Proses Degassing dalam Pengolahan Limbah

Degassing dan aerasi adalah dua proses perpindahan massa yang umum dalam pengolahan air. Yang pertama adalah untuk menghilangkan gas yang terlarut dalam air, sedangkan yang kedua adalah untuk melarutkan gas (udara) ke dalam air.

Proses degassing termasuk dalam proses pemisahan perpindahan fasa gas-cair, yaitu gas (gas pembawa) dimasukkan ke dalam air limbah agar saling bersentuhan satu sama lain, sehingga gas terlarut dan zat terlarut yang mudah menguap dalam air limbah melewatinya. antarmuka gas-cair dan transfer ke fase gas, sehingga mencapai tujuan menghilangkan polutan. Oleh karena itu, proses degassing sering disebut “stripping”.

Air dan air limbah sering kali mengandung gas terlarut, dan air alami mengandung berbagai macam gas. Karena oksigen dan nitrogen adalah komponen utama atmosfer, air permukaan sebagian besar mengandung kedua gas ini. Karbon dioksida adalah komponen atmosfer umum lainnya, dan konsentrasinya bervariasi dari satu tempat ke tempat lain, sebagian besar bergantung pada produksi industri dan kondisi pemukiman manusia di wilayah tersebut.

Oleh karena itu, karbon dioksida juga merupakan gas umum dalam air. Misalnya, sejumlah besar CO2 dihasilkan ketika air limbah yang mengandung asam sulfat dinetralkan dengan batu kapur, dan sejumlah besar CO2 juga dihasilkan ketika air melewati penukar ion hidrogen selama proses pelunakan dan desalinasi.

Sifat nitrogen dan oksigen sangat berbeda dengan karbon dioksida. Dua molekul pertama tidak akan terionisasi dalam air, sehingga molekul-molekul ini akan menghasilkan tekanan gas dalam larutan; karbon dioksida menghasilkan asam karbonat yang dapat terionisasi dalam air, sehingga hanya bagian yang belum bereaksi yang akan menghasilkan tekanan gas. Ketika nilai pH lebih rendah dari 4,5, semua karbon dioksida yang terlarut dalam air berbentuk gas; ketika nilai pH lebih tinggi dari 8,5, semua karbon dioksida terionisasi.

Gas umum lainnya yang dapat terionisasi adalah H2S, HCN, dan NH3.

Respirasi organisme mempengaruhi komposisi gas dalam air. Bakteri tanah dapat menghasilkan karbon dioksida dalam jumlah besar di air sumur; tidak ada oksigen di air sumur dalam karena beberapa bakteri telah mengonsumsi oksigen dari air permukaan yang diinfiltrasi. Sampah organik di dasar rawa dan danau dangkal umumnya menghasilkan H2S dan CH4 setelah dekomposisi anaerobik, dan metana kadang-kadang ditemukan di air sumur.

Gas-gas di atas dapat menimbulkan korosi pada sistem, atau berbahaya, atau merugikan pengolahan selanjutnya, sehingga harus dipisahkan dan dibuang.

Tujuan utama degassing adalah untuk menghilangkan berbagai gas berbahaya dari air, sedangkan tujuan utama aerasi adalah untuk mengoksidasi air. Proses degassing pada dasarnya merupakan proses perpindahan fasa fisik, sedangkan aerasi lebih rumit. Seiring dengan masuknya oksigen di udara ke dalam air, beberapa reaksi oksidasi akan terjadi pada waktu yang bersamaan. Jadi ini adalah proses fisik-kimia dan bahkan biokimia.

Ketika proses biokimia memasuki bidang pengolahan limbah, teknologi aerasi juga mendapat perhatian. Misalnya teknologi filter biologis aerasi, teknologi SBR (sequencing batch activation sludge treatment), dan lain-lain.

Menurut teori kesetimbangan fasa gas-cair dan laju perpindahan massa, dalam sistem dua fasa gas-cair, tekanan parsial gas terlarut dalam fasa gas sebanding dengan konsentrasi gas dalam fasa cair.

Ketika tekanan parsial fasa gas suatu komponen lebih rendah dari tekanan parsial kesetimbangan fasa gas yang sesuai dengan konsentrasi komponen dalam larutannya, akan terjadi perpindahan massa komponen terlarut dari fasa cair ke fasa gas. Laju perpindahan massa bergantung pada perbedaan antara tekanan parsial kesetimbangan komponen dan tekanan parsial fasa gas.

Hubungan kesetimbangan fasa gas-cair dan laju perpindahan massa bervariasi menurut sistem material, suhu, dan kondisi kontak kedua fasa. Untuk sistem material tertentu, dengan meningkatkan suhu air, menggunakan udara segar atau operasi tekanan negatif, meningkatkan luas dan waktu kontak gas-cair, dan mengurangi hambatan perpindahan massa, konsentrasi larutan dalam air dapat dikurangi dan massanya dapat dikurangi. kecepatan transfer dapat ditingkatkan.

