Produksi Air Servis PLTU Paiton Unit 9

2.7.1 Karakteristik Air Laut

Sumber air yang digunakan oleh PT PJB UBJ O&M adalah air laut Jawa. Karakteristik air laut yang digunkan sebagai bahan baku produksi yang masuk melalui intake kanal adalah meliputi sifat fisika, kimia, dan biologis. Sifat fisika air laut adalah turbiditas dengan nilai 0,65 NTU, air laut juga memiliki Total Suspended Solid (TSS) < 7,1 mg/L. Sifat kimia air laut yang masuk ke intake kanal adalah salinitas 20%, mempunyai pH basa yaitu 8,16, Dissolved Oxygen (DO) sebesar 12 mg/L. Sedangkan sifat kimia dari air laut tersebut adalah memiliki nilai total koliform sebesar 10 MPN/100 ml.

2.7.2  Proses Pengolahan pada Water Treatment Plant (WTP)

Proses pengolahan pada Water Treatment Plant terdapat beberapa pengolahan diantaranya sebagai berikut :

A. Pre-Water Treatment

Pre water treatment merupakan pengolahan yang berfungsi untuk menghilangkan kandungan suspended solid dalam raw water sehingga memenuhi batasan untuk diolah lebih lanjut. Air laut yang masuk melalui intake, dalam intake terdapat 3 tingkat filter yaitu temporary screen, bar screen, dan traveling screen. Temporary screen berfungsi sebgai penyaring awal sampah atau kotoran yang ada di laut. Temporary screen ini berupa jaring yang terbuat dari besi dan kawat yang bisa diangkat ke permukaan apabila banyak kotoran yang menempel untuk dibersihkan. Bar screen berfungsi sebagai saringan lanjutan dari temporary screen. Bar screen memiliki bentuk yang statis atau tetap dan tidak bisa diangkat ke permukaan atau dipindah. Sampah yang tidak tersaring pada temporary screen akan ditampung pada bar screen.

Alat penunjang lainnya adalah mechanical rake yang berfungsi untuk membersihkan kotoran yang menempel di bar screen. Chlorine injector yang berfungsi untuk menginjeksikan klorin pada water intake yang berasal dari chlorine plant. Fungsi dari klorin ini adalah untuk melemahkan biota-biota laut yang ada di water intake agar tidak menghambat pipa dalam sistem air pendingin. Selanjutnya adalah traveling screen yang berfungsi untuk menyaring kotoran yang lolos dari bar screen. Kotoran dari bar screen yang menempel akan diputar keatas dan kemudian disemprotkan menggunakan spray water pump sehinga traveling screen bersih dari biota laut yang menempel. Traveling screen juga berfungsi sebagai penyaring hewan – hewan laut yang ikut dengan arus laut yang masuk ke WTP. Air laut kemudian dipompa dengan circulation water pump dari water intake untuk suplai sistem air pendingin utama. Air laut juga dipompa menuju kondensor yang digunakan untuk air pendingin pada steam turbine dan dipompa ke closed cycle cooling water heat exchanger yang akan digunakan untuk sistem air pendingin. Berikut pre treatment pada pre-water treatment :

1)  Mechanical Clarifier

Selanjutnya air laut masuk ke clarifier yang dimana clarifier berfungsi sebagai pembentukan flok dengan penambahan koagulan. Pada clarifier terjadi pemisahan antara air bersih dan air kotor. Air bersih yang terpisah dipompakan ke filter. Air laut yang ada pada clarifier ini dilakukan proses koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Koagulasi adalah proses penetralan muatan pastikel dengan penambahan garam anorganik untuk membentuk partikel endapan/flok. Koagulan yang digunakan pada proses ini adalah Poly Alumunium Chloride (PAC) dengan dosis 5-10 ppm. Proses selanjutnya adalah flokulasi yang merupakan pengadukan pelan untuk memperbesar partikel yang sudah terkoagulan sehingga lebih padat dan berat serta meningkatkan settling rate. Flokulan yang digunakan pada proses ini adalah Polyacrilamyde dengan dosis 0,5 ppm. Sedimentasi merupakan proses terakhir dalam clarifikasi, yang merupakan proses dimana flok-flok yang saling berikatan settles membentuk sludge.

