Activation of Raw Water Pre-Treatment




JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, Desember 2006, 287-291 ISSN 0215-1685





Activation of Raw Water Pre-Treatment Facility in PLTU Ombilin


Misri Gozan, Emil Mahfuzi, Lili Hambali dan Asep Handaya Saputra
Chemical Engineering Department, Faculty of Technology, University of Indonesia
Kampus Universitas Indonesia, Depok 16424, Indonesia
e-mail: mgozan@che.ui.edu

Abstrak
Pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), seperti di PLTU Ombilin, Sumatera Barat, air
digunakan  terutama untuk air  umpan boiler,  untuk pendingin, pemadam  kebakaran, service  water, dan
air  minum.  PLTU  Ombilin  menggunakan  Sungai  Ombilin  sebagai  sumber  air  baku  untuk  memenuhi
semua kebutuhannya akan air. Sebelum dapat digunakan untuk memenuhi semua keperluan tersebut, air
baku  harus  diolah  terlebih  dahulu  melalui  berbagai  tahapan  untuk  menghilangkan  berbagai  pengotor
yang secara alami terkandung di dalamnya. Penelitian ini bertujuan untuk merancang unit pengolahan
awal  air  baku  untuk  utilitas  di  PLTU  Ombilin  dan  membandingkannya  dengan  unit  pengolahan  yang
sudah ada dan beroperasi. Untuk keperluan perancangan digunakan data laju alir air yang diolah yang
diperoleh  dari  lapangan  yaitu  sebesar  1.160  m3/jam.  Perancangan  ditujukan  untuk  menyisihkan  TSS,
patogen,  dan  kekeruhan  yaitu  dengan  menggunakan  prinsip-prinsip  koagulasi,  flokulasi,  sedimentasi,
disinfeksi, dan membran ultrafiltrasi. Hasil perancangan ini berupa rangkaian proses yang tersusun dari
static mixer, flokulator, clarifier, dan membran ultrafiltrasi, serta dengan menggunakan senyawa kimia
meliputi  alum,  kapur,  NaOCl,  dan  polielektrolit.  Static  mixer  yang  digunakan  memiliki  diameter  pipa
sebesar  16  in.  Flokulator  dirancang  berupa  saluran  berpenampang  (2x2)  m2  dengan  panjang  100  m.
Clarifier berupa unit aliran horizontal, dengan permukaan (40 x 20) m2 dan kedalaman 5,8 m. Clarifier
ini memiliki laju beban permukaan 35 m3/m2.d, laju beban weir 250 m3/m.d  dengan panjang weir 111,36
m.  Membran  ultrafiltrasi  hanya  mengolah  80%  air  umpan,  dengan  fluks  50  lmh,  dan  luas  permukaan
yang dibutuhkan 13.290 m2. Dari perbandingan hasil perancangan dan unit pengolahan yang sudah ada,
didapatkan rekomendasi bagi unit pengolahan yang ada untuk tidak menggunakan screen, memodifikasi
flokulator dan clarifier, serta mengganti saringan pasir dengan membran ultrafiltrasi.
Kata kunci: Pengolahan air, filtrasi, sedimentasi, koagulasi dan flokulasi umpan boiler.

Abstract
In a power supply (PLTU) located in West Sumatera Barat, water is massively utilized for boiler feed,
chiller fire fighters, service water, and drinking water. This need is supplied by a river nearby as the only
source. This raw water   is subject to a pre-treatment unit to remove the contaminants. This research was
aimed to design a raw water pre treatment unit for utility in the power supply and to compare with the
existing and operating treatment unit. The feed flow rate is 1,160 m3/hour. The design objective was to
remove   TSS,   pathogenic   bacteria,   and   turbidity   using   coagulation,                                 flocculation,   sedimentation,
disinfectant, and ultra filtration membrane. Static mixer was used with pipe diameter 16 in. Flocculator
has  tubular  size  of  (2x2)  m2  with  100  m  length.  Clarifier  was  a  horizontal  flow  type  with  surface  of
(40x20) m2 and depth 5,8 m. This clarifier has surface loading flow rate of  35 m3/m2.d, weir loading 250
m3/m.d        with weir length of 111.4 m. Ultra-filtration membrane treats only 80% of feed water (50 lmh
flux) and need surface area of 13,290 m2. From the comparison we found that we do not the screening.
Furthermore,  we  should  modify  the  flocculator  and  clarifier,  and  replace  the  sand  filtration  unit  with
ultra-filtration membrane.
Keywords: Water treatment, filtration, sedimentation, coagulation, flocculation and boiler feed.


