Desalinasi Air Laut, Mencakup Proses, Jenis Pompa, Capex, Opex dan Issue Desalinasi

Desalinasi Air Laut

Desalinasi Air Laut adalah proses menghilangkan kadar garam (salinitas) menjadi air bersih. Pada halaman ini akan dijelaskan proses desalinasi air laut, jenis pompa desalinasi air laut serta Issue desalinasi air laut. Penjelasan lainnya adalah bagaimana desalinasi air laut menghasilkan air bersih.

Kadar garam (tingkat salinitas) air laut sekitar 10.000 -- 36.000 ppm, setelah proses desalinasi air laut akan dihasilkan air bersih dengan nilai kadar garam antara 100 -- 500 ppm.

Penggunaan reverse osmosis air laut adalah salah satu metode yang umum digunakan saat ini.  Reverse osmosis air laut membutuhkan tekanan kerja untuk mendorong membrane yang cukup tinggi, yaitu antara 600 -- 1000 psi. Karena membutuhkan tekanan cukup tinggi, maka kebutuhan power listrik juga hampir 3 kali dari reverse osmosis biasa. 

Desalinasi Air Laut Menjadi Air Tawar

Desalinasi air laut menjadi air tawar adalah penghilangan garam dan kotoran dari air laut untuk menghasilkan air tawar.

Jenis desalinasi air laut, secara umum dikenal dengan dua jenis, yaitu Distilasi dan Reverse Osmosis. 

Distilasi adalah proses mendidihkan air laut dan mengumpulkan kondensat yang telah meninggalkan garam dan mineral lainnya.  Metode seperti bisa dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan evaporasi thermal (energi power listrik) yang umum dikenal dengan Multi Stage Flash dan yang satunya adalah dengan solar cell panel (energi matahari).

Desalinasi air laut dengan reverse Osmosis menggunakan membrane khusus air laut dengan pompa tekanan tinggi 1000 psi.  Besarnya tekanan sangat bervariatif berdasarkan nilai kadar garam air bakunya.

Pompa Desalinasi Air Laut

Pompa Desalinasi Air Laut umumnya tidak dijual di pasar umum.  Pompa ini bisa diperoleh dari supplier lokal sebagai distibutor atau importir.  Atau bisa juga membelinya langsung dari vendor di luar negeri, mengingat saat ini sudah mudah diperoleh secara bebas.

Kemampuan pompa yang bertekanan tinggi adalah spesifikasi yang paling utama dalam desalinasi air laut.  Untuk menekan air garam, dibutuhkan tekanan yang cukup tinggi.  Secara teori semakin tinggi kadar garam, maka akan membutuhkan tekanan yang semaking tinggi juga.

Pemilihan pompa tekanan tinggi untuk desalinasi air laut sangat penting.  Secara umum dikenal ada 4 jenis pompa tekanan tinggi, yaitu :

• Pompa Plunger
• Pompa Piston
• Pompa Diapghrma
• Pompa Multistage

Faktor pertama yang dijadikan patokan untuk pemilihan adalah kapasitas yang akan dihasilkan.  Hal ini mengingat, umumnya pompa type multistage yang memiliki kapasitas yang besar.

Sementara pompa jenis Plunger dan Diaprahma umumnya lebih kecil.  Sementara pompa piston cenderung di tingkat kapasitas yang medium.

Beberapa merk umum yang digunakan berdasarkan jenis pompanya adalah sebagai berikut :

• Pompa Plunger         : Cat Pump
• Pompa Piston            : Danfos
• Pompa Diaprhma      : Hydracell
• Pompa Multistage    : Fedco

Material Pompa Tekanan Tinggi

Material Pompa Tekanan Tinggi untuk Desalinasi air laut adalah pompa yang tahan karat dari kadar garam air laut.

Ada beberapa pilihan material yang sesuai, diantaranya NAB, SS -- 316L, dan Duplex. Tentunya semakin bagus material, maka biaya pengadaannya semakin tinggi juga.

Material yang digunakan paling rendah gradenya adalah NAB ((nickel Alumunium Bronze).  Material ini walaupun rendah, pengalaman dari mapurna cukup bertahan lebih 5 tahun.  Pemilihan dengan material ini tentunya berhubungan dengan biaya yang lebih rendah dibanding material lainnya.  Material jenis ini hanya dimiliki oleh pompa plunger dari Cat Pump.  

Material umum yang digunakan adalah SS -- 316L, material ini terbuat dari full stainless steel.  Hampir sebagian besar jenis pompa tekanan tinggi memiliki material ini.

Sementara material Duplex adalah yang paling bagus digunakan untuk desalinasi air laut.  Index biaya pembelian pompa berkisar 3 -- 4 kali pompa NAB.  Apabila pembiayaan menjadi faktor utama, lebih baik tidak menggunakan pompa dengan material ini.  Pilihlah yang dibawah-nya dengan Stainless SS -- 316 atau pilih NAB.