2)  Multimedia Filter

Proses adalah multimedia filter yang menggunakan media silica sand atau pasir silika yang ditumpuk di atas gravel. Sistem sand filter berfungsi untuk menyaring menghilangkan kotoran yang kasat mata misalnya kekeruhan, lumut, dll. Daya saring dari sand filter adalah 20-30 micron. Flok yang lolos dari clarifier akan tersaring, maka dapat dilakukan pembersihan saringan dengan cara backwashing. Backwashing adalah pencucian yang dilakukan untuk menghilangkan kotoran yang terakumulasi diatas media dengan metode aliran terbalik. Proses selanjutnya adalah air yang tersaring pada claifier akan masuk ke ultrafiltration filter (UF). Air yang masuk ke UF filter melalui automatic cleaning filter yang berfungsi sebagai penyaring awal cairan yang masih mengandung kontaminan dan over size materials. Ultrafiltration filter adalah membrane filtrasi dimana tekanan hidrostatik memaksa cairan terhadap membran semipermeable. Membran semipermeable adalah lapisan tipis buatan yang mampu memisahkan zat ketika kekuatan pendorong diterapkan melintasi membran. Membran ini dapat menghilangkan bakteri dan mikroorganisme lainnya, partikulat, dan bahan organik alami, yang dapat memberi warna, rasa dan bau air serta bereaksi dengan desinfektan untuk membentuk produk samping desinfektasi (DBP). UF filter berfungsi untuk menyaring colloidal iron, alumunium, dan material organik seperti bakteri dan virus. UF filter dilengkapi dengan sistem cleaning filter yang berfungsi untuk menyaring partikel besar (> 130 μm) agar tidak menyebabkan blocking pada membrane UF.

A.  Reverse Osmosis

Air yang tersaring dari proses UF filter akan masuk ke reverse osmosis. Reverse osmosis adalah proses dimana tekanan berlawanan arah diberikan pada air hasil penyaringan UF filter untuk menembus membran semipermeable agar air tersebut memiliki konsentrasi dissolved solid rendah, RO menyaring ukuran partikel 0,0001 μm seperti ion logam, garam-garam mineral, dan ion-ion organik yang mempunyai berat molekul <300 sehingga air yang menembus RO merupakan air murni yang disebut permeate. Reverse osmosis terdiri atas Sea Water Reverse Osmosis (SWRO) dan Brackish Water Reverse Osmosis (BWRO). Sea water revease osmosis adalah pengolahan air laut menjadi air payau dengan besar conductivity <1000 μs/cm, sedangkan brackish water reverse osmosis adalah pengolahan air produk SWRO menjadi air tawar (fresh water).

Reverse osmosis yang dilakukan di PLTU Paiton 9 diawali dengan first RO. Pada first RO juga memiliki sistem sistem flushing yang berfungsi untuk mengurangi kontaminasi air laut terhadap membrane. Hasil proses air dari first RO ditampung pada fresh water tank. Air yang sudah mengalami first RO dan second RO akan memasuki proses demineralizer melalui catridge filter. Catridge filter merupakan alat pengaman yang berfungsi untuk melindungi membran dan pompa tekanan tinggi dari partikel tersuspensi. Alat ini berpori ukuran 5 μm. Filter ini dapat menyaring partikel dengan ukuran >0.001 mikron. Bahan–bahan kimia yang diinjeksikan pada proses reverse osmosis diantaranya adalah scale inhibitor atau anti scaling berfungsi untuk mengontrol atau mencegah scalling seperti carbonate scaling, sulfate scaling, dan calcium fluoride scalling (Organophosphonate, polyacrilates) dengan dosis sebesar 1-2 ppm. Reductant atau sodium metabisulfate yang berfungsi untuk menghilangkan kandungan chlorine, diinjeksikan  dengan dosis 2-3 ppm. pH adjustment yang berfungsi untuk mengontrol pH feedwater SWRO (acid atau HCl, H₂SO₄) untuk mengontrol scaling.

Sodium hypochlorite berfungsi untuk mengontrol pertumbuhan biota atau mikroorganisme laut untuk mencegah biofouling pada membrane RO, diinjekdi inlet clarifier. Biofouling merupakan sumbatan pada membrane RO yang disebabkan oleh mikroorganisme. Scalling adalah adanya kerak yang terjadi karena kristalisasi garam-garam terlarut dalam membrane RO. Degradasi atau oksidasi yaitu membrane RO terkontaminasi chlorine. Pembersihan reverse osmosis dapat dilakukan chemical cleaning RO, dilakukan apabila terjadi pressure drop naik 15%  dari saat awal operasi, permeate flow turun 15%, dan salt passage naik 15%, serta menjaga performa dan life time membrane RO. Chemical cleaning RO terdapat caustic cleaning yang berfungsi untuk meremove biological, organik, dan koloidal fouling tanpa merusak polyamide composite membrane dan acid cleaning yang berfungsi untuk meremove fouling logam, dan scaling. Selanjutnya ada preservasi RO yang dilakukan ketika RO shutdown di dalam pressure vessel RO terdapat sisa raw water dengan kadar garam tinggi, hal ini akan mempercepat tumbuh kembang biaknya mikroorganisme sehingga bisa menyebabkan biofouling dan dapat menurunkan performance RO.

