com). Pada IX upflow, tetap akhiri dengan MB. Pertimbangkan EDI sebagai opsi polishing kontinu bergantung target (EDI).
5) Monitoring: pantau kontinu konduktivitas, TOC, silika dan spesiasinya. Target konduktivitas feed <1 µS/cm (cation cond <0.2 µS/cm). Lacak SDI pra‑RO; bila naik >3, bersihkan/optimasi pretreatment (power‑eng.com).
6) Kepatuhan lingkungan: pastikan pembuangan (brine RO, limbah regeneran) memenuhi Baku Mutu Indonesia; misalnya standar efluen pembangkit ~< 1,000 mg/L (bervariasi regulasi) untuk TDS/klorida pada pembuangan non‑potabel. Minimalkan volume buang via recovery tinggi atau rancang ulang reuse internal.
Terakhir: validasi setiap keputusan desain lewat pilot test dan sampling skenario terburuk; kalkulasi biaya harus menimbang OPEX (bahan kimia, limbah) vs CAPEX (membran vs kapasitas resin) sebelum finalisasi.
Sumber data teknis yang digunakan tersebar pada power‑eng.com, sdewes.org, power‑eng.com, power‑eng.com, power‑eng.com, watertechnologies.com, power‑eng.com, power‑eng.com, power‑eng.com, power‑eng.com, power‑eng.com, erunwas.com, dan power‑eng.com. Temuan‑temuan tersebut menjadi dasar proses, target mutu, dan outcome yang dirinci di atas.
