1.
FLOTASI
Flotasi adalah suatu proses pegolahan air yang dipakai untuk pemisahan partikel solid dan cairan dari fase cairan. Proses pemisahan dapat terjadi karena adanya gelembunggelembung halus yang terdapat pada fase cairan yang naik ke
permukaan air akan
mengangkut partikel-partikel partikel-partikel yang ada pada fase cairan tersebut (Rich, 1961). Dalam pengolahan air limbah, flotasi dipergunakan untuk penyisihan padatan tersuspensi, minyak, lemak, flok
pada proses pengolahan air limbah secara kimia, dan
lumpur (mikroba) pada proses biologi. Penggunaan flotasi pada masa kini yang diterapkan pada pengolahan air limbah terbatas pada penggunaan udara sebagai a gen flotasi. Gelembung udara yang ditambahkan atau dibuat terbentuk oleh injeksi udara ketika cairan berada di bawah tekanan,diikuti dengan pelepasan tekanan (dissolved air-flotaton), dan aerasi pada tekanan atmosfer (dispersed air-flotation). Dalam sistem ini, tingkat removal dapat ditingkatkan melalui penggunaan penggunaan berbagai berbagai aditif kimia. Dalam pengolahan air limbah kota, dssolved air-flotation sering digunakan, terutama untuk thickening biosolid (Metcalf (Metcalf & Eddy, 2004). A.
Metode Flotasi
Pemisahan secara flotasi tidak terlalu tergantung pada ukuran dan densitas relatif partikel yang akan dipisahkan. Dua metode flotasi : 1)
Metode flotasi udara tersuspensi (Dispersed Air Flotation), Flotation), dimana gelembunggelembung udara terbentuk akibat memasukkan fase gas melalui impeller berputar atau melalui media berpori. Diameter gelembung sekitar 1.000 mikron (μm). Metode ini sangat banyak digunakan dalam industri logam.
2)
Metode Flotasi Udara Terlarut (Dissolved Air Flotation), Flotation), dimana gelembung merupakan hasil presipitasi gas dari suatu larutan yang lewat jenuh terhadap gas. Ukuran gelembung rata-rata 70-90 mikron. Metode ini banyak digunakan dalam pengolahan buangan industri. industri. Flotasi udara terlarut, terbagi 2: a.
Vacuum Flotation Pertama kali buangan diaerasi pada tekanan atmosfer dalam waktu pendek. Selanjutnya dalam keadaan vakum (mendekati 9 in.Hg) diaplikasikan sehingga menimbulkan presipitasi udara terlarut dari larutan jenuh.
Kenyataan menunjukkan bahwa hanya jumlah udara terbatas yang dapat dipresipitasikan dari suatu larutan jenuh pada tekanan 1 atm. b.
Pressure Flotation Metode ini mencakup pelarutan udara pada tekanan yang meningkat dan kemudian diikuti oleh pelepasan udara pada tekanan atmosfer.
B.
Kontak Gas dan Partikel
Mekanisme kontak antara gelembung gas dan partikel terapung dapat merupakan salah satu tipe atau kedua tipe berikut: 1)
Tipe yang terutama ditujukan pada materi flok fl ok dan meliputi pemerangkapan gelembung-gelembung gas yang membesar dan naik kedalam struktur partikel flok yang membesar. Disini ikatan antara gelembung dan partikel hanya merupakan penangkapan secara fisik.
2)
Tipe kedua adalah adhesi adhesi yang dihasilkan dari ikatan intramolekul yang terjadi pada permukaan antara fase gas dan padat dan meningkatkan tegangan permukaan. Tingkat dimana adhesi adhesi akan terjadi dapat diprediksi dari tegangan permukaan pada sistem gas-cair-padat. Kontak antara gelembung gas dan partikel di dalam suatu cairan membentuk fase kontinu.