Kelarutan gas dalam cairan sebanding dengan tekanan parsial gas pada permukaan cairan, yang merupakan hukum Henry. Hukum penting lainnya tentang kelarutan gas adalah hukum Dalton, yang menyatakan bahwa tekanan total gas campuran sama dengan jumlah tekanan parsial masing-masing gas, dan ini berhubungan langsung dengan rasio molar atau rasio volumenya.

Misalnya, udara umumnya mengandung 80% nitrogen dan 20% oksigen, dan tekanan atmosfer biasanya 101325Pa (760mmHg). Hukum Dalton menyatakan bahwa tekanan parsial O2 di udara adalah 152 mmHg (0,20X760 mmHg), dan tekanan parsial N2 adalah 608 mmHg (0,80×760 mmHg).

Suhu mempunyai pengaruh yang besar terhadap kelarutan gas. Bila suhu naik maka kelarutannya akan menurun. Hal ini disebabkan karena peningkatan suhu menyebabkan tekanan uap air itu sendiri meningkat, sehingga molekul air yang meluap dari antarmuka cair-gas membawa molekul gas lainnya.

Faktor lain yang mempunyai pengaruh penting terhadap kelarutan gas adalah difusi molekul gas dalam air. Ketika suhu naik, aktivitas gas meningkat, viskositas air menurun, dan laju difusi meningkat.

1. Tangki degassing

Tangki degassing adalah fasilitas degassing yang paling sederhana dan efektif. Ia dapat mengandalkan kontak antara cairan dan udara di permukaan kolam untuk menghilangkan gas terlarut. Tangki degassing ini disebut tangki degassing alami, yang cocok untuk gas terlarut yang mudah menguap dan dapat digunakan untuk desorpsi uap kondensat asam. Suhu air tinggi, kecepatan angin tinggi, terdapat area terbuka dan tidak mudah menimbulkan pencemaran sekunder. Efek degassingnya umumnya berkaitan dengan waktu penyimpanan, kedalaman lapisan air, dan luas permukaan cairan.

Untuk meningkatkan efek degassing, pipa ventilasi plastik berlubang biasanya dapat dipasang di kolam atau pipa semprotan air dapat dipasang di permukaan air, yang menjadi kolam degassing yang ditingkatkan. Ketinggian pemasangan pipa semprotan air harus 1,2~1,5m dari permukaan air. Untuk mencegah hilangnya air, dapat ditambahkan sekat atau penutup di sekelilingnya.

Kolam degassing juga dapat dirancang sebagai kolam bersekat persegi panjang. Beberapa partisi sengaja ditambahkan ke kolam untuk meningkatkan derajat pembagian air, dan pipa plastik berlubang dipasang di dasar air untuk aerasi.

2. Menara degassing

Untuk meningkatkan efisiensi degassing, memulihkan gas yang berguna, dan menghindari polusi sekunder, menara degassing biasanya digunakan untuk mencapai tujuan ini. Umumnya, menara degassing bertipe pengepakan atau tipe pelat.

Yang pertama adalah menara degassing yang dikemas, di mana air ditambahkan ke bagian atas menara, kadang-kadang melalui pipa jet, dan cairan mengalir ke bawah dalam bentuk film melalui permukaan kemasan (seperti cincin Raschig), dan udara dihembuskan dari bagian bawah menara, dalam fase kontinyu, dari bawah ke atas, dalam kontak berlawanan dengan air limbah.

Udara umumnya digunakan sebagai gas desorpsi untuk menghilangkan gas yang tidak larut, seperti karbon dioksida, amonia, hidrogen sulfida atau metana. Menara degassing yang dikemas sering digunakan di kilang dan pabrik kertas untuk desorpsi uap kondensat asam.

Menara degassing lainnya adalah tipe pelat, fitur utamanya adalah sejumlah pelat dipasang di menara, dan air limbah mengalir secara horizontal melalui pelat dan mengalir ke pelat berikutnya melalui downcomer. Udara melewati lapisan air pada pelat dengan cara menggelembung atau mengalir, dan komposisi fasa gas dan fasa air di menara berubah secara bertahap sepanjang ketinggian menara.

Gas yang keluar dari air limbah dapat digunakan kembali melalui penyerapan. Misalnya, larutan NaOH digunakan untuk menyerap HCN yang terkelupas untuk menghasilkan NaCN, dan H2S diserap untuk menghasilkan Na2S, kemudian larutan jenuhnya diuapkan dan dikristalisasi. H2S juga dapat diserap oleh karbon aktif, dan setelah mencapai kejenuhan, dicuci dengan larutan nitrous sulfida, dan belerang dapat diperoleh kembali setelah penguapan.