DAF di Kilang: Kunci Memecah Emulsi, Memoles Efluen ke Belasan ppm

Limbah kilang kerap datang dengan ratusan mg/L minyak dan padatan halus dalam bentuk emulsi yang stabil—terlalu kecil untuk gravitasi biasa. API separator merontokkan minyak bebas, tetapi droplet teremulsi (sering <20 μm) bandel melawan pengendapan. Itulah mengapa DAF (dissolved air flotation—flotasi dengan udara terlarut) menjadi pretreatment favorit: mikrobubble mengikat droplet, menaikkan gaya apung dan kecepatan naiknya. Flotasi bahkan “more effective for the removal of emulsified-oil droplets” dibanding pemisahan gravitasi karena efek bubble attachment (www.researchgate.net).

Dalam praktik, sistem DAF kilang tipikal berjalan pada tekanan saturasi 3–5 atm, me-recycle ~10–20% aliran untuk membangkitkan gelembung, dan memberi waktu tinggal hidrolik (HRT) total ~10–20 menit. Panduan desain (mis. standar Tiongkok HJ2007-2010) menyarankan bak dangkal (<2,5 m) dengan lintasan memanjang (L:W ~2–3:1) dan beban limpasan permukaan sekitar 4–6 m³/(m²·h) (cnwwtp.com). Contoh pedoman ini memisahkan zona kontak (≤1 menit) dan zona pemisahan (10–20 menit), menghasilkan surface loading 4–6 m³/m²·h (cnwwtp.com).

Profil limbah dan peran DAF

Free oil memang bisa ditangani lebih dulu oleh API separator atau unit pemisah minyak bebas seperti oil removal, namun droplet emulsi membutuhkan strategi lain. DAF—tersedia sebagai paket DAF industri—memanfaatkan udara terlarut yang dilepas sebagai mikrobubble untuk “menjemput” minyak dan padatan halus ke permukaan. Data menunjukkan peningkatan drastis laju naik droplet akibat bubble attachment (www.researchgate.net).

Desain yang baik mengikuti HJ2007-2010: bak dangkal (<2,5 m), rasio L:W ~2–3:1, beban limpasan 4–6 m³/(m²·h), dengan zona kontak ≤1 menit dan pemisahan 10–20 menit (cnwwtp.com). Operasi lazim: tekanan 3–5 atm, recycle ~10–20%, HRT ~10–20 menit.

Koagulasi dan flokulasi terintegrasi

Emulsi minyak distabilkan oleh muatan permukaan dan efek koloid. Koagulan (garam multivalen atau aluminium/besi prahidrolisis) bekerja melalui netralisasi muatan; flokulan polimer menjembatani partikel menjadi agregat yang mudah terapung. Kombinasi keduanya lazim dipakai (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Untuk pemilihan dan ketersediaan, rujukan koagulan industri dapat dilihat pada coagulants dan PAC, sementara polimer tersedia di flocculants.

Zhaoyang You dkk. menyaring beberapa koagulan untuk emulsi minyak kapal dan menemukan urutan kapasitas demulsifikasi: polyaluminum ferric chloride (PAFC) > poly‑aluminum chloride (PAC) > PSAFS > alum > Al₂(SO₄)₃ > poly‑ferric sulfate > FeCl₃ (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Mereka lalu mendosis 300 mg/L PAFC + 300 mg/L PSAFS + 30 mg/L kationik PAM pada pH 6,6, menghasilkan minyak efluen <15 ppm meskipun influen 3000–5000 mg/L (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (pmc.ncbi.nlm.nih.gov).

Pada air limbah kilang tipikal, uji jar menunjukkan hampir 99% penghilangan minyak saat alum digabung PAM: Albarazanje dan Mohamed (2019) melaporkan efisiensi DAF melonjak dari ~60% (tanpa kimia) menjadi ~90–94% dengan 25–50 mg/L PAM atau alum saja, dan mencapai 98,9% (untuk influen 50 ppm) ketika memakai keduanya (doaj.org). Satu catatan studi menyebut “PAM with added water was used to further reduce the oil content” setelah koagulasi (pmc.ncbi.nlm.nih.gov), menegaskan peran polimer dalam menangkap sisa minyak.

Optimasi dosis kimia dan kinerja

Kinerja DAF di lapangan sangat sensitif terhadap dosis. Studi optimasi konsisten menunjukkan dosis moderat (puluhan mg/L) memberi removal solid; overdosis menambah biaya, sludge, bahkan restabilization (pembalikan muatan) dengan manfaat marginal (pmc.ncbi.nlm.nih.gov) (www.researchgate.net).

Tetteh (2018) mengoptimasi DAF pilot untuk minyak kilang dan menemukan >75% penghilangan COD/SOG/TSS pada 50 mg/L koagulan (pH 5, 15 menit, recycle 10%, 350 kPa) (openscholar.dut.ac.za). Uji response‑surface menunjukkan ~85% penghilangan oil‑SOG hanya pada 30–45 mg/L koagulan (air ratio 8–12%, 300–425 kPa) (openscholar.dut.ac.za). Menariknya, sistem kontinyu butuh ~100–180 mg/L untuk capaian serupa—menunjukkan efek skala.