Gambar 1. Tegangan Permukaan Yang Terjadi Di Dalam Sistem Tiga Fase
Sudut yang terbentuk antara permukaan gas-cairan dan permukaan padatcairan pada titik dimana ketiga fase berkontak disebut sudut kontak alfa (α ). Secara aljabar, kesetimbangan diekspresikan sebagai:
GS
SL GL cos
Dimana: σGS
= tegangan permukaan antara fase gas dan padat
σGS
= tegangan permukaan antara fase padat dan cair
σGL
= tegangan permukaan antara fase gas dan cair
Jika σGS sama atau kecil daripada σSL , sudut kontaknya bernilai nol atau tidak ada karena film cairan menghalangi kontak antara fase cairan dan padat. Jika lebih besar dari pada σ SL, sudut kontaknya lebih besar dari nol dan gelembung gas dapat terikat pada partikel padat. Kecendrungan pengikatan gelembung udara ke padat dipengaruhi oleh sudut kontak kontak (α). Pemisahan partikel tersuspensi dengan flotasi tidak tergantung pada ukuran dan densitas relatif partikel, tetapi tergantung pada struktur dan sifat permukaan partikel serta jumlah udara yang digunakan dalam flotasi. Karenanya operasi flotasi tidak dapat didesain berdasarkan persamaan matematis. Faktor yang sangat penting dalam desain operasi flotasi adalah: 1.
Konsentrasi padatan yang diolah
2.
Jumlah udara yang digunakan
3.
Overflow Rate Overflow Rate
4.
Waktu detensi, terutama dalam pemadatan bahan terapung. Konsentrasi
padatan
dikelompokkan ke
dan
jumlah
udara
yang
digunakan
dapat
dalam satu rasio yang tak berdimensi dan dihubungkan dihubungkan
dengan konsentrasi SS effluen dan effluen dan padatan terflotasi. C.
Faktor-Faktor Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Flotasi
Faktor – Faktor – faktor faktor yang mempengaruhi flotasi adalah: 1.
Ukuran partikel Ukuran partikel yang besar membuat partikel tersebut cenderung untuk
mengendap, sehingga susah untuk terflotasi. Ukuran partikel dalam flotasi sangat menentukan apakah suatu mineral dapat mengapung atau tidak. Dengan kata lain ukuran pertikel sangat menentukan apakah partikel mineral dengan ukuran tertentu dapat menempel pada gelembung udara yang akan naik keatas sampai
kepermukaan busa atau buih. Ukuran partikel yang optimum untuk mendapatkan pengapungan yang baik tergantung pada sifat hidropobisitas dari partikel dan berat jenisnya. Pada umumnya recovery tertinggi yang diperoleh ketika dimensi rata-rata partikel mineral berkisar antara 20 sampai 100 μm. Hasil flotasi fluorite dengan ukuran 50 - 100 μm mempunyai tingkat keterapungan maksimum.
2.
pH larutan Partikel cenderung mudah mengendap pada pH yang tinggi, sehingga dia
lebih susah terflotasi. 3.
Surfaktan Fungsi surfaktan adalah kolektor yang merupakan reagen yang memiliki
gugus polar dan gugus nonpolar sekaligus. Kolektor akan mengubah sifat partikel hidrofil menjadi hidrofob. 4.
Bahan Kima lainnya misalnya koagulan Penambahan koagulan dapat mengakibatkan ukuran partikel menjadi lebih
kecil. 5.
Laju Udara Laju udara berfungsi sebagai pengikat partikel yang memiliki sifat
permukaan hidrofobik, persen padatan. Untuk flotasi pada partikel kasar, dapat dilakukan dengan persen padatan yang besar demikian juga sebaliknya. Besar laju pengumpanan, berpengaruh berpengaruh terhadap kapasitas dan waktu tinggal. 6.
Ukuran Gelembung Udara Ukuran gelembung udara ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:
Konsentrasi pembuih Secara teori semakin tinggi konsentrasi frother yang ditambahkan
kedalam slurry, maka akan semakin tinggi pula kemampuan antar muka udara-air untuk menurunkan tegangan permukaan permukaan air. Hal ini dapat mencegah penggabungan gelembung udara dan menjaga agar gelembung udara dapat tersebar dalam ukuran kecil.