B.  Demineralizer Plant

Proses pengolahan air pada demineralizer plant adalah untuk mengolah fresh water menjadi air bebas mineral dengan mempergunakan media penukar ion yang terdiri atas penukar anion (R-OH) dan penukar kation (R-H). Air yang dihasilkan dari proses reverse osmosis masih mengandung anion kation yang menyebabkan scaling pada boiler, maka kation dan anion tersebut diremove menggunakan resin ion exchanger. Air yang dihasilkan oleh demineralizer plant digunakan sebagai air pengisi boiler. Ion exchange merupakan proses pemurnian air kualitas tinggi sehingga memenuhi syarat sebagai air penambah atau air pengisi boiler. Terdapat dua macam proses pada sistem ion exchange yaitu proses operasi dan proses regenasi yang dilakukan secara berurutan dan bergantian. Proses kimia yang dilakukan pada demineralizer plant adalah sebagai berikut:

1)  Proses Operasi

Kation : R-H + Ca²⁺/Mg²⁺                R-Ca/Mg + H⁺

Anion : R-OH + Cl^-                          R-Cl + OH^-

2)  Proses Regenasi

Kation : R-Ca/Mg +HCl                   R-H⁺ CaCl₂/MgCl₂

Anion : R-Cl + NaOH                       R-OH + NaCl

Keterangan :
R-H        : Resin kation
R-OH     : Resin anion
Ca²⁺/Mg²⁺ : Katin (Mineral, Kalsium, Magnesium, dll)
Cl^-          : Anion (Klorida, dll)

Proses operasi adalah dimana raw water turun ke dalam tangki, turun melewati resin (Natrium Zeolite), air hasil proses naik ke atas melalui pipa riser dan keluar melewati control menuju tangki make up. Sedangkan pada proses regenasi apabila terdapat resin jenuh, diaktifkan kembali oleh garam (NaCl). Larutan garam ini dimasukkan ke dalam tangki lewat riser bawah, kemudian naik ke atas melewati resin zeolite dan keluar, setelah itu dilakukan slow rinse. Penukar ion lainnya yang banyak digunakan adalah resi sintetik yang terbuat dari polisterine. Ada dua macam resin, yaitu kation (Hidrogen Ion Exchanger) dan ion anion (Hidroxyl Ion Exchanger). Selanjutnya air dari proses anion dan kation bercampur di mixed bed. Pada mixed terdapat backwash yang berfungsi untuk membuang suspended solid yang terikut di resin ion exchange dan resin pecah. Air mix yang berfungsi untuk menghembuskan udara ke dalam udara ke dalam bed resin agar resin kation dan anion bercampur. Settle yang berfungsi untuk mendiamkan resin beberapa saat untuk memastikan bahwa resin telah tercampur. Final rinse yaitu langkah untuk menguji keberhasilan regenasi dengan menggunakan air seperti saat normal operasi. Air bebas mineral hasil dari proses penukaran ion ditampung pada demin tank.

C.  Internal Water Treatment

Pengolahan air yang dilakukan di dalam sistem air uap siklus PLTU. Tujuan pengolahan internal water treatment adalah untuk mencegah terjadinya kerusakan peralatan pembangkit karena korosi dan kerak, menjaga kehandalan dan kesiapan pembangkit, dan mencegah tingginya biaya pemeliharaan karena breakdown. Internal water treatment meliputi :

a.   Condensate dan Feedwater

Condensate dan feedwater treatment merupakan proses pertama pada internal water treatment. Fungsi dari condensate dan feedwater adalah meminimalkan kemungkinan terjadinya flow accelerated corrosion pada all ferrous material sehingga mengurangi akumulasi deposit Fe oxide di waterfall tube boiler, dan meminimalkan kemungkinan terjadinya Cu corrosion pad mixed metallurgy material sehingga menggurangi akumulasi deposit Cu oxide di waterfall tube boiler. Pada condensate dan feedwater treatment terdapat all volatile oxidizing, all volatile treatment reducing, dan oxygenated treatment.

