Artikel berikut mungkin sesuai dengan kebutuhan dan masalah di lndustri Anda:
– prinsip aerasi
– mengetahui cara kerja aerator
– jenis-jenis aerator
– Aplikasi aerator
Semoga artikel ini membantu Anda.

BAB 4 AERASI

Aerasi merupakan unit proses yang berfungsi sebagai tempat terjadinya kontak yang baik antara air dengan udara. Turbulensi akan meningkatkan proses aerasi. Dalam proses industri, membuat aerator air biasanya mengalir countercurrent dengan aliran udara.  Untuk menghilangkan kandungan gas yang tidak diinginkan pada air secara efektif maka diperlukan waktu kontak dan perbandingan air dengan udara yang cukup.

Aerasi pada proses pengolahan air biasanya digunakan untuk proses berikut.

  • Pengurangan kandungan karbon dioksida (dekarbonasi)
  • Mengoksidasi besi dan mangan yang biasanya terkandung dalam air sumur (oxidation tower)
  • Pengurangan kandungan amonia dan hidrogen sulfida (stripping)

Aerasi juga efektif sebagai metode kontrol bakteri.

Gambar 4.1 Aerasi alami di dalam aliran

Metode Aerasi
Ada dua metode umum yang digunakan untuk porses aerasi air. Metode yang paling umum digunakan di industri yaitu aerasi water-fall. Air disemprotkan dengan spray nozzle menjadi tetesan kecil atau film tipis untuk meningkatkan porses kontak dengan udara secara countercurrent.
membuat aerator

Pada metode difusi udara, udara didifusikan menuju vessel penerima yang di dalamnya teradapat air yang mengalir secara countercurrent sehingga menciptakan gelembung udara yang sangat kecil. Hal ini untuk menjamin proses kontak yang baik untuk proses pelepasan gas yang tidak diinginkan di dalam air.

Water-Fall Aerator
Ada banyak variasi prinsip water-fall yang digunakan pada aerasi tipe ini. Konfigurasi paling sederhana menggunakan riser vertikal yang mengalirkan air dengan energi gravitasi menuju sebuah bak. Riser biasanya beroperasi dengan available head pada air. Efisiensi aerasi akan meningkat seiring dengan meningkatnya jarak jatuh. Tangga atau rak ditambahkan untuk memecah air yang jatuh dan menyebarkan air menjadi lapisan tipis yang akan meningkatkan waktu kontak dan efisiensi.

Gambar 4.2 Multicone aerator

Coke tray aerator dan wood/plastic slat water-fall aerator relatif memiliki desain yang sama serta memiliki keunggulan karena membutuhkan ruang yang sedikit.

Coke tray aerator membuat aerator banyak digunakan untuk oksidasi besi dan mangan karena efek katalitik melalui kontak dari air yang mengandung besi/mangan dengan endapan. Unit-unit ini terdiri dari serangkaian tray berisi kokas sebagai tempat air meresap dengan aerasi tambahan yang diperoleh selama air jatuh bebas dari satu tray ke tray berikutnya.

Wood/plastic slat water-fall aerator mirip dengan atmospheric cooling tower yang kecil. Bilah tray bergerak secara teratur untuk memecah air yang jatuh bebas dan membuat film tipis sebelum akhirnya air jatuh ke dalam bak penampung.

Forced draft water-fall aerator banyak digunakan untuk tujuan pengolahan air industri. Tray kayu atau plastik secara horizontal, atau tower yang diisi dengan isian dengan berbagai bentuk dan bahan yang dirancang untuk memaksimalkan rintangan terhadap air yang jatuh sehingga menjadi aliran kecil agar diperoleh kontak air-udara yang lebih besar. Udara dialirkan melalui sebuah blower yang menghasilkan distribusi udara yang seragam di seluruh cross section, crosscurrent atau countercurrent terhadap air yang jatuh. Fitur-fitur ini membuat forced draft water-fall aerator lebih efisien untuk menghilangkan gas dan membutuhkan lebih sedikit ruang untuk kapasitas membuat aerator yang sama.

