aerasi dan transfer massa

30
AERASI DAN TRANSFER MASSA Aerasi dan Transfer Masa digunakan sebagai dasar untuk merancang kebutuhan peralatan dalam proses pengolahan air Limbah. Aerasi dan Transfer Masa banyak digunakan sebagai dasar dalam perencanaan pengolahan biologis (lumpuk aktif, RBC, Trickling Filter).

Upload: moh-arif-rahman-susanto

Post on 13-Feb-2015

178 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: Aerasi Dan Transfer Massa

AERASI DAN TRANSFER MASSA

Aerasi dan Transfer Masa digunakan sebagai dasar untuk merancang kebutuhan peralatan dalam proses pengolahan air Limbah.

Aerasi dan Transfer Masa banyak digunakan sebagai dasar dalam perencanaan pengolahan biologis (lumpuk aktif, RBC, Trickling Filter).

Page 2: Aerasi Dan Transfer Massa

Mekanisme Perpindahan Oksigen

• Aerasi digunakan sebagai sarana untuk melakukan penambahan oksigen pada proses pengolahan biologis, untuk memecah padatan dari air limbah dan untuk menghilangkan gas yang mudah mengalami penguapan seperti gas H2S dan NH3

• Aerasi merupakan proses perpindahan massa dari gas melalui proses diffusi akibat adanya gaya yang merubah keseimbangan

• Kecepatan diffusi gas terlarut dalam air limbah tergantung dari beberapa faktor antara lain : 1. karakteristik gas dan cairan; 2. suhu; 3.gradien konsentrasi; 4.luas permukaan.

Page 3: Aerasi Dan Transfer Massa
Page 4: Aerasi Dan Transfer Massa

Sistem Aerasi untuk Transfer Oksigen

Page 5: Aerasi Dan Transfer Massa
Page 6: Aerasi Dan Transfer Massa

Hukum Ficks

N= -DL.A.dc/dy

Dimana : N :Perpindahan masa setiap unit waktu A :Luas PermukaanDc/dy :Gradien konsentrasi setiap luas permukaanDL :Koefisien diffusi melalui permukaan film cairan.

Page 7: Aerasi Dan Transfer Massa

Bila aliran terjadi secara turbulen, maka persamaan diatas dapat disederhanakan oleh Lewis dan Whitman menjadi persamaan sebagai berikut :

N= KL.A.( Cs-CL) = Kg.A.(Pg-P)

Dimana :N : Perpindahan masa setiap unit luasA : Luas PermukaanCs : Konsentrasi oksigen jenuhCL : Konsentrasi Oksigen di cairanKL : Koefisien film cairan, sebagai DL/YLKg : Koefisien film gas, sebagai Dg/YgYL : Ketebalan film cairanYg : Ketebalan film gasPg : Tekanan dalam airP : Tekanan dalam gelembung

Page 8: Aerasi Dan Transfer Massa

Koefisien Perpindahan oksigen KLa dipengaruhi oleh

karakteristik fisika dan kimia dalam proses aerasi

SuhuKoefisien lapisan cairan akan meningkat dengan peningkatan suhu. Bila gelembung udara, mengalami peningkatan suhu akan berpengaruh terhadap ukuran gelembung dalam sistem. Pengaruh suhu terhadap koefisien adalah :

KL(T) = KL (20C) (T-20)Untuk aerasi dengan sistem difusi biasanya berada pada kisaran 1.02. Nilai tersebut akan meningkat untuk sistem difusi. Pada sistem dengan aerasi permukaan besaran berada pada 1.012.

Page 9: Aerasi Dan Transfer Massa

PencampuranPeningkatan kecepatan pencampuran akan meningkatkan seluruh koefisien perpindahan masa.