All volatile treatment oxidizing, yang mana pada proses ini dilakukan injeksi ammonia tanpa hidrazin untuk sistem material all ferrous. Selanjutnya ada all volatile treatment reducing yang diinjeksikan ammonia dan hidrazin untuk sistem material all ferrous dan mixed mettalurgy. Terdapat oxygenated treatment yang diinjeksi ammonia dan oksigen untuk sistem material all ferous dan boiler supercritical. Injeksi ammonia berfungsi untuk menaikkan pH condensate, feedwater dan uap range pH yang laju korosinya paling rendah. Pada all ferrous sistem range pH nya adalah 9,2 – 9,6 dan mixed metallurgy 8,8-9,3, injeksi hidrazin berfungsi meremove kandungan oksigen terlarut dalam air condensate dan feedwater, membentuk lapisan passivation pada permukaan pipa, menaikkan pH feedwater.

Condensate polishing plant adalah bejana yang berisi campuran resin cation exchanger dan anion exchanger. Fungsi dari condensate polishing plant adalah mengolah atau memurnikan air condensate dari impurities dissolved solid atau garam – garam terlarut dengan proses pertukaran ion, menyaring partikel – partikel metal oksida produk korosi yang terkandung air condensate.

b.   Boiler Water Treatment

Proses pengolahan pada boiler water treatment terdapat phosphate treatment untuk tipe boiler yang dilengkapi dengan boiler drum, dan all volatile treatment untuk tipe boiler drum dan supercritical (tanpa boiler drum). Parameter yang diperhatikan pada proses ini adalah diantaranya feedwater dan steam, cation conductivity, steam, Na, Cl, SO, dan pph. Proses pada phosphate treatment merupakan tipe boiler water treatment yang menggunakan injeksi Tri Sodium Phospate (Na₃PO₄) di air boiler. Phospate treatment ini digunakan untuk boiler yang dilengkapi dengan boiler drum. Fungsi dari injeksi phosphate adalah untuk mencegah terjadinya pengerakan (scaling) di dalam sistem boiler yaitu dengan mengubah garam Ca dan Mg menjadi garam hot soluble salt, membantu control pH air boiler untuk mengurangi laju korosi dan menetralisir adanya impurities acid sehingga bisa menjadi buffering pH ketika adanya impurities acid. Boiler juga dilengkapi dengan sistem continuous blow down (CBD) yang berfungsi untuk membuang air boiler bila kualitasnya mencapai ambang batas persyaratan yang ditentukan.

c.   Cooling Water Treatment

Air pendingin dibagi menjadi dua di antaranya adalah air pendingin once through dan air pendingin siklus tertutup. Air pendingin once through adalah air pendingin dengan sistem air masuk dan setelah melakukan pendinginan air tersebut langsung keluar dibuang, contoh air tersebut adalah air pendingin condensor untuk mengubah fase uap setelah memutar turbin menjadi air, dalam hal ini menggunakan sumber air laut. Air pendingin siklus tertutup yaitu air pendingin dengan sistem air setelah melakukan pedinginan, contoh dari air tersebut adalah air pendingin untuk peralatan auxiliary seperti pelumas peralatan, pendingin air stator cooling generator, dan pendingin motor pompa.

Air pendingin condensor menggunakan sumber air laut, pada treatment ini dilakukan injeksi sodium hypochlorite ke dalam inlet pompa air pendingin condensor (CWP). Tujuan injeksi adalah untuk melemahkan biota atau mikroorganisme laut dengan tujuan menghambat pertumbuhan biota laut tersebut di dalam tube condensore untuk mencegah terjadinya sumbatan pada tube condensore. Kontrol injeksi sodium hypochlorite yang optimal yaitu dengan menjaga residual free chlorine di outlet condensore sebesar 0,2 – 0,5 ppm. Close cooling water menggunakan sumber air demin (high quality water) yang diinjeksikan dengan hidrazin yang tujuannya untuk membentuk lapisan magnetite pada permukaan tube dan meminimalkan terjadinya parameter yang dikontrol pada CCW adalah pH, N₂H₄, CCl, Fe, Cu, DO. Stator cooling water generator menggunakan sumber air demin, pada sistem ini tidak perlu injeksi bahan kimia tetapi menggunakan resin delonizer untuk mengontrol conductivity sebesar <0.5 μs/cm.