Energy Recovery Device (ERD)

Energey recovery device ini adalah perangkat tambahan pada pompa tekanan tinggi untuk desalinasi air laut dengan membrane.  Karena pompa ini membutuhkan power listrik yang tinggi, maka dengan unit tambahan ini akan mengurangi konsumsi listrik yang dibutuhkan.

Tekan air dari pompa tekanan tinggi ke membrane akan menurun sekitar 1,5 hingga 2 bar, tergantung pada jumlah elemen per STAGE (tahapan).

Dengan sistem ERD ini, dimungkinkan untuk menggunakan kembali energi dari aliran konsentrat (rejection). Konsentrat diarahkan ke ERD, di mana ia langsung mentransfer energinya ke bagian air umpan yang masuk.

Akibat dari pemanfaatan energi aliran concentrate ini, maka akan dihasilkan tekanan yang sama dengan konsumsi power yang rendah.  Sehingga, biaya yang dikeluarkan untuk konsumsi power menjadi menurun.

Penggunaan ERD ini sangat cocok untuk sistem desalinasi air laut dengan membrane yang kapasitasnya medium atau tinggi, misalnya di atas 5 M3/Jam.  Apabila unit ERD ini dipasang pada kapasitas kecil, maka akan berhubungan dengan biaya pembelian unit ERD yang tidak sedikit juga jumlahnya.

TDS Air Baku vs Tekanan Air Membrane

TDS air baku dari air laut sangat beragam, di Indonesia berkisar antara 12,000 -- 36,000 ppm.  Di beberapa tempat belahan dunia lainnya ada yang 45,000 ppm.

Semakin tinggi TDS air baku, maka akan membutuhkan tekanan yang lebih tinggi.  Pengalaman di lapangan, misalnya TDS air baku sekitar 18,000 ppm,, maka membutuhkan tekanan sekitar 700 psi (48,3 bar).  TDS air baku sekitar 32,000ppm membutuhkan tekanan berkisar 850 psi.

PROSES DESALINASI AIR LAUT 

Proses desalinasi air laut tentunya dimulai dari sumbernya atau disebut dengan intake (sumber air baku). Cara pengambilan intake umumnya ada 2 cara yaitu dengan Pengeboran Pantai (beach deep well) atau pengambilan langsung ke tengah laut (open surface).

Secara umum proses desalinasi air laut adalah air laut dipompa ke tangki air baku, kemudian pompa tekanan tinggi menekan membrane untuk menghilangkan garam dan partikel lainnya.

Pori-pori di membran sangat kecil sehingga garam, bakteri, virus, dan kotoran lainnya terpisah dari air laut.  

Akibat dari penekanan membrane ini terdapat 2 aliran, yaitu air hasil (air bersih) dan air buangan (air dengan kadar garam lebih tinggi).

Setelah menjadi air bersih, selanjutnya air keluaran dari membrane bisa di olah lagi untuk memenuhi standar air minum.

Apa itu air asin ?

Definisi air asin pada proses desalinasi air laut adalah air yang mengandung sejumlah besar garam terlarut, atau secara umum dikenal dengan "natrium klorida" (NaCl). Umumnya jumlah garam yang ada di dalam air dipresentasikan dengan satuan "ppm". Semakin tinggi nilai satuannya, maka akan semakin tinggi pula konsentrasi garam dalam air.

Mengetahui klasifikasi jenis air baku akan menjadikan proses desalinasi air laut menjadi benar dan baik.  Klasidikasidari kadar garamny diuraikan sebagai berikut :

• Air tawar                     : < 1.000 ppm
• Air sedikit asin           : 1000 -- 3000 ppm
• Air asin sedang         : 3000 -- 10000 ppm
• Air Sangat Asin          : 10000 -- 35000 ppm
• Air yang sangat asin - Dari 10.000 ppm hingga 35.000 ppm

Dalam teknologi pengolahan desalinasi air laut umumnya hanya klasifikasi air laut sangat asin saja yang akan di diskusikan pada halaman ini. 

Contoh analisa air laut seperti di tunjukkan di bawah ini :

Kebutuhan akan air tawar

Indonesia adalah negara yang kaya akan sumber air tanah.  Namun di daerah tertentu seperti di daerah kepulauan, sumber air tanah yang tergolong air tawar (tap water) jumlahnya terbatas.

Kami memiliki pengalaman memasang di beberapa tempat di Indonesia, terutama daerah kepulauan.  Dari pengalaman kapasitas yang dibutuhkan adalah yang kecil hanya untuk minum. Namun dipasang ada beberapa unit di tempat lainnya di satu pulau tersebut.

Dengan kemajuan teknologi, proses desalinasi air laut bisa dipasang dimana saja.  Sehingga upaya mengatasi kekurangan air bersih lebih cepat diatasi.

Issue Desalinasi Air Laut 

Issue desalinasi air laut yang vital adalah ekonomi dan lingkungan.  Dari sisi ekonomi, bagaimana agar efisien.  Sedangkan dari sisi lingkungan umumnya berhubungan pembuangan air rejection (buangan).

Dengan kemajuan teknologi desalinasi air laut menjadi sumber air yang menarik untuk mengatasi kekurangan air bersih. Proses ini dapat diterapkan di mana pun asalkan ada sumber air laut yang cukup baik.

