PRODUK AIR DARI PROSES DEIONIZATION CAPACITIVE OZONATED

PENDAHULUAN

Di Amerika Serikat, Australia dan Inggris dan negara-negara lain, ada banyak

batubara yang dihasilkan, yang sebagian besar digunakan untuk pembangkit

listrik. Coal bed methane (CBM) umumnya berada di daerah dimana kandungan kimia

dominan air dalam lapisan batubara adalah natrium bikarbonat dan dimana lapisan

batubara terendapkan di tempat yang sangat cukup untuk menjaga tekanan air untuk

menahan kandungan gas. Karena CBM tertahan oleh air tanah dalam lapisan batubara,

maka proses ekstraksi CBM untuk penggunaan komersial melibatkan pemompaan air

pada seam batubara untuk mengurangi tekanan air yang menahan gas di seam. CBM

memiliki kelarutan yang sangat rendah dalam air dan akan terpisah seiring penurunan

tekanan air, yang memungkinkan untuk disalurkan melalui sumur bor. Air bergerak dari

lapisan batubara ke sumur bor mendorong migrasi gas ke arah sumur. Namun

penangkapan gas metana ini menghasilkan banyak air yang tidak cocok untuk pertanian

atau penggunaan domestik lainnya. Air ini yang dikenal sebagai air gas coal bed

methane, atau juga dikenal dengan istilah, “Air Terproduksi”, dan ini harus dimurnikan

sebelum dapat digunakan. Air terproduksi CBM mengandung jumlah salinitas tinggi,

bahkan jika air itu bersih dari mikroba dan racun lainnya, kandungan garam harus

dikurangi atau dihilangkan. Tidak hanya kandungan natrium tinggi bermasalah pada

rasa, namun juga masalah kesehatan jika dikonsumsi dalam jumlah besar. Selain itu,

dari air terproduksi CBM dapat menyebabkan kerusakan tanah juga terjadi karena efek

SAR yang terkandungnya. Salah satu cara pengolahan air terproduksi ini adalah dengan

proses deionization capacitive ozonated.

METODE PENELITIAN

Capacitive Deionization bukanlah hal yang baru, namun hanya saja belum

memiliki keberhasilan komersial yang besar karena tingginya biaya

pelaksanaan. Alasan lain kurangnya sukses komersial adalah masalah sejarah

kontaminasi unit kapasitif deionisasi oleh senyawa organik dan mengandung ion tinggi

baik dari yang diatasi dengan ozonisasi dan pemisahan langkah sebelum deionisasi

kapasitif. Ketika masalah ini dihilangkan, diperoleh lagi masa manfaat untuk peralatan,

mengurangi konsumsi daya, dan regenerasi lebih cepat dari unit CD. Pemilik paten ini

adalah Farmer, US Pat. No 5.425.858 dikeluarkan 20 Juni 1995 Joseph Farmer dari

Laboratorium Livermore Lawrence, yang paten ditugaskan untuk Bupati dari University

of California. Hal ini berjudul "Metode dan aparatus untuk deionisasi kapasitif,

pemurnian elektrokimia dan regenerasi elektroda.”

Hal ini terkenal di seluruh California dan di negara bagian Amerika Serikat Barat

yang untuk memperoleh pasokan air bersih menjadi lebih sulit, terutama pada tahun

kekeringan di tahun 2006 dan 2007 musim dingin. Tidak hanya di Amerika Serikat

tetapi di Afrika, Australia dan Timur Tengah, terdapat masalah besar mengenai

ketersediaan air. Untuk alasan ini Israel telah menjadi pelaku besar di industri desalinasi

air.

PROSEDUR PENELITIAN

Adapun prosedur kegiatan penelitian dapat diuraikan pada gambar 1.

Gambar 1. Bagan alir operasi proses pengolahan air terproduksi

Dari ekstraksi Coal Bed Methane (CBM) akan diproduksi air, yang akan disebut

sebagai air terproduksi (11) dari setiap tambang batu bara, yang biasanya akan dianggap

sebagai bahan berbahaya, dikumpulkan, dan kemudian diangkut melalui pipa (13), dan

dipompa menuju injector Mazzei (15), perangkat multi-dipatenkan dibuat oleh Mazzei

Injector Company, LLC dari Bakersfield, California dan campuran kemudian dikirim ke

tangki sedimentasi (23) atau ke Couette reaktor / pemisah, untuk dilakukan ozonisasi

simultan dan pemisahan padatan. Teknologi reaktor Coutette ini diyakini awalnya

dipatenkan di bawah naungan Laboratorium Nasional Oak Ridge, Oak Ridge Tenn.

Di dalam Injector ditambahkan senyawa dari reaktor kimia plasma (17), yang

selanjutnya disebut PCR. Perangkat ini digunakan untuk menghasilkan ozon, yang ozon

disalurkan melalui pipa ke Mazzei injektor. Dalam operasi injektor Mazzei menciptakan

vakum untuk menyedot ozon dari reaktor kimia plasma. Ini meniadakan kebutuhan

harus memompa ozon ke zona reaksi, seperti ozon cukup korosif terhadap pipa. Dalam

operasi yang sebenarnya, injektor Mazzei menarik ozon ke dalam pipa kecil untuk

campuran dengan jumlah terbatas air, campuran air ozon terkonsentrasi kemudian

dikirim ke pipa utama, biasanya pipa 4 inci yang bertentangan dengan pipa 1 inci untuk

masukan awal. Lalu diencerkan campuran ozon-air lebih lanjut kemudian dikirim ke

tangki sedimentasi atau Couette Reaktor / pemisah (23).

Disini dalam campuran air-ozon diencerkan, besi Ferrous +2 dioksidasi menjadi

Ferri besi +3. Ion mangan hadir sebagai Mn + 2 dioksidasi menjadi ion manganic tinggi

+4. Ion-ion ini teroksidasi bentuk terlarut atau senyawa Metallo-organik larut baik

tinggal dalam larutan dan untuk sebagian besar senyawa merupakan bagian yang dapat

dipisahkan. Sementara Plasma Kimia Reaktor adalah alat pilihan untuk generasi ozon,

setiap aparatus yang menghasilkan ozon dapat dimanfaatkan dalam proses treatment ini.

Tangki sedimentasi (23), atau alat akting setara seperti pemisah siklon atau

Couette reaktor / pemisah, yang pernah digunakan, umumnya lebih luas di bagian atas

dan meruncing ke bawah sempit untuk kemudahan penghapusan padatan. Pemisahan

dengan alat ini menawarkan keuntungan menjadi reaktor kontinu dengan throughput

yang tinggi dan kompak dan mudah digunakan.

Dengan meruncingnya bentuk bawah, memungkinkan massa yang terakumulasi

akibat gravitasi untuk mengumpulkan di ruang yang lebih kecil, sehingga rendering

lebih mudah untuk mengumpulkan. Produk limbah lembab yang mengandung oksida

besi dan oksida manganic dikeluarkan melalui port di bagian bawah tangki sedimentasi

dan disalurkan melalui pipa dan pompa (25) ke sedimentasi kolam konvensional (53).

Sebuah port fluida yang terhubung ke pipa dan pompa (27) memberikan air yang

mengandung padatan terlarut ke layar filter berputar (29). Micro layar berputar drum

filter, merupakan alternatif untuk filtrasi pasir terutama ketika air limbah yang

berlebihan tersebut terjadi. Proses penyaringan ini filter layar berputar menangkap

partikel pada kain layar sementara membiarkan air melewatinya. Mereka dirancang

dengan beberapa bagian yang bergerak untuk memastikan umur panjang dan biaya

operasional yang rendah, dengan perawatan yang minimal. Salah satu merek produk

tersebut diketahui pemohon adalah Hydrotech®, dan lainnya adalah Orival®.

Padatan yang diambil akan digerakkan oleh pipa dan pompa (49) dari layar filter

berputar ke sedimentasi kolam (53). Tangki sedimentasi juga menerima cairan dari

tangki SAR (43) melalui pipa (51), (51A) untuk membantu mencairkan air dalam tangki

sedimentasi, beberapa di antaranya adalah keluar port dengan sampah. Perhatikan lebih

lanjut bahwa air dari tangki SAR juga memasuki filter layar berputar melalui pipa (51),

(51B) dekat ujung jalan keluar.

Air keluar filter layar berputar melewati gerbang katup (31) untuk membagi arus

ke dua bank atau set sel desalinasi kapasitif. Setiap bank dapat dengan mudah memiliki

6-10 stasiun desalinasi kapasitif, atau bahkan lebih yang bergantian antara siklus operasi

dan siklus pembersihan. Satu bank tersebut ditunjuk 39 A dan 39 B lainnya.

Referensi dibuat untuk Gambar 2 yang menetapkan prinsip-prinsip operasi dari

teknologi ini. Kapasitif desalinasi teknologi-(CDT) -Bekerja dalam dua setengah siklus,

dimana pasang elektroda spasi pertama kali terpolarisasi untuk memisahkan padatan

dari air, dan kemudian de-terpolarisasi untuk backwash padatan dikumpulkan

sedemikian rupa sehingga siklus terpolarisasi dapat dimulai. Dalam CDT air payau atau

air minum non-lainnya dipompa antara pasangan permukaan yang tinggi elektroda

karbon daerah, seperti yang disebut aerogels, elektroda yang diadakan di beda potensial

sekitar 1,3 volt +/- Ion hadir dan lainnya partikel bermuatan seperti mikroorganisme

mengikat dan dipertahankan pada elektroda biaya yang berlawanan. Jadi kation, pergi

ke anoda, atau elektroda negatif. Ion khas yang dapat dipisahkan dengan cara tersebut

meliputi Ca, Mg, dan Na, yaitu, kalsium, magnesium dan natrium masing-masing.

Konsep yang sama berlaku untuk anion yang bermuatan negatif. Mereka tertarik

ke elektroda positif. Anion khas termasuk klorida, nitrat dan silikat, dan ion sulfat. Ini

setengah siklus tarik disebut siklus aktif. Ion-ion menempel pada pelat elektroda dan air

diklarifikasi lewat dari sel. Kegiatan terakhir ini terjadi melalui pipa dan pompa (41 A),

dan (41 B) ke tangki SAR (43).

Gambar 2. Diagram yang menggambarkan prinsip-prinsip operasional pabrik desalinasi

kapasitif

Bagian dari air keluar juga berjalan melalui pipa (45A) dan (45B) masing-masing

melalui sistem katup (37) kembali ke masing-masing bank sel melalui pipa (35B)

dan (35A). Lihat Gambar 1, cairan dari tangki SAR juga mengalir melalui sistem katup

yang sama ke bank sel masing-masing melalui pipa yang sama (35 A) dan (35 B).

Ketika dan saat elektroda telah mencapai dekat kapasitas mereka dalam konten

ion, potensial listrik yang diterapkan dihapus. Ion-ion menjadi terikat dari elektroda

masing-masing, dan memerah keluar dari sel selama siklus depolarisasi oleh air yang

masuk masuk melalui pipa (35 A), (35 B), baik dari eksudat dari sel masing-masing dan

dari tangki SAR. Produk ini limbah terkonsentrasi kembali melalui sistem katup ke

kolam penguapan atau lokasi koleksi lainnya. Dengan demikian terlihat bahwa sistem

katup menyediakan akses dan jalan keluar dari sel CDT.

Akhirnya, pada tangki SAR 43 terlihat di sudut kanan bawah Gambar 1 . Dalam

rangka untuk membuat air terproduksi metana batubara cocok untuk pertanian, perlu

untuk mengurangi kadar ion natrium terlarut di dalamnya. Hal ini karena kelebihan

natrium dalam air dapat menyebabkan pengerasan kulit benih, saturasi sementara

permukaan tanah dapat mencegah perembesan air, dan natrium dapat berkontribusi

untuk peningkatan tingkat penyakit tanaman, erosi tanah, dan menyebabkan pH tinggi

dalam tanah dan air. Buah-buahan, kacang-kacangan dan alpukat jeruk sangat sensitif

terhadap tingkat tinggi natrium dalam air.

RANGKUMAN

Adapun rangkuman dari penelitian dapat digambarkan pada gambar 3.

Gambar 3. Diagram sederhana proses penelitian

Air terproduksi CBM merupakan air yang tidak layak dimanfaatkan, yang

dihasilkan dari lapisan batubara sebagai hasil dari ekstraksi CBM, dikumpulkan untuk

kemudian dilakukan ozonasi dalam reaktor untuk mengurangi kandungan organik,

mengoksidasi kandungan besi dari +2 ke + 3, yaitu ferrous ke ferric, dan mengoksidasi

kandungan mangan +2 ke +4, yang manganous untuk manganic. Air setelah treatment

pertama tersebut, yang masih mengandung natrium terlarut dan ion lainnya dialirkan

melalui reaktor / pemisah, kemudian melalui langkah filtrasi, dan kemudian dikenakan

deionisasi kapasitif, untuk menghasilkan air bersih, yang kemudian dapat ditreatment

lebih lanjut untuk menyesuaikan kandungan sodium untuk membuat air yang cocok

untuk keperluan rumah tangga dan pertanian. Untuk alasan ekonomi, disarankan bahwa

sistem pemurnian air dari penemuan ini akan dioperasikan di dekat fasilitas ekstraksi

CBM.

Sumber :

Robert L. Campbell & Rancho Murietta. United States Patent Application Publication,

Nov 25, 2010; US 2010/0297000 A1. United State.