Foukalas & Galassi (2020) melaporkan DAF dengan 50 mg/L koagulan berbasis aluminium atau besi (pH 5, 400 kPa) menghilangkan sekitar 73–91% TSS dan 81–96% kekeruhan, serta 83–96% COD (pengurangan minyak/grease juga tinggi) (www.mdpi.com). Di semua studi ini, penalaan dosis dilakukan lewat uji jar atau RSM (response surface methodology) pilot karena optimum bergantung pada mutu influen. Untuk kontrol lapangan, banyak plant memakai pengukuran on‑line (monitor kekeruhan, streaming current, atau zeta potential berkala) guna menyesuaikan alum/PAC dan polimer secara real time. Pada konteks dosing akurat dan stabil, penggunaan dosing pump membantu menjaga set‑point.

Contoh nyata risiko overdosis: You dkk. mencatat FeCl₃ berkinerja buruk pada 500 mg/L (minyak efluen ~53 mg/L) dan memburuk saat dosis dinaikkan (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Studi Irak juga memberikan persamaan yang mengaitkan removal dengan dosis koagulan untuk perencanaan plant (doaj.org).

Parameter desain unit flotasi

Efisiensi juga ditentukan oleh desain: tekanan saturasi udara, recycle ratio, dan ukuran gelembung. Kenaikan pressurisasi (hingga 4–5 atm) melarutkan lebih banyak udara dan melepas mikrobubble lebih rapat. Uji koagulasi/DAF menunjukkan penghilangan minyak meningkat dengan tekanan saturator dan persentase recycle yang lebih tinggi (doaj.org). HRT lebih lama (10–20 menit) memberi waktu floc naik sempurna.

Kebanyakan DAF memiliki zona kontak/saturasi dan zona pemisahan: yang pertama mencampur koagulan dengan aliran recycle (sering memakai baffle miring 70°) (cnwwtp.com), yang kedua tenang, tempat skum terakumulasi. Desain yang baik menargetkan flotation surface loading ≈0,5–1,0 m³/m²·h (4–6 m³/m²·h dalam pedoman Tiongkok, cnwwtp.com) agar kecepatan naik gelembung (~0,5–2 cm/s) cukup membawa floc ke permukaan. Pedoman praktis lain: lebar sel horizontal <6 m, panjang 2–15 m, waktu kontak 1–2 menit, pemisahan 10–20 menit (cnwwtp.com).

Capaian terukur dan kepatuhan

Dengan kimia dan desain yang dioptimasi, DAF kilang bisa mencapai pengurangan minyak & grease dan kekeruhan >90%. Albarazanje dkk. melihat minyak turun dari 50 ppm ke ≈0,5 ppm memakai alum+PAM (doaj.org). You dkk. mendapatkan minyak efluen “stable below 15 ppm” dari influen 3000–5000 mg/L setelah optimasi dosis PAFC+PAM (pmc.ncbi.nlm.nih.gov). Foukalas & Galassi menyiratkan DAF tipikal memoles kekeruhan dan COD sebesar 80–95% pada 50 mg/L koagulan (www.mdpi.com).

Capaian seperti ini umumnya memenuhi ambang buang ketat (banyak yurisdiksi menuntut <20–50 mg/L minyak), seraya menghasilkan volume sludge yang relatif kompak. Penting: setiap mg/L tambahan di atas optimum memberi diminishing returns. Misalnya, tidak rasional menggandakan dosis 50 mg/L untuk mengejar 100% removal saat 95% sudah tercapai; operator menyeimbangkan target removal terhadap biaya kimia dan produksi sludge.

Ringkasan desain DAF kilang

Intinya, integrasi koagulasi/flokulasi dengan DAF adalah kunci untuk penghilangan minyak teremulsi di limbah kilang. Pilihan koagulan (PAC/PAFC atau ferric) dan sedikit polimer bermassa molekul tinggi dapat memberi >85–99% penghilangan minyak/padatan (doaj.org) (openscholar.dut.ac.za). Gunakan pedoman desain (mis. HJ2007-2010) dan data uji jar untuk ukuran bak flotasi (beban tipikal ~4–6 m³/m²·h, retensi ~10–20 menit, cnwwtp.com) serta set recycle (sering 10–20%) dan tekanan saturator (~3–5 atm). Optimasi dosis terukur—mis. studi bangku RSM—itu krusial: perubahan kecil pada koagulan atau polimer bisa mengubah kualitas efluen secara signifikan. Pada akhirnya, DAF yang dirancang baik dengan dosis dioptimasi secara konsisten menurunkan minyak dan padatan halus ke level mg/L rendah, memastikan patuh lingkungan. Rujukan istilah teknis HJ‑2007‑2010 juga digunakan di sumber (cnwwtp.com).

Sumber: studi dan laporan industri tepercaya (mis. Zouboulis and Avranas 2000; You et al. 2018; Albarazanje & Mohamed 2019; Tetteh 2018; Foukalas & Galassi 2020) dan pedoman teknis (HJ‑2007‑2010) untuk data efisiensi, seleksi koagulan, dan parameter desain (www.researchgate.net) (doaj.org) (openscholar.dut.ac.za) (www.mdpi.com) (cnwwtp.com). Bukti kuantitatif ini (persen removal, dosis optimal, konsentrasi efluen) memandu desain dan operasi DAF.