Mengingat dibutuhkan investasi yang cukup besar, maka kunci utama dari desalinasi air laut adalah biaya investasi yang rendah (CAPEX) dan biaya operasional yang rendah (OPEX).

Selain issue ekonomi capex dan opex, ada beberapa issue lain yang mengikutinya, antara lain : 

A.  Produksi Air Buangan (air rijek)

Issue desalinasi air laut yang sering di bicarakan adalah adanya buangan air rejeksi sekitar 60 -- 70% air akan dibuang.  Tidak seperti penggunaan air reverse osmosis air tawar dimana air buangan masih bisa dimanfaatkan.  

Pada issue desalinasi air laut ini, air buangan adalah mengandung air garam dengan konsentrasi yang lebih tinggi, misalnya 45000 -- 50000 ppm.  Kadang kala didaerah tertentu pembuangan air ini akan menjadi problema.  Namun pengalaman kami di beberapa tempat, bahwa air buangan ini bisa dimanfaatkan untuk nilai ekonomis yang lain.

Debit air asin sering kali merupakan sumber mineral dan elemen berharga seperti garam. Dimana garam dapat diolah menjadi produk yang komersial.  Beberapa teori dan informasi para ahli, bahwa air buangan mempunyai potensi nilai manfaat lainnya.

B.  Dampak Kehidupan Laut

Kekhawatiran lain dalam industri ini adalah issue desalinasi air laut yang berhubungan dengan biologi kehidupan di laut yaitu pengambilan air permukaan ("open surface") dalam jumlah banyak.  Pengambilan air ini dikhawatirkan akan mengangkut biota laut bersama air baku.

Open surface ini adalah metode pengambilan air bahan baku dengan pompa yang menjorok ke laut.  Selama proses pemompaan, air dari laut dan beberapa kehidupan biota laut akan ikut tersedot.

Umumnya jarak pengambilan air laut dari pantai sekitar 300 -- 500 meter, dimana banyak biota laut di pinggir pantai tumbuh, seperti beberapa jenis ikan dan kepiting.

Dengan issue ini, maka para ahli menyarankan untuk mengambil air laut tidak lagi dari open surface melainkan dengan "beach Deepwell" yaitu pengeboran di pinggir pantai.

Pengalaman kami juga menunjukkan, untuk pantai yang mempunyai ombak cukup tinggi maka open surface akan mempunyai risiko besar.  Hal ini mengingat pemipaan yang menjulur ke laut, akan mudah diterjang ombak.

Dari uraian di atas, dampak kehidupan laut hanya signifikan pada desalinasi air laut dengan kapasitas yang besar.  Kapasitas yang dianggap ukuran besar adalah 50 M/Jam atau lebih.  Namun ukuran kecil yang dimulai dari reverse osmosis kapasitas 1300 - 5500 liter/hari dan ukuran medium 11,000 -- 22,000 liter/hari tidak signifikan pada kasus di atas. 

C. KONSUMSI ENERGI YANG RAKUS

Issue desalinasi air laut lainnya adalah kebutuhan power energi yang besar.  Untuk menggerakkan pompa tekanan tinggi dibutuhkan konsumsi energi listrik besar.    Pengalaman kami melaksanakan pemasangan di beberapa tempat, terbatasnya jaringan listrik, akan menghalangi pemasangan desalinasi air laut.

Sebagai contoh, desalinasi air laut membrane yang agak besar, bisa dilakukan karena sudah adanya jaringan power energi listrik yang cukup.  Sebagai contoh kapasitas 50 M/Jam akan membutuhkan power energy 250 -- 300 kW.

Alternatif untuk mengadakan sumber listrik adalah menggunakan Power Generator (genset).  Sebagai contoh, kapasitas produksi reverse osmosis air laut sebesar 5500 liter per hari membutuhkan energi 3 kWH.

Penggunaan genset ini juga akan muncul, ketika sumber pembelian bahan bakar minyak seperti gasoline/premium ataupun solar menjadi terkendala.  Pengalaman kami ini sering terjadi di beberapa lokasi.  Sehingga kerja sama pengadaan BBM dengan para nelayan, menjadi solusinya.

Di beberapa tempat yang susah mendapatkan bahan bakar, memasang "solar cell panel".  Namun kendalanya adalah investasi pengadaan sumber dari solar panel lebih mahal dibanding pengadaan sistem reverse osmosis air lautnya.

Kesimpulan:

1. Sistem desalinasi yang sukses membutuhkan pemahaman dan desain yang tepat untuk mengatasi kandungan garam yang tinggi dan sejumlah besar mikroorganisme yang ada di air laut. Tingginya tingkat kekeruhan dan korosifitas air laut juga memerlukan tindakan untuk mengatasinya. 
2. Reverse Osmosis Desalinasi air laut membutuhkan desain yang tepat, sehingga investasi dari sisi CAPEX dan OPEX terpenuhi.
3. Mengurangi issue yang berdampak dengan lingkungan.  Serta regulasi pemerintah tentang intake pengambilan air baku.