1. Introduction


A   power   supply   in  Sawahlunto,  West Sumatera  takes  water  from  Ombilin  river and  treats  the  water  for  several  purposes. Water    fed    to    boiler    should    be    free    of
mineral.   Therefore,   raw   water   undergoes pre      treatments      and      finally      goes      to





Parameter
Nilai
Total Suspended Solid
< 1 mg/l
Turbidity
< 0,5 JTU
Free chlorine
0,1  0,5 mg/l

 


Parameter
value
Total Suspended Solid
< 5 mg/l
Turbidity
< 2 JTU
Free chlorine
0,1  1 mg/l

 

M. Gozan, E. Mahfuzi, L. Hambali dan A. H. Saputra





demineralisation  plant.  Water  goes  through
belt       screen,        static        mixer,        floculator,
clarifier,  and  sand  filter.  Petreatment  plays
an  important  role  prior  to  demineralisation
to     remove        most      of     the      organic        and
inorganic.
In   the   pretreatment   stage,   Aluminum
sulphate         (Al2(SO4)3),         lime        (Ca(OH)2),
NaOCl,  and  a  poly-electrolite  are  used  to
remove   the   suspended   solid.   Function   of

Alum  as  coagulant,  lime  as  pH  regulator,
NaOCl  as  disinfektan,  and  polielektrolit  as
(coagulant  aid)  or  flokulan.  To  re-activate
raw water pre-treatment   need a study again
to the existing unit

2. Metodology

The   objectives   of   this   research   is   to
obtain      first     design      stage      of    raw     Water
pretreatment            for   Ombilin   Steam   Power
Plant  for  utility  by  several  process  stage,
include  rapid  mixing,  low  mixing  and  ultra
filtration   membrane.   The   equipments   are
designed   for   rapid   mixing,   sedimentation
tank and ultra filtration for fine strain.
Raw      water       has      strict      requirements
criteria,  even  more  strict  than  requirement
of domestic water. Boiler fed water must be
free   of   mineral   ingredients   in   raw   water,
therefore   fed   water   must   be   proceed   in
deminerasation              to         remove           mineral
ingredients.  Demineralisation  can  be  run  in
several       methods,        one     of     them      is     ion
exchange. The design is performed base on
datas  which  has  taken  on  site  (the  existing
water pretreatment).others, asumption datas
are used in calculation.

3. Result and discussion

Water         pre-treatmentis             located          in


Figure 1.
Pretreatment Process Schematics

The  raw  water  from  river  is  add  with
chemical    coumpound    which    consist    of
alum,   lime,   natrium   hipoklorit   (NaOCl).
The coumpound is feed to a static mixer.
Raw     Water     pretreatment     in     Steam
power    plant    Ombilin    produce    water    to
fulfill   need   of   demineralisation   and   other
neccesities    such    as    service    water,    fire
fighting  water  and  cooling  water.  Most  of
ouput water of Clarifier (80%) need further
treatment by using sand filter, others is used
for system service, fire fighting and cooling
water   system.   Sand   filter   produce   water
where   fulfil   requirement   water   feed   for
demineralisation.   Quality   of   water   output
clarifier  and  output  of  sand  filter  are  listed
in Table 1.

Tabel 1.
Quality of Water Output Clarifier







Tabel 2.
Quality of Water Output of Sand Filter

Ombilin   Steam   Power   Plant   which   used
principle           of        coagulation,            floculatin,
sedimentation,   disinfectan,   and   filtration.
Equipment         used      include        static       mixer,
screen,   pulsator   clarifier   and   sand   filter.
Schematic  process  of  water  pretreament  is
shown in Figure 1




288                                                   JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, Desember 2006, 287-291