Kecepatan impeller Deformasi ukuran gelembung udara meningkat ketika bergerak secara
turbulen. Semakin tinggi kecepatan impeller maka semakin tinggi pula kecepatan turbulen suspensi yang berada didekat gelembung udara, sehingga dapat dihasilkan gelembung udara yang berukuran kecil.
Kecepatan aliran udara Secara teori, ukuran gelembung udara meningkat pada saat kecepatan
aliran udara yang masuk kedalam sel flotasi ditingkatkan.
Ketebalan Lapisan Buih
Penambahan Reagen Kimia Dengan adanya perbedaan sifat permukaan hidrofobik dan hidrofilik
perlu adanya suatu reagen kimia untuk mengubah permukaan mineral. Reagen kimia yang digunakan sebagai bahan bantu flotasi, karena mempengaruhi sifat permukaan fase-fase yang terlibat adalah: a.
Frothers : senyawa alkohol, minyak pinus dan asam kresilat yang dapat menurunkan tegangan permukaan antara gas dan cairan. Dengan penambahan senyawa ini membentuk gelembung dan froth yang lebih stabil pada permukaan cairan.
b.
Collectors yang Collectors yang dapat: - Menurunkan tegangan permukaan antara padat dan cair, atau - Meningkatkan tegangan antara gas dan padat Kedua hal diatas dapat meningkatkan sudut kontak α. Senyawa kimia yang tergolong collectors adalah collectors adalah sabun, asam-asam lemak dan amina.
c.
Activators merupakan kelompok senyawa kimia yang meningkatkan pengaruh collectors. collectors.
d.
Depressants mencegah flotasi dari fase-fase tertentu tanpa mencegah fase yang diinginkan untuk terflotasi.
e.
D.
Promoters merupakan gabungan antara activators dan activators dan depressants. depressants.
Langkah-Langkah Langkah-Langkah Flotasi
Adapun langkah- langkah dalam flotasi adalah sebagai berikut: 1.
Liberasi, analisis pendahuluan Agar mineral dapat terliberasi, maka perlu dilakukan crushing atau grinding atau grinding yang diteruskan dengan pengayakan atau atau classifiying . Ini dimaksudkan agar ukuran butir mineral dapat seragam, sehingga proses akan lebih sukses atau berhasil. Analisis pendahuluan dilakukan dengan menggunakan mikroskop, sehingga dapat dilihat derajat liberasinya dan kadar dari mineral tersebut.
Diupayakan dalam tahap ini juga, dilakukan deslimming , sebab slime akan mengganggu proses flotasi. 2.
Conditioning Conditioning membuat suatu pulp agar nantinya pulp tersebut dapat langsung dilakukan flotasi. Preparasi ini sebaiknya disesuaikan dengan liberasi dalam proses basah maka conditioning tidak mudah juga harus dilakukan pada proses basah. Pada pengkondisian, reagen yang diberikan adalah modifier, colector dan Frother.
3.
Proses Flotasi Proses ini ditandai dengan masuknya gelembung udara kedalam pulp. Gelembung uadara diinjeksikan kedalam tangki untuk mengapungkan padatan sehingga mudah disisihkan. Dengan adanya gaya dorong dari gelembung tersebut, padatan yang berat jenisnya lebih tinggi dari air akan terdorong ke permukaan. Demikian pula halnya pada padatan yang berat jenisnya jenis nya lebih rendah daripada air. Hal ini merupakan keunggulan dari teknik flotasi dibanding pengendapan karena dengan flotasi partikel yang ringan dapat disisihkan dalam waktu yang bersamaan. Untuk hasil unit flotasi yang berhubungan dengan kualitas effluent dalam proses pengapungan berhubungan dengan rasio udara atau solid ditetapkan pada massa udara yang dilepas per massa solid dalam influent air buangan dapat dihitung : A S
Sa. R f . P
1 Sa.Q Pa
Dengan : Q = debit debit influent air buangan (gal/min) R = debit resirkulasi resirkulasi air buangan (gal/min) Sa = Konsentrasi minyak atau lemak atau solid air buangan (mg/l)
Hubungan antar rasio udara / solid dan kualitas effluent diperoleh pada grafik dibawah:
Gambar 2 Hubungan antar rasio udara / solid dan kualitas effluent
Untuk mengetahui karakteristik unit flotasi yang akan di desain disesuaikan dengan karakteristik air buangan, diperlukan tes laboratorium. Apabila menggunakan sistem resirkulasi maka rasio udara/solid dapat dihitung : A S
1.3 Sa. R P - 1
Sa.Q
Dengan : R
= Debit resirkulasi air buangan (gal/min)
P = Tekanan absolut (atm) Q
= Debit air buangan (gal/min)
Sa
= Suspended solid influent (mg/l) Surface area dapat dihitung : A
Dengan : A
= surface area (ft2)
Q
=debit air buangan (gal/min)
R
= debit resirkulasi (gal/min)
Q R
loading
Berikut merupakan skema flotasi,
E.
Kriteria Desain Unit Flotasi
Tabel 1. Kriteria Desain Unit Flotasi Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
Air solid ratio
A/S
0,005-0,06
Overflow rate
OR
0,48-9,6
M3/m2jam Metcalf & Eddy, 2004
Waktu detensi
Td
-tinggi tekan
2-3
menit
Eckenfelder, 2000
-tangki flotasi
20-30
menit
Eckenfelder, 2000
Kelarutan
16,3
Ml/l
gas Sa
Metcalf & Eddy, 2004
pada 28 C Fraksi jenuh
F
0,5
Solids loading
S-L
4-18
Kg/m2jam
Napier-Reid, 2005
3,6-36
m/jam
Mans-Lundh, 2002
kPa
Eckenfelder, 2000
Gr/L
Metcalf & Eddy, 2004
Kecepatan naik Vv
Metcalf & Eddy, 2004
flok Tekanan
di
P
tangki tekan Kerapatan
Pud
1,2928
Udara
F.
Kelebihan dan Kekurangan Unit Flotasi
1.
Kelebihan
Keuntungan mendasar flotasi dibanding dengan sedimentasi dalam hal pemisahan padatan tersuspensi yaitu flotasi dapat memisahkan padatan tersupensi yang sangat kecil, ringan, dan sulit mengendap dalam waktu relatif cepat.
Partikel ringan dapat disisihkan dalam waktu yang bersamaan dengan partikel yang besar.
Mengurangi penggunaan energi yang dapat berpengaruh terhadap biaya operasional dan peralatan, mengurangi beban pengolah dan mengurangi rusaknya peralatan.
2.
Kekurangan
Hanya dapat diterapkan untuk menghilangkan zat padat tersuspensi, sedangkan pencemar yang masih berupa zat terlarut tidak dapat diolah.
Hasil yang akan dicapai sangat terbatas dan memerlukan waktu yang cukup lama.
Biaya investasi infrastruktur tinggi
Biaya produksi tinggi
Gambar 3. Pemisahan Padatan-Cairan dengan cara flotasi
2.
SSC (Solid Separation Chamber)
Bak SSC sangat berperan penting dalam proses penanganan air limbah untuk mengurangi parameter-parameter pencemar seperti BOD, COD, COD, dan TSS. TSS. Fungsi SSC untuk memisahkan kandungan solid (padatan) yang sangat tinggi pada lumpur tinja dengan air (supernatan).
A.
Kriteria desain
Tabel 2. Kriteria Desain Unit SSC Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Waktu pengeringan cake
t
5-12
Hari
T
1
Hari
Ketebalan cake
hc
10-30
Cm
Tebal lapisan kerikil
hk
20-30
Cm
Tebal lapisan pasir
hp
20-30
Cm
Kedar air
P
20
%
Kadar solid
Pi
80
%
Waktu
pengambilan
cake
matang
https://www.slideshare.net/metrosanita/perencanaan-teknis-iplt-unit pengolahan-pemekatan 1.
Kelebihan
- Konsentrasi SSC mudah dibangun - Biaya operasional rendah - Kemudahan sistem operasi pengolahan lumpur tinja 2.
Kekurangan
-
Pemisahan yang terjadi belum maksimal karena filter penyaring lumpur yang ada pada bak ssc berukuran terlalu besar untuk menyaring lumpur, sehingga pasir dan tanah yang halus tidak dapat tersaring oleh filter tersebut.
-
Diperlukan tenaga operator untuk pengelolaan padatan lumpur tinja
-
Waktu detensi pengolahan padatan lumpur tinja yang lama.
Berikut gambar unit SSC pada PLT Keputih, Surabaya :
Gambar 4. SSC di iplt keputih pada saat basah
Gambar 5. SSC sudah kering di iplt keputih
3.
Prasedimentasi
Unit prasedimentasi merupakan merupakan unit dimana terjadi proses pengendapan partikel diskret. Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan
bentuk,
ukuran, maupun berat pada saat mengendap. Pengendapan dapat berlangsung dengan
efisien
apabila
pengendapan
syarat-syaratnya
tergantung
pada
terpenuhi.
Menurut
Lopez
(2007),
efisiensi
karakteristik
aliran,
sehingga
perlu
diketahui
karakteristik aliran pada unit tersebut. Karakteristik aliran dapat diperkirakan dengan bilangan Reynolds dan bilangan bilangan Froude (Kawamura, 2000). Bentuk bak prasedimentasi dapat mempengaruhi karakteristik aliran, sehingga bentuk merupakan hal
yang harus
diperhatikan
pada saat
merancang
unit
prasedimentasi. Selain bentuk, rasio lebar dan kedalaman merupakan hal yang juga menentukan karakteristik aliran. Hal ini dikarenakan formula perhitungan bilangan Reynolds dan Froude mengandung jari-jari hidrolis R sebagai salah satu fungsinya. Jari-jari hidrolis terkait dengan luas permukaan basah A dan keliling basah P yang merupakan fungsi dari lebar dan kedalaman, sehingga rasio antara lebar dan kedalaman juga akan mempengaruhi karakteristik aliran. Adanya ketidakseimbangan pada zona inlet dapat menyebabkan adanya aliran pendek, turbulensi, dan ketidakstabilan pada zona pengendapan (Kawamura, 2000). Begitu juga halnya terhadap zona lumpur. Zona lumpur merupakan zona dimana terkumpulnya partikel diskret yang telah terendapkan. Apabila terjadi aliran turbulen, partikel diskret yang telah terendapkan dapat mengalami penggerusan, sehingga partikel yang telah terendapkan dapat kembali naik. Zona outlet juga mempengaruhi karakteristik aliran, sehingga zona outlet harus didesain untuk meminimalisasi terjadinya aliran pendek. Prinsip dasar proses prasedimentasi adalah pemisahan partikel tersuspensi dari air melalui pengendapan secaragravitasi sehingga partikel yang memiliki berat jenis lebih besar dari air akan mengendap dan yang memilk berat jenis lebih kecil dari air akan mengapung ke permukaan air.
Tabel 3. Kriteria desain Unit Prasedimentasi Parameter
Simbol
Besaran
Satuan
Sumber
Overflow rate
OR
30-50
M3/m2 hari
Qasim, 1985
Waktu detensi
td
1-2
Jam
Qasim, 1985
124-186
M3/m hari
Qasim, 1985
1,5-34
Kg/m2 hari
Qasim, 1985
40-100
Mm/m
Qasim, 1985
Beban pelimpah Solids loading Kemiringan
S
dasar (slope) Kecepatan
v
0,5
m/s
Qasim, 1985
0,02-0,06
r/menit
Qasim, 1985
aliran di inlet Kecepatan taveling bridge
Kelebihan dan Kekurangan Unit Prasedimentasi Prasedimentasi Kelebihan Unit Prasedimentasi Prasedimentasi
-
Cara evakuasi lumpur yang paling mudah dan efektif
-
Mudah dalam operasionalnya
Kekurangan Kekurangan Unit Prasedimentasi
-
Tidak dapat menyisihkan minyak dan lemak karena masih dalam bentuk emulsi
-
Waktu mengendap lama untuk partikel yang kecil