Gambar 4.3 Forced draft waterfall aerator

Air Difusion Aerator
Aerator sistem ini mengalirkan udara menuju air melalui pipa yang dilubangi, strainer, pelat berongga, atau tube. Aerasi dengan difusi secara teoritis lebih unggul dibandingkan aerasi water-fall karena gelembung udara yang kecil naik melewati air secara kontiniu terekspos dengan permukaan cairan sehingga menghasillkan luas permukaan air per unit volume udara yang maksimal. Laju gelembung udara yang naik melewati air juga lebih lambat dibandingkan laju tetesan air yang jatuh bebas sehingga memberikan waktu kontak yang lebih lama. Efisiensi terbesar diperoleh saat air mengalir berlawanan arah dengan gelembung udara yang naik.

APLIKASI
Dalam pengondisian air industri, kegunaan utama aerasi adalah untuk menghilangkan kandungan karbon dioksida. Aerasi juga digunakan untuk mengoksidasi besi dan mangan yang umumnya terdapat dalam air sumur menjadi padatan yang mengendap. Aerasi sering digunakan untuk mengurangi karbon dioksida yang dibebaskan dalam proses water treatment. Contohnya senyawa asam biasanya 
membuat aerator ditambahkan pada keluaran softener zeolit sodium untuk mengontrol alkalinity air boiler. Karbon dioksida dihasilkan pada proses ini sehingga diperlukan aerasi untuk menghilangkan gas korosif dari air. Hal serupa juga terjadi ketika keluaran dari zeolit hidrogen dan sodium dicampur maka akan menghasilkan karbon dioksida dan perlu dihilangkan dengan proses aerasi.

Pada kasus cold lime softening, karbon dioksida harus dihilangkan dari air sebelum air masuk ke dalam peralatan. Ketika tujuannya hanya untuk menghilangkan karbon dioksida dalam jumlah besar maka aerasi lebih ekonomis dibandingkan dengan pengendapan secara kimia dengan kapur.

Air stripping digunakan untuk mengurangi konsetrasi zat organik yang volatil seperti kloroform, gas yang terlarut seperti hidrogen sulfida dan amonia. Standar polusi udara perlu diperhatikan ketika air stripping digunakan untuk mengurangi senyawa organik yang volatil.

Penghilangan Besi dan Mangan
Besi dan mangan dalam air sumur berada dalam 
membuat aerator bentuk ferrous terlarut dan mangan bikarbonat. Pada proses aerasi, air berada dalam keadaan jenuh dengan oksigen yang akan mendorong reaksi berikut.

Reaksi oksidasi besi dan mangan pada proses aerasi

Produk oksidasi seperti besi ferri hidroksida dan mangan dioksida tidak larut dalam air dan dihilangkan dengan proses klarifikasi atau filtrasi.

Terkadang senyawa oksidator kuat seperti klorin (Cl2) atau kalium permanganat (KMnO4) digunakan dalam proses aerasi untuk memastikan proses oksidasi terjadi secara sempurna.

Pengurangan Kandungan Gas Terlarut

Gas terlarut dalam air mengikuti prinsip kelarutan gas dalam cairan yaitu berbanding lurus dengan tekanan parsial gas di atas cairan pada kondisi kesetimbangan. Prinsip ini dikenal sebagai hukum Henry yang di tuliskan sebagai persamaan berikut.

Ctotal = kP
Dimana:

Ctotal

=

total konsentrasi gas di dalam larutan

P

=

tekanan parsial di atas larutan

k

=

konstanta hukum Henry

Gas yang sering ditemui dalam water treatment (kecuali oksigen) tidak bersifat mengikuti hukum Henry karena gas tersebut terionisasi ketika larut dalam air seperti contoh berikut.