No.
Equipment
Spesification
Value
1
Static Mixer
Flow (Q)
1.160 m3/h


Pipe Diameter (D)
16 in


Velocity (v)
0,621 m/s


Reynold     Number
(R)
3,02 x 106
2
Flocculator
Flow(Q)
1.160 m3/h


Cross section (A)
4 m2


Eometry   of   cross
section G
(2 x 2) m2


detenti on time(t)
20 minutes


Volume (V)
386,4 m3


Channel length (l)
100 m
3
Clarifier
Flow (Q)
1.160 m3/h


Surface            load
velocity
35 m3/m2.d


weir load velocity
250 m3/m.d


Surface area (A)
795,4 m2


Surface shape
(40    x  20)
m2


High (H)/ Depth
5,8 m


Weir length
111,36 m
4
Ultra
filtration
membrane
feed Flow (Q)
928 m3/day

permeate flow
696 m3/day


permeate flux(J)
50         lmh
(litre       per
m2         per
hour)


Surface area (A)
13.920 m2

 
Activation of Raw Water Pre-Treatment Facility in PLTU Ombilin






The design is summarized on table 3.

Table 3.
Summary of Design Result






































There   are   several   differences   between
design       result      with      existing       plant,       the
differences are the usage of screen, clarifier
design,  and  the  difference  of  the  usage  of
sand filter and ultra filtration membrane.
Flocculator channel
The      result       of      design       shown       that
flocculator channel 100 meter in length and
(2   x   2)   m2   cross   section.   Meanwhile   on
site,  flocculator  channel  about  30  meter  in






length  with  (1  x  1)  m2  in  cross  section.  It
cause   imperfection   in   floculation   because
detention is not sufficient
To improve performance of flocculation
of operated water treatment units, floculator
channel   should   be   modified.   It   could   be
modified   as   calculation   result   change,   so
that  floc  can  be  obtained  and  easy  to  form
sediment.
Clarifier Design
Clarifier      design      as      a      result      of
calculation  differ  with  existing  clarifier  on
site. It is occured because basic operation is
different.     The     design     of     clarifier     use
horizontal     flow     meanwhile     exist     plant
special   type   of   flow   is   clarifier   pulsator
vertical flow.
Pulsator  system  use  fan  to  vacuum  the
vacuum  chamber  on  surface  of  water.  As
fan  cause  chamber  vacuum,  the  surface  of
water would flow up in vertical direction in
the   chamber.   a   moment,   i.e.   40   seconds,
then  the  vacuum  would  be  released  so  that
the      surface      of      water      would      down
immediately.     20     seconds     then     vacum
chamber  would  be  vacuum  again  and  the
process  will  be  done  countinuosly  base  on
certain   time   periods.   It   is  combined   with
spread  jet  channel  that  exist  in  clarifier  to
form sludge as a result of pulsation system,
they  spread  on  the  clarifier.  By  using  this
method,   sedimentation   process   would   be
faster  because  flocs  would  not  only  form
sediment   because   of   gravitation   but   also
force on pulsation process.

4. Summary

Water Pre-treatment Plant for the utility
use      coagulant      principle,      flocculation,
sedimentation,         and         ultra         filtration
membrane need following equipments:
Mixer     Static     is     to     mix     chemical
compound, include alum as coagulant, lime
as pH regulator, and NaOCl as disinfectant.
The  operated  Water  pretreatment  plant
in PLTU Ombilin needs some modification.




JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, Desember 2006, 287-291                                                                                  289




M. Gozan, E. Mahfuzi, L. Hambali dan A. H. Saputra






Floculator        channel       need      to     modify       to
produce sufficient detention time in order to
form  better  flocs.  Pulsator  clarifier  should
be  replaced  with  horizontal  flow  clarifier.
Sand   filter   should   be   replaced   with   ultra
filtration  where  produce  water  with  better
quality.

