Di sistem budidaya resirkulasi (RAS), ikan dan mikroba memompa CO₂ lebih cepat daripada yang disadari. Packed tower bisa membuang 80–92% CO₂ per lintasan di kondisi lab, tapi laju lapangan bercerita lain—dan itulah kunci desain.
Di RAS, kontrol CO₂ bukan fitur ekstra—ini penentu hidup-mati. Akumulasi CO₂ menggeser pH darah, memangkas separuh afinitas hemoglobin terhadap O₂ (“halving Hb-O₂ affinity”), dan memicu patologi seperti nefrokalsinosis (learn.farmhub.ag). Aerasi dengan udara membantu, tapi sistem yang menyuntikkan O₂ murni—seperti low‑head oxygenators (LHO)—hampir tidak mempurge CO₂. Tanpa degasser khusus, CO₂ menumpuk hingga level toksik (researchgate.net; learn.farmhub.ag), sehingga praktik industri memasangkan sistem O₂ tinggi dengan unit penyingkap CO₂ yang sepadan (studylib.net).
Cara Memilih Pompa Slurry Tambang Nikel: High Chrome vs Rubber
Arsitektur packed column dan prinsip GLR
Packed‑column stripping tower adalah menara vertikal berisi media plastik tempat air menetes ke bawah melawan aliran udara ke atas (counter‑current). Tujuannya: memperluas area kontak untuk transfer massa CO₂ (researchgate.net; learn.farmhub.ag).
Di lab, Hu dkk. (2011) melaporkan efisiensi penghilangan CO₂ 80–92% per lintasan pada rasio gas:air (GLR, gas‑to‑liquid ratio) ≈5–8. Model eksponensialnya: “CO₂_removed (mg/L) ≈ 6.44 – 5.82·(0.648^GLR) (r²=0.91)”, dengan GLR≈5 mencapai ≈6,0 mg/L (≈85% dari ~7,0 mg/L inlet) dan GLR≈8 ≈6,4 mg/L (≈90–92%)—di atas GLR≈8, tambahannya makin kecil (researchgate.net; c.coek.info; c.coek.info). Pada 20°C air tawar, Hukum Henry (H≈1,1) juga memprediksi GLR≈5–10 untuk 80–95% removal—konsisten dengan data (researchgate.net; lenntech.com).
(Figure: CO₂ removal vs GLR untuk packed‑column degasser, dari Karimi dkk., 2020, dalam c.coek.info dan researchgate.net.)
Efektivitas lapangan dan faktor pembatas
Di skala penuh, kinerja turun. Summerfelt dkk. (2003) mengoperasikan dua menara 1 m (packing plastik 4–5 cm) di farm salmon: GLR ~9,7 hanya menghapus ~36% CO₂ per lintasan; GLR ~5,3 sekitar ~33% (researchgate.net). Faktor lapangan—waktu kontak, biofouling, aliran tidak merata—menggerus efisiensi. Praktiknya, 40–70% per lintasan lazim (researchgate.net), dan target lebih tinggi dicapai via multi‑pass atau menara lebih besar.
Dimensi tipikal: tinggi 1–3 m dengan media berongga; Colt & Bouck (1984) merekomendasikan ~1–3 m untuk mencapai gaya pendorong ΔP~20 mmHg CO₂ dan ≥90% kejenuhan O₂ (researchgate.net). Pada air tersaturasi O₂, kolom vakum bisa memendekkan tinggi yang dibutuhkan (researchgate.net).
Untuk mengurangi plugging media oleh padatan, pretreatment padatan sederhana sering dipasang—misalnya layar kontinu seperti automatic screen sebelum kolom, dan polishing partikel halus dengan sand–silica dual media guna menangkap fraksi 5–10 mikron saat beban tinggi.
Parameter transfer massa dan konsumsi energi
Koefisien transfer massa keseluruhan (K_La) untuk CO₂ di packed tower lazimnya ordo 1–2 h⁻¹; Eshchar dkk. mengukur K_La ≈1,5 h⁻¹ untuk paddlewheel (air‑driven) dan 0,76 h⁻¹ untuk diffused‑air aerator, masing‑masing ~1,2 dan 0,9 kg CO₂/kWh efisiensi penghilangan (researchgate.net). Implikasinya ~0,8–1,2 kW per kg/jam CO₂ dihapus, dan packed tower setara (researchgate.net).
Cascade/spray tower dan variasi kinerja
Cascade/spray tower membuat air jatuh melalui baffle/media dengan udara berlawanan arah. Studi Summerfelt (2003) pada unit tinggi 0,9–1 m menunjukkan penghilangan ~22% pada GLR ~2,5; ~33% pada GLR≈5,3; dan ~36% pada GLR≈9,7—sekitar 0,5–6 mg/L per lintasan, sehingga beberapa tahap atau GLR sangat tinggi dibutuhkan untuk >80% (researchgate.net). Keunggulan: cenderung lebih tahan plugging dibanding packing