Reaksi pelarutan gas-gas di dalam air

Karbon dioksida, hidrogen sulfida, dan amonia merupakan gas dapat yang larut di dalam air pada kondisi tertentu hingga konsentrasi 1700, 3900, dan 531000 ppm. Konsentrasi ini jarang ditemui kecuali pada kondensat proses tertentu. Pada tekanan atmosfer normal, membuat aerator tekanan parsial dari gas ini secara praktek adalah nol. Kondisi kesetimbangan antara air dan udara karena aerasi menyebabkan air jenuh dengan oksigen dan nitrogen sehingga hal ini menyebabkan pelepasan gas lainnya terjadi secara sempurna.

Sesuai dengan reaksi di atas, ionisasi merupakan reaksi reversible. Efek umum ion ini digunakan untuk memperoleh proses penghilangan gas terlarut yang sempurna dengan aerasi. Jika konsentrasi salah satu ion pada sisi kanan reaksi meningkat maka reaksi bergeser ke arah kiri menghasilkan gas. Pada kasus karbon dioksida dan hidrogen sulfida, konsentrasi ion hidrogen dapat ditingkatkan dengan penambahan senyawa asam. Ion bikarbonat dan karbonat di dalam air akan menghasilkan gas karbon dioksida dan dapat dihilangkan dengan proses aerasi. Gambar di bawah ini menunjukkan peresentasi removal gas terlarut yang dapat dicapai pada berbagai nilai pH.

Gambar 4.4a Persen removal CO2 yang dapat dicapai pada berbagai nilai pH
Gambar 4.4b Persen removal H2S yang dapat dicapai pada berbagai nilai pH
Gambar 4.4c Persen removal NH3 yang dapat dicapai pada berbagai nilai

Penghilangan gas dengan aerasi dicapai pada level dimana gas dan air mendekati kondisi kesetimbangan dengan level gas di udara sekitar. Proses ini ditingkatkan dengan peningkatan temperatur, waktu aerasi, voulme udara yang kontak dengan air, dan luas permukaan air yang kontak dengan udara. pH merupakan faktor penting dalam proses aerasi. Efisiensi aerasi lebih besar ketika konsentrasi gas di dalam air tinggi dan konsentrasi di udara membuat aerator rendah.

Keterbatasan
Temperatur memiliki efek yang signifikan dalam proses air stripping. Oleh karena itu, proses ini tidak cocok pada kondisi dingin. Secara teoritis, pada temperatur 68oF (200C) kandungan karbon dioksida dpaat dikurangi menjadi 0,5 ppm dengan proses aerasi menuju kondisi kesetimbangan. Hal ini tidak selalu dapat dilaksanakan secara ekonomi dan pengurangan kandungan karbon dioksida menjadi 10 ppm normalnya sudah cukup diterima.

Meskipun penghilangan karbon dioksida bebas akan meningkatkan pH air dan membuat air menjadi kurang korosif, aerasi juga menyebabkan air jenuh dengan oksigen. Hal ini umumnya tidak menimbulkan masalah apabila kandungan oksigen sebenarnya memang sudah tinggi. Namun pada kasus suplai air sumur yang memiliki kandungan karbon dioksida yang tinggi dan tanpa oksigen maka aerasi hanya membuat aerator akan merubah suatu gas korosif menjadi gas korosif lainnya.

Efisiensi aerasi meningkat seiring dengan konsentrasi awal dari gas terlarut yang harus dihilangkan meningkat di atas nilai kesetimbangan. Oleh karena itu, untuk air dengan kandungan karbon dioksida yang rendah lebih efisien dari segi ekonomi mengunakan netralisasi dengan senyawa basa.

Unruk menghilangkan hidrogen sulfida secara sempurna, aerasi harus dikombinasikan dengan penurunan pH atau oksidasi kimia.

Senyawa organik non-volatil tidak dapat dihilangkan dengan air stripping. Contohnya yaitu fenol dan creosol yang tidak terpengaruh dengan proses aerasi saja.

Referensi:
Suez Water Technologies & Solutions. “Handbook of Industrial Water Treatment”

Jl. Pelajar Pejuang 45 No. 43
Kota Bandung, Jawa Barat

WA  : 082237062772
Telp : 0227317077

Copyright 2021 solusitirtaoptima.com