Equipment

Rabu, 23 September 2009

Dissolved Air Flotation

DISSOLVED AIR FLOTATION

By : Sakti A. Siregar sakti-siregar@bdg.centrin.net.id – Sosa Hutalombang South Tapanuli 2009

2nd revision

Air flotation telah lama digunakan untuk memisahkan suspended solidr oil dan greaser fiber dan material dengan densitas rendah lainnya dari cairan pembawa Juga untuk thickening untuk activated sludge dan flocculant chemical sludges.

DAF dilakukan dengan memasukkan air limbah yang bertekanan kedalam tekanan atmosfir hal ini akan menyebabkan terbebaskannya dissolved gas Pengabungan dari gelembung-gelembung gas halus dengan suspended solid atau oil mengakibatkan penurunan specific gravity sehingga menambah daya pengapungan.

Ada tiga dasar skema perancangan flotation :

1. DAF dengan penekanan seluruh atau sebagian influent

2. DAF dengan recycle penekanan

3. Induced air flotation

DAF menghasilkan lebih banyak gelembung gas halus ( 50 μm – 100 μm) daripada induced air flotation ( 500 μm -1000 μm). Gelembung-gelembung gas yang Iebih halus cenderung untuk menanggulangi partikel-partikel air limbah atau oil lebih baik dan Iebih disukai untuk kebanyakan kasus.Kemungkinan-kemungkinan dari DAF dengan sistem penekanan penuh atau penekanan balik ditunjukkan gambar 1 dan sistem penekanan aliran sebagian atau seluruhnya ditunjukkan pada gambar 2. Sistem penekanan sebagian berguna untuk menurunkan luas area dari flotation. Penekanan recycle dibutuhkan bila floc atau emulsification terjadi dengan melewatkan air limbah pada sistem penekanan. Laju alir recycle menentukan kebutuhan dari luas daerah flotation. Variabel-variabel design untuk kedua sistem ini meliputi tekanan, recycle flow, hydraulic loading, solid loading dan retention period. Solid loading diperlukan bila dissolved air floatation digunakan untuk sludge thickening. sistem presurisasi biasanya dijaga pada 40-60 psig ( 3 -5 atm ). 30 -40 % recycle ratio biasanya digunakan untuk air limbah yang mengandung oli dengan hydraulic loading bervariasi dari 1 -4 gpm/sq ft dan retention period umumnya antara 20 - 40 menit. skema dari DAF dengan recycle ditunjukkan pada gambar

Figure 1 : Pressurize Full Flow DAF Unit

Figure 2 : Pressurize Recycle DAF Unit

Kejenuhan udara didalam air berbanding lurus dengan tekanan dan temperatur. pray1 dan Frohlick2 menemukan bahwa kelarutan oksigen dan nitrogen didalam air mengikuti hukum Henry dalam range temperatur yang lebar. Vrablick3 juga menunjukkan bahwa walaupun hubungan antara tekanan dan kelarutan linear untuk kebanyakan limbah industri: tetapi slope bervariasi tergantung dari asal air limbah tersebut.

Tabel 1 : Karakteristik udara dan kelarutannya

Vrablick menunjukkan bahwa gelembung-gelembung udara dilepaskan setelah penekanan ( 20 -50 lb/in atau 1,36 -3,4 atm ) dengan ukuran 30-120 μm . Rise Velocity mengikuti hukum stokes. Rise velocity dari campuran padatan udara telah diselidiki bervariasi dari 1 -5 in/min ( 2,56 – 12,7 cm/min) dan akan meningkat dengan naiknya perbandingan udara/padatan.

Jumlah oil dan grease yang dapat dipindahkan tergantung dari konsentrasi influent. Penggunaan alum akan meningkatkan jumlah oil yang dapat dipindahkan. Bila alum digunakan ini bertujuan untuk mengatur pH sistem. Pemindahan akan lebih efektif pada pH 8.5. Rother menemukan bahwa efisiensi akan menurun jika konsentrasi oil dibawah 150 ppm. Pemindahan oil akan mencapai 90 -95 % jika influent memiliki konsentrasi 150 ppm atau lebih. Jika influent memiliki konsentrasi 100 ppm maka oil yang dapat dipindahkan menjadi 80 -85 % dan jika influent hanya memiliki konsentrasi 25 ppm oil removal menjadi 65 -70 %. Simonsen melaporkan 85% oil dipindahkan untuk influent yang mengandung 32 ppm oil.

Figure 3 : Top view DAF

DAF umumnya digunakan untuk thickening dari activated sludge: aerobically digested sludge: contact stabilized, modified activated atau extended aeration sludge tanpa primary settling dan beberapa limbah industri yang mengandung grease dan oil. DAF umumnya tidak digunakan untuk primary sludge, trickling filter sludge atau industrial waste sludge sebab lebih ekonomis dengan mengunakan gravitasi daripada flotation yang mengendapkan dengan segera.

Induced air flotation yang ditunjukkan pada gambar 4 mempunyai prinsip kegunaan yang sama dengan DAF. Gas diinduksikan dengan rotor-disperser mechanism. Rotor dicelupkan kedalam cairan, mendorong cairan memasuki bukaan dari disperser, mengakibatkan tekanan yang negatif sehingga mendorong gas memasuki cairan. Cairan melalui 4 seri sel sebelum meninggalkan tanki dan float meningalkan masing-masing unit melalui effluent weir dibagian sisi. sistem flotasi seperti ini menawarkan keuntungan berupa capital cost yang lebih rendah dan juga tempat yang lebih kecil daripada sistem DAF.

Figure 4 : WEMCO Induced floatation system

~

Dari data-data yang diperoleh menunjukkan bahwa induced air flotation system memiliki kemampuan untuk mengefektifkan pemindahan free oil dan suspended solid. Kerugian dari induced air flotaion system ialah kebutuhan akan power yang lebih besar daripada sistem DAF, perfomance berdasarkan pada strict hydraulic volume, dan volume float yang relatif besar. Volume dari float merupakan fungsi dari cairan yang ada adalah 3 -7 % untuk induced air floatation dan bila dibandingkan dengan sistem presurisasi hanya dibawah 1 % .

Jumlah dari udara yang dibebaskan dari larutan dalam sistem DAF dapat dihitung sebagai berikut :

A* = R(CI-C2) 8.34

dimana :

A* = jumlah udara yang dibebaskan, Ib/day

R = laju alir yang mengalami penekanan, mgd

C1 = concentrasi dari udara yang dipisahkan pada kondisi tekanan: mg/l

C2 = konsentrasi dari udara yang dipisahkan pada tekanan bebas (atmospheric), mg/l

8.34 = conversion faktor ( Ib/mil gal) /(mg/l)

Jumlah dari gas yang dibebaskan dari larutan ketika terjadi penurunan mencapai tekanan atmosfir dapat dihitung melalui persamaan berikut ini

A* = RCs(f( P/14.7 + 1) -1) (8.34)

dimana : Cs = gas jenuh pada kondisi atmosfir , mg/l

f = fraksi dari udara jenuh pada sistem presurisasi

P = gauge pressure , psig

Kelarutan daripada udara dalam air pada berbagai temperatur ditunjukkan dalam tabel 2-1.

Fraksi dari kejenuhan secara teoritis, f yang dicapai merupakan fungsi dari efisiensi sistim yang didasarkan pada mass transfer air limbah. DAF dapat mencapai 90 % dari kejenuhan secara teoritis dengan tapwater. Bagaimanapun juga dibutuhkan penambahan udara dari kebutuhan yang ada untuk mencapai 90 % efisiensi. Walaupun sifat-sifat mass tranfer dari air limbah mungkin lebih kecil dari tapwater. Untuk menghitung yang tidak diketahui maka diasumsikan f = 0.8

Parameter A*/S didasarkan pada padatan dalam air limbah, telah digunakan untuk mengetahui perfomance process.

Hubungan tersebut untuk recycle dan tanpa recycle adalah sebagai berikut :

A*/S = Cs /Xo (f(P/14,7 +1)-1) tanpa recycle

dimana : A*/S = perbandingan udara/padatan, lb udara yg dibebaskan/lb padatan yang digunakan

Xo = rata-rata suspended solid pada influent, mg/l

dan A*S = RCs/QXo (f(P/14,7 +1)-1) dengan recycle

dimana Q = laju alir influent, mgd

Efek dari chemical pretreatment sangat perlu, terutama bila komponen-komponen air limbah yang mungkin berupa emulsi, koloid atau zat terlarut yang akan dipindahkan.Efek dari penambahan zat-zat kimia dapat diperkirakan dari prosedur pengujian bench-scale jar. Biasanya zat-zat kimia ditambahkan dalam influent dengan menggunakan pengaduk yang statik untuk mencapai flokulasi yang baik. sistem pengadukan yang cepat sangat membantu untuk mencapai kontak yang sempurna dari coagulant dan coagulant aid dengan air limbah yang masuk. Efisiensi flokulasi sangat penting untuk mencapai effisiensi dari flotation secara maksimum. Jika perancangan flotation didasarkan pada ukuran rata-rata partikel-rate of rise dan flocculation time -average partikel size maka ditampilkan seperti dalam gambar 5 dan 6.

Figure 5 : Ukuran partikel dan waktu yang dibutuhkan untuk flokulasi

Figure 6 : Rata-rata ukuran partikel dan kecepatan naik partikel ke permukaan air

Informasi yang dibutuhkan untuk perancangan system pretreatment.

1. Kebutuhan zat-zat kimia

2. Waktu pengadukan

3. waktu flokulasi

4. Kebutuhan pH

Design Condition

1. Rise rate, in/min

2. Tekanan operasi, psig

3. Laju alir dan temperatur influent, mgd dan F

4. Konsentrasi oil dan atau suspended solid, mg/l

Kriteria yang harus dicapai

1. Kwalitas effluent mg/l

2. Konsentrasi float % dari berat


Prosedur perancangan

1. Hitung laju alir recyle, R dan total laju alir, Qt

R = Q(A*/S)Xo

P Cs(f(14,7 + 1) -1 )

Qt = Q+R

2. Menghitung luas permukaan, A

P. = Ql/ SLR

3. Menghitung udara yan dibutuhkan, A*

A* = RCs (f (P/14,7 + 1)-1 ) 8,34

4. Menghitung volume V dan waktu tinggal, t Asumsi kedalaman = d

v = d (A)

waktu tinggal

t = V/Qt

5. Menghitung banyaknya lumpur

Total lumpur = (SS sludge)+(Oil Sludge)+(Chemical Sludge)

Figure 7 : typical DAF

Contoh Permasalahan

1. Menghitung laju alir total dan laju alir sebagian

Dari gambar 2-8 perbandingan optimum A*/S dicari untuk mendapatkan effluent oil lebih rendah dari 20 mg/l. Sehingga laju alir recycle dapat dihitung melalui persamaan 2-4 :

A*/S = RCs!QXo (f(P/14,7 +1)-1)

A*/S = 0,04 lb/lb

Q = 150 gpm

= 0,216 mgd

Xo = 130 mg/l

Cs = 18,7 mg/l @ 103°F (dari table 2-1)

P = 50 psig (dipilih oleh perancang)

f = 0,8

Q(A*/S)Xo

R =

Cs (f(14,7 + 1) -1)

=0,216(0,04)(130)/18,7(0,8(50/14,7 +1)-1)

=1,12/18,7 (3,5 -1 )

= 1,12/46,8

= 0,024 mgd

Percen recycle = 0,024 (100) 10,216 =11 %

Sehingga laju alir total adalah =

Qt =Q+R

= 0,216 + 0,024

= 0,240 mgd

= 167 gpm

2. Memilih SLR

Dari gambar 2-9 SLR didapat sebesar 2,4 gpml sg ft didasarkan pada efIuent oil lebih keciI dari 20 mg/l

3. Menghitung luas area

A = Q + R

SLR

= 0,240 10gpd 1(2,4 Gpm/sq ft) (1440 min/day )

= 69 sq ft (luas efektif)

4. Menghitung udara yang dibutuhkan

A* = RCs{f(P/14,7 + 1) -1}8,34

= 0,024 (18,7){O,8(50/14,7 + 1) - 1}8,34

= 9,436 Ib/day

Konversi menjadi scfm

A* = 9,436 lb/day 0,075 lb/cu ft (1440 min/day)

= 0,087 scfm

Umumnya harga ini dikalikan 3 untuk mendesign kompresor untuk keamanan dan kebutuhan udara yang memuaskan agar dicapai effisiensi yang tinggi.

5. Menghitung volume flotasi dan detention time

Asumsi kedalaman 10 ft.

Effective Volume

= (10 ft) 69 sq ft = 690 eu ft = 5,161 gal

Detention time

= V/Qt

= 5,161 gal/167 gpm = 31 min

= 0,52 hr

6. Menghitung banyaknya lumpur

Asumsi effluent oil = 15 mg/l dan suspended solids 20 mg/l dari harga influent sebesar masing-masing 120 dan 130 mg/I.

Total suspended solid yang dipindahkan = (130 -20 ) (0,216)(8,34)

= (198 lb/day berat kering)

Total minyak yang dipindahkan

= (120 -15)(0,216)(8,34)

= 189 lb/day

Jumlah dari zat-zat kirnia yang ditarnbahkan kedalam sludge dapat diasurnsikan kira-kira 0,3 mg sludge/mg alum:

sehingga

penambahan sludge = 0,30 (50 mg/l)(0,216 mgd)(8,34)

= 27 lb/day

Total sludge

= 198 + 189 + 27 =414 lb/day

Konsentrasi float sebesar 2,9 % didapat dari hasil pilot plant, sehingga total volume sludge adalah:

Volume sludge

= 414 lb/day/0,0229 (8,34 lb/gal)

= 1712 gal/day

= 1,19 gpm

7. Menghitung dimensi

Maximum W/L = 1/4

Maximum width = 22 ft

A = (L)W

= 4W. W

= 4 W2

69 = 4W 2

W = (17 ,2)1/2

= 4,15 ft

L = 4 W = 4 (4,15)

= 16,6 ft

Gunakan 4 1/2 ft x 16,6 ft atau luas total 69,7 sq ft

Reference :

1. W.W. Eckenfelder

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar