Pemisahan padatan dalam fluida banyak dibutuhkan untuk berbagai kepentingan di industri, misalnya untuk penjernihan air, pemurnian minyak bumi, dan pemurnian bahan baku aromatik. Padatan yang teradsorp dalam fluida dapat berupa logam, partikel pasir, lumpur, atau zat lainnya. Pemisahan padat cair memiliki beberapa tujuan diantaranya untuk mendapatkan cairan jernih bebas dari zat padat, untuk memisahkan zat padat dari larutannya, atau untuk memisahkan kedua-duanya dalam keadaan terpisah. Pemisahan padat cair dapat dilakukan dengan berbagai prinsip dan cara, namun dalam artikel ini akan dirangkum tiga cara utama dalam pemisahan partikel padat dalam cairan, yaitu secara flotasi, pengendapan, dan penyaringan.
A. Flotasi
Flotasi merupakan metode pemisahan suatu zat dari zat lain pada suatu cairan berdasrkan perbedaan sifat permukaan dari zat yang akan dipisahkan, dimana zat yang bersifat hidrofilik (suka air) akan tetap berada dalam cairan, sementara zat yang bersifat hidrofobik (tidak suka air) akan terikat pada gelembung udara yang diberikan dan terbawa ke permukaan larutan membentuk buih yang kemudian dapat dipisahkan dari cairan tersebut. Proses flotasi disebut juga sebagai pengapungan. Pengapungan merupakan proses ketika suatu zat dibawa ke permukaan larutan dengan memanfaatkan gelembung udara. Zat akan menempel pada gelembung, sehingga terangkat ke permukaan dan dapat dipisahkan.
Proses pengapungan dengan memasukan udara ke dalam air akan membentuk partikel-partikel terlarut di dalam air berkumpul membentuk flok-flok, sehingga menyebabkan ukuran partikel-partikel tersebut menjadi lebih besar sehingga mudah terangkat oleh gelembung. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi proses kerja flotasi antara lain :
a) Ukuran partikel. Semakin besar ukuran partikel, semakin mudah mengendap sehingga sudah untuk terflotasi
b) pH larutan. Pada pH tinggi partikel cenderung mudah mengendap
c) Surfaktan. Penambahan surfaktan (disebut kolektor) berfungsi untuk mengubah partikel hidrofil menjadi hidrofob
d) Koagulan. Penambahan koagulan dapat mengubah ukuran partikel menjadi lebih kecil sehingga semakin mudah terflotasi.
e) Laju udara. Besar laju udara berpengaruh terhadap kapasitas dan waktu tinggal. Semakin cepat laju udara maka kapasitas zat untuk mengalami flotasi semakin rendah namun waktu tinggal semakin cepat, begitu pula sebaliknya.
f) Reagen kimia. Dengan adanya sifat permukaan hidrofilik dan hidrofobik perlu adanya suatu reagen kimia untuk mengubah permukaan partikulat.
g) Pembusa. Berfungsi untuk menstabilkan gelembung udara dalam air. Contohnya detergen.
Adapun syarat terjadinya flotasi adalah sebagai berikut :
a) Terdapat gelembung udara dalam cairan (0.5” - 1.0”).
b) Ukuran partikel harus halus
c) Derajat liberasi tinggi.
d) Feed berbentuk pulp (lumpur).
e) Memiliki sudut kontak yang baik sekitar 60°–90°. Dengan sudut yang baik maka usaha adhesinya pun besar, sehingga udara dapat menempel pada permukaan mineral, jadi mineral dapat mengapung. Sudut kontak sendiri merupakan sudut yang dibentuk antara gelembung udara dengan mineral pada suatu titik singgung.
f) pH kritis. pH kritis merupakan pH larutan yang mempengaruhi konsentrasi kolektor dalam pengapungan mineral.
Gambar 1. Mekanisme kerja Flotasi
B. Pengendapan
Pengendapan merupakan peristiwa turunnya partikel-partikel padat yang tersebar dalam cairan karena pengaruh gaya berat, sehingga cairan jernih dapat dipisahkan dari zat padat yang menumpuk di dasar. Pengendapan mudah terjadi pada partikel-partikel yang keras dan besar (<200mesh). Untuk partikel-partikel halus diusahakan agar terjadi pengelompokkan menjadi gabungan-gabungan partikel yang lebih besar (flok). Peristiwa penggabungan partikel menjadi lebih besar disebut flokulasi. Flokulasi dapat dilakukan baik secara mekanis (pengadukan perlahan) dan secara kimia (penambahan zat flokulan/penggumpalan). Proses pengendapan dapat dibedakan berdasarkan kegunaannya diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Settling Tank
Settling tank merupakan salah satu alat pengendap sederhana yang dirancang untuk memisahkan partikel padat dari air yang mengalir didalamnya. Prinsip kerja settling tank cukup sederhana, ketika air yang mengandung partikel padat masuk ke dalam bak maka gaya gravitasi akan mulai bekerja. Partikel-partikel besar akan mulai bergerak ke bagian bawah membentuk lapisan konsentrat lumpur yang kemudian dapat dengan mudah dihilangkan. Settling tank sering disebut sebagai tanki sedimentasi. Dalam sebuah industri, tangki ini harus mempunyai kapasitas yang cukup untuk 24 jam operasional dengan beban penuh. Kemudian tanki ini juga harus dilengkapi dengan penyekat untuk mengurangi pencampuran lumpur dengan air bersih kembali.
Cara kerja settling tank juga cukup sederhana dimana diawali dengan pengaliran air ke dalam tanki, lalu dilakukan retensi. Retensi disini berfungsi untuk menahan air dalam tangki pada jangka waktu tertentu untuk memberikan waktu bagi partikel padat untuk pengendap. Kemudian sedimentasi padatan, dan terakhir pengumpulan serta pembuangan partikel padat. Fungsi utama settling tank adalah sebagai pemisah partikel padat, mengurangi kekeruhan, dan mengendalikan zat kimia serta polutan.
Gambar 2. Mekanisme kerja Settling Tank
2. Clarifier
Clarifier merupakan sebuah tangki sedimentasi untuk memisahkan padatan dengan prinsip gaya gravitasi. Alat ini lazimnya digunakan untuk menjernihkan air baku yang keruh dengan cara melakukan pengendapan. Untuk mempercepat pengendapan, pada clarifier dilakukan proses koagulasi dan flokulasi. Koagulasi dilakukan dengan penambahan bahan kimia (koagulan) untuk menstabilkan partikel-partikel yang tersuspensi di dalam larutan agar membentuk gumpalan partikel yang lebih besar. Proses flokulasi dilakuakn dengan menambahkan pengadukan pada tangki, sehingga proses penggabungan antar partikel membentuk partikel besar semakin mudah, dan lebih cepat untuk mengendap.
Gambar 3. Mekanisme kerja Clarifier
3. Thickener
Proses pemisahan pada thickener menerapkan prinsip pengendapan, dimana suatu media cair dengan partikel padatan didalamnya dialirkan ke dalam tanki thickener, padatan yang memiliki berat jenis lebih tinggi perlahan-lahan akan turun ke dasar dan mengendap serta tertahan pada rake arm thickener. Hasil keluaran dari thickener biasanya langsung masuk pada filter press yang berfungsi menghilangkan air pada lumpur dan menghasilkan limbah padat. Berbeda dengan clarifier yang menginginkan cairan jernih, fungsi utama thickener adalah mengentalkan padatan sehingga padatan yang diperoleh dapat langsung diolah.
Gambar 4. Mekanisme kerja Thickener
C. Penyaringan
Penyaringan merupakan metode pembersihan zat atau partikel padat dari suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut pada medium penyaringan. Penyaringan sering disebut juga sebagai filtrasi, yaitu proses pemisahan zat padat tersuspensi dalam air dengan menggunakan media berpori / filter. Zat padat (residu) akan tertahan diatas filter karena memiliki ukuran lebih besar dari pada pori-pori filter, sementara cairan (filtrat) akan melewati filter. Untuk semua proses filtrasi, umpan dapat mengalir karena disebabkan oleh adanya gaya dorong berupa beda tekan, contohnya gaya gravitasi, tekanan, keadaan vacuum, dan gaya sentrifugal. Gaya dorong disimbolkan ΔP dan laju penyaringan dapat diketahui dengan membandingkan gaya dorong dengan hambatan filtrasi. Hambatan dapat berupa medium filter dan hambatan residu atau endapan padat. Filtrasi dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya :
a) Laju alir. Semakin besar laju alir menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien
b) Kekeruhan. Semakin keruh cairan dapat menyebabkan tersumbatnya lubang pori pada media filter
c) Temperatur. Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi menyebabkan massa jenis, viskositas absolut, dan viskositas kinematis dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi perbedaan dalam ukuraan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi terhadap efisiensi daya saring filter.
d) Ketebalan media penyaring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama.
e) Kedalaman media, ukuran dan material. Diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisinya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran media.
f) Tinggi muka air diatas media filter. Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. (Rizki Yunita Saputri.2019).
1. Sand Filter
Sand filter merupakan sebuah sistem pengolahan air dimana menggunakan lapisan pasir sebagai media penyaringannya. Dalam sand filter, lapisan pasir terdiri dari pasir halus yang ditempatkan pada bagian atas dan pasir kasar pada bagian bawahnya. Air dialirkan dari atas ke bawah. Selama proses penyaringan, partikel-partikel padat akan tertangkap diantara pori-pori pasir. Sand filter memilik prinsip penyaringan berdasarkan gaya berat, yang dimana mengikuti syarat suatu fluida yang selalu mengalir menuju tempat yang lebih rendah. Molekul air yang kecil dapat menembus pori-pori pasir dalam sand filter dan mengalir ke bawah, sehingga partikel padat terlarut dapat dipisahkan. Penyaringan jenis ini memiliki beberapa kelebihan dimana efektif untuk menghilangkan kekeruhan, menghasilkan kualitas air yang baik, dan kapasitas produksi dapat diatur. Namun sand filter harus secara berkala dibersihkan guna mengembalikan kemampuan filtrasi pasir
Gambar 5. Mekanisme kerja Sand Filter
2. Plate and Frame Filter Press
Alat ini terdiri dari serangkaian piringan dan kain saring yang bekerja dengan menerapkan tekanan tinggi untuk memisahkan zat padat dari cairan. Proses pemisahan biasanya menggunakan metode filtrasi tekanan, diman campuran padatan dan cairan dipompa ke dalam filter press kemudian ditekan untuk memisahkan fase cairan dan padatan. Filtrat mengalir melalui kain saring dan padatan akan menumpuk dalam bentuk cake pada kain saring, filtrat mengalir antara kain saring dan plate melalui saluran keluar. Filtrasi akan terus dilakukan hingga frame dipenuhi padatan. Alat ini memiliki kelebihan dimana konstruksinya sederhana dan mudah digunakan, fleksibel, biaya perawatan rendah, serta dapat digunakan untuk penyaringan larutan yang mempunyai viskositas tinggi. Namun, alat ini juga memiliki beberapa kekurangan seperti mudah bocor, pengambilan cake secara manual sehingga membutuhkan banyak tenaga, operasi tidak kontinyu, dan membutuhkan waktu yang lama.
Gambar 6. Mekanisme kerja Filter Press
3.
Rotary Drum Vacuum Filter
Rotary drum vacuum filter merupakan alat yang digunakan dalam skala besar dengan proses yang kontinyu. Media filter berupa kain atau media lain yang dilapisi pada drum yang berputar. Alat ini memiliki prinsip gaya dorong berupa tekanan vacuum, dimana tekanan di luar drum adalah tekanan atmosfer sedangkan tekanan di dalam drum mendekati tekanan vacuum. Drum dimasukan ke dalam cairan yang mengandung suspensi padatan, lalu diputar dengan kecepatan rendah. Cairan akan tertarik pada filter cloth karena perbedaan tekanan, sementara padatan tertinggal di permukaan drum membentuk cake. Rotary drum bekerja dengan beberapa tahap yaitu :
a) Pembentukan cake. Pada saat drum diputar dan menembus cairan, padatan dalam suslpensi akan menempel dapa permukaan drum dan terjadilah pembentukan cake
b) Pengeringan dan pencucian. Pada tahap ini, air yang mungkin masih terperangkap dalam cake akan dihisap dan dikeringkan sehingga menghasilkan cake yang lebih kering. Proses pencucian cake juga dapat dilakukan apabila dibutuhkan
c) Pelepasan cake. Cake yang telah kering akan melewati sebilah pisau sehingga dapat lepas dari drum dan dapat dipisahkan
d) Tahapan kosong. Tahap ini berlangsung setelah pelepasan cake dimana medium filter menjadi kosong tanpa adanya cake yang melapisinya. Jika ruang vakum dalam drum terhubung dengan daerah ini maka akan terjadi kebocoran vakum yang mengakibatkan kondusu vakum di zona lain tidak berfungsi. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu valve pengatur untuk menyekat zona ini.
Gambar 7. Mekanisme kerja Rotary Drum Vacuum Filter
Daftar Pustaka
Anonim. Cara Kerja Sand Filter untuk Menghilangkan Kekeruhan Air. (online). Diakses dari : https://www.tanindo.net/sand-filter/
Dewi, Erwana. Anhar. dkk. Proses Pengolahan Air Pada Tangki Klarifier ditinjau dari Laju Alir dan Konsentrasi Koagulan di PLTG Borang. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Sriwijaya,
Kurniawan, Ronny. 2021. Materi Alat Klasifikasi. Prodi Teknik Kimia. Fakultas Teknologi Industri. Institut Teknologi Nasional Bandung.
Mashita Baga, Qalifa. 2023. Flotasi. Program Studi Kimia. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Negeri Gorontalo
Mardhiyana, Aqqilla. dkk. 2019. Laporan Praktikum Operasi Teknik Kimia-1 Rotary Drum Vacuum Filter. D-IV Teknik Kimia. Politeknik Negeri Bandung.
Valentin.2023. Settling Tank: Ruang Penyelesaian Lumpur yang Membuat Airmu Kembali Jernih!. (online). Diakses dari : https://perpusteknik.com/settling-tank-adalah/
Yunita Saputri, Rizky; Pengaruh Perbedaan Tekanan Terhadap Efisiensi Proses Filtrasi Sludge dengan Menggunakan Plate And Frame Filter Press. Universitas Diponegoro. 2019.
Posting Komentar