References

[1].   Metcalf          dan     Eddy,      “Wastewater
Engineering”,                 3rd            edition,
McGraww-Hill                     International
Edition, New York, 1991.
[2].   Operation   Manual   Book   of   Raw
Water       Pretreatment          of     Ombilin
Steam Power Plant.
[3].   Anselme,           C    dan     Jacobs,      E.     P.,
“Water           Treatment            Membrane
Process,  Chapter  2”,  McGraw-Hill,
New York, 1996.
[4].   Mihelcic,            James      R.     and      Hand,
David       W.,      “Water        Supply       and
Treatmet:                 supplement                 to
Fundamentals           of      Environmental
Engineering”,  John  Wiley  &  Sons,
Inc., New York, 1999.
[5].   Mahaputra,            H.,     “Seminar:        Studi
Parameter        Kondisi       Operasi      pada
Pengolahan         Air     Sumur       Dengan
Metode               Osmosis               Balik”,
Departemen           Teknik         Gas       dan
Petrokimia, 2005.
[6].   Qasim, Syed A., E. M. Motley, and
Guang          Zhu,         “Water           Works
Engineering: Planning, Design, and
Operation”,        Prentice       Hall,      USA,
2000.
[7].   Davis,   Mackenzie   L.   and   D.   A.
Cornwell,  David  A.,  “Introduction
to Environmental Engineering Thid
Edition”,  McGraw  Hill,  Singapore,
1998.
[8].   Kirk,   Raymond   E.   and   Donald   F
Othmer,              “Encyclopedia                 of
Chemical  Technology  4th  Edition,
Volume 11”, John Wiley and Sons,
Inc., Singapore, 1994.
[9].   Gozan,           Misri       dan      Supramono,
Diyan,        “Pengolahan          Air      untuk






Utilitas    Pabrik”,    Jurusan    Teknik
Gas dan Petrokimia FTUI, 2000.
[10].  Aptel,  Philippe  dan  Buckley,  Chris
A.,   “Water   Treatment   Membrane
Process,    Cahpter    10”,    McGraw-
Hill, New York, 1996.
[11].  Perry,    R.H.    dan    Green    D.    M.
Howe.              Perry’s              Chemical
Engineering   Handbook.   McGraw-
Hill, 1999.
[12].  Fair,  Gordon  M.,  Geyer,  J.C.,  dan
Okun,          D.A.,          “Water          and
Wastewater   Engineering,   Volume
2:         Water         Purification         and
Wastewater           Treatment           and
Disposal”,   John   Wiley   and   Sons,
Inc., New York, 1967.
[13].  Mulder,  Marcel,  ”Basic   Principles
of Membrane Technology”, Kluwer
Academic  Publishers,  Netherlands,
1996.
[14].  Wagner, John, “Membran Filtration
Handbook:      Practical      Tips      and
Hints”, Osmonic, Inc., 2001.
[15].  Peavy,     S.     Howard,     Donald     R.
Rowe,       George       Tchobanoglous,
“Environmental             Engineering”,
int.Ed, Mc-Graw Hill, 1985.
[16].  Cleveland            Eastern            Mixers,
www.emimixers.com
[17].  Gumilar,  T.,  “Skripsi:  Pemanfaatan
Zeolit     Alam     Lampung     Sebagai
Bahan  Bantu  Koagulan  Aluminum
Sulfat                   (Al2(SO4)3.18H2O):
Pengaruh  Dosis  Optimum  dan  pH
Umpan         Terhadap         Efektifitas
Koagulasi   dan   Kinerja    Membran
Mikrofiltrasi”,  Departemen  Teknik
Gas dan Petrokimia, 2005.
[18].  Kemmer,    Frank    N.,    “The    Nalco
Water     Handbook     2nd     Edition”,
McGraw Hill, USA, 1994.
[19].  Mahvi,     A.H,     and     M.     Razavi,
“Application   of   Polyelectrolyte   in
Turbidity    Removal    from   Surface
Water”,      American      Journal      of
Applied     Sciences,     pp     397-399,
2005.
[20].  Jones,   S.   Casey,   F.   Sotiropoulos,
dan   A.   Amirtharajah,   “Numerical





290                                                   JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, Desember 2006, 287-291




Activation of Raw Water Pre-Treatment Facility in PLTU Ombilin





Modeling of Helical Stactic Mixers
for   Water   Treatment”,   Journal   of
Environmental      Engineering,      pp.
431-440, May 2002.
[21].   Department     of   Environment     and
Natural Resources of South Dakota
“Recommended Design Criteria for
Sedimentation” http://www.   state.sd.
us/
denr/des/P&s/designcriteria/design-
8.html, 20 Desember 2005.
[22].   American    Membrane     Technology
Association,  “Membrane  Filtration
(MF/UF)”, 2005.










































JURNAL TEKNOLOGI, Edisi No.4 Tahun XX, Desember 2006, 287-291                                                             291

1 comments:

Unknown said...

I have read your blog its very attractive and impressive. I like it your blog.
RO membrane dealers

Post a Comment