Kedalaman CairanPengaruh kedalaman cairan (H) pada KLa akan

tergantung besar ukuran dan metode aerasi. Untuk kebanyakan sistem bubble diffusion sistem, Kla memiliki hubungan dengan kedalaman

Kla (H1) H1 nKla (H2) = H2

(n) memiliki nilai mendekati 0.7

Page 10: Aerasi Dan Transfer Massa

Karakteristik Air Limbah

• Kehadiran bahan aktif yang memiliki tegangan permukaan seperti bahan organik akan memberikan pengaruh terhadap KL dan A/V. Keberadaan bahan tersebut akan menjadi barier (pengahalang) untuk proses difusi. Pengaruh karakteristik air limbah terhadap Kla didefinisikan dengan

= KLa air limbah / KLa air

Page 11: Aerasi Dan Transfer Massa

Contoh Persoalan

Data diperoleh dari penambahan oksigen dengan sistem diffusi udara dalam unit air limbah, sebagai berikut :

1.Kecepatan aliran udara : 25 liter/(menit.M3)2.Volume : 28,3M33.Suhu : 12 C (54 F)4.Ketebalan air : 4,6 m (15 ft)5.Rata-rata diameter gelembung: 0,3 Cm6.Rata-rata kecepatan gelembung: 32 cm/detik

Page 12: Aerasi Dan Transfer Massa

Hasil penelitian dengan menggunakan sistem bubble tersebut menghasilkan sebagai berikut:

Waktu (menit) CL (mg/lt) 3 0,6 6 1,6 9 3,1 12 4,3 15 5,4 18 6,0 21 7,0

Page 13: Aerasi Dan Transfer Massa

a) Hitung KLa dan KL

b) Hitung massa O2 perjam pemindahan setiap unit volume pada 20C

c) Berapa banyak oksigen yang dapat dipindahkan dalam air limbah bila = 0,82 pada suhu 32C dan konsentrasi oksigen terlarut 1,5 mg/lt.

Page 14: Aerasi Dan Transfer Massa

Penyelesaian

• Pada suhu 12C kelarutan jenuh oksigen sebesar 10,8 mg/lt. Kelaruran rata-rata oksigen dalam tangki areasi diasumsi 10 persen oksigen terserap adalah :

Cs,m = Cs ((Pb/29.4) + (Ot/42))

Pb = Tekanan absolut pada kedalaman 15 ft= 15 (ft)/2,3 (ft/(lb.in2)) + 14,7= 21,2 lb/in2= 1,44 atm

Page 15: Aerasi Dan Transfer Massa

Ot = persen konsentrasi oksigen pada tangki aerasi yang dapat diserap

= 21 ( 1-0,1) x 100 (21(1-0,1) + 79 )

= 19,3%

21,2 19,3

Cs,m= 10,8 x ( + )

29,4 42

= 10,8 x 1,18

= 12,7 mg/lt

Page 16: Aerasi Dan Transfer Massa

Waktu (menit) Csm - CL

(mg/lt) 3 12,1 6 11,1 9 9,6 12 8,4 15 7,3 18 6,7 21 5,7

Page 17: Aerasi Dan Transfer Massa

• Peningkatan oksigen terlarut dengan penambahan waktu untuk aerasi mengikuti persamaan sebagai berikut :

Log (Csm-CL)= Log (Csm-Co) – (KL a/ 2.3) x t

Kla = 2,63/jam

Kla = Kla / (A/V)

= 21,96 cm/jam

Page 18: Aerasi Dan Transfer Massa

Oksigen yang dapat di transfer

N = No (β (Csm-Cl) Csm (20º) x α 1.02 (T-20)

= 2,05 ( 0,99 x 7,4 x 1.18 -1.5) x 0.82 x 1.02 12

10,7

= 0,64 kg/jam

Page 19: Aerasi Dan Transfer Massa

PRINSIP OKSIDASI BIOLOGISSECARA AEROBIS

• Bahan organik dipisahkan dalam proses pengolahan secara biologis melalui satu atau lebih mekanisme, yaitu penyerapan (sorption) dan pemecahan(stripping) atau biodegradasi.

Page 20: Aerasi Dan Transfer Massa

Mekanisme Pemisahan Bahan Organik

• Penyerapan (Sorption)

Penyerapan terbatas bahan organik yang tidak dapat didegradasi dari lumpur organik. Mekanisme pemisahan disebut dengan partitioning (pembuatan bagian), mengikuti mekaisme pemisahan air-octanol. Koefisien partisi ini adalah

Page 21: Aerasi Dan Transfer Massa

K sw = k Kow n

Dimana

Ksw =biosolid acumulation, merupakan ratio

organik terserap dan organik dalam

larutan.

Kow = air-octanol koefisien

k,n = faktor ( 1,38 x 10^(-5)

Page 22: Aerasi Dan Transfer Massa

Pemecahan (Stripping)

• Organik karbon (VOCs) akan mengalami pemecahan dengan udara dalam proses pengolahan secara biologis. Disamping pemecahan tersebut juga sudah terjadi penguraian secara mikrobiologis

Page 23: Aerasi Dan Transfer Massa

Biodegradasi

Bila Bahan organik dipisahkan dari larutan dengan mikroorganisme aerobik, terjadi 2 prinsip fenomena. Pertama, Oksigen digunakan oleh mikroorganisme untuk energi dan sel baru akan terbentuk. Kedua, Organisme juga akan mengalami pembiakan sel. Reaksi yang terjadi dapat dijelaskan sebagai berikut :

Page 24: Aerasi Dan Transfer Massa

Organik + a O2 + N + P a sel baru + CO2 + H2O

+ nonbiodegradable

Cel + b O2 CO2 + H2O + N + P, dapat

Page 25: Aerasi Dan Transfer Massa

SubstrateS

Cel + O2 SMP

SMP ND

Cel + O2

CO2

Cel Mass (Xv)

SMP ND

O2

ND Cel Residu

SMP : Solubel Microbial Product

Page 26: Aerasi Dan Transfer Massa

Mekanisme Pemisahan Bahan Organik dengan Biooksidasi

• Sebagian besar pengolahan bahan organik dengan biooksidasi mengikuti penguraian seperti diatas. Pada pengolahan limbah industri pada umumnya dibutuhkan aklimatisasi . Aklimatisasi tersebut untuk limbah yang komplek dibutuhkan waktu sekitar 6 minggu. Pada saat aklimatisasi lumpur aktif maka konsentrasi feed dalam kondisi konsentrasi rendah. Penguraian BOD dari air limbah dengan biodegradasi mengikuti 2 tahapan yaitu pengolahan dengan pemisahan tinggi terjadi pada saat pengolahan suspended solid, koloid, dan BOD terlaut, dan diikuti pengolahan secara perlahan BOD terlarut yang tersisa.

Page 27: Aerasi Dan Transfer Massa

• Mekanisme penguraian bahan organik terdiri dari :

• Pengolahan Bahan Tersuspensi, dengan pengendapan floc hasil dekomposisi biologis.

• Pengolahan bahan koloid dengan penyerapan fisika-kimia pada floc hasil pengolahan secara biologis.

• Biosorption (penyerapan biologis) bahan organik terlarut, sehingga mengalami penggumpalan dan pengendapan.

Page 28: Aerasi Dan Transfer Massa

Perkembangan Lumpur Aktif dan Kebutuhan Oksigen.

• Perkembangan biomass dalam proses oksidasi biologis mengikuti reaksi kinetik sebagai berikut :

Xd = X’d / ( 1 + b Xn’ c)DimanaXd= bagian biomass yang teruraiX’d= bagian biomass yang terurai tahap berikutnya, biasanya sekitar 0,8Xn’ = bbagian yang tidak dapat teruraib = koefisien kecepatan kematian sel, dalam perhariӨ = Umur sludge

Page 29: Aerasi Dan Transfer Massa

Perilaku proses dapat juga dipengaruhi oleh beban organik yang didefinisikan oleh perbandingan antara makanan dan mikroorganisme F/M rasio.

F/M = So / (fb.Xv. t)

Xv = volatile suspended solid yang teraerasi fb = bagian bahan organik yang dapat terurai

F/M ratio berhubungan dengan umur sludge () dengan pendekatan

1/c = a F/M – b.Xd, Dimana a adalah koefisien yield, atau bahan organik

yang berubah menjadi biomass.

Page 30: Aerasi Dan Transfer Massa

• Kebutuhan Nutrien Nutrien digunakan oleh mikroorganisme

dalam melakukan proses penguraian bahan organik. Beberapa mineral esensial untuk metabolisme bahan organik. Nitrogen dan phospore pada umumnya telah ada dalam air dalam jumlah yang mencukupi. Pada umumnya kebutuhan Nitrogen sebesar 4,3 Kg/100 Kg BOD, sedangkan kebutuhan P sebesar 0,6 Kg/100 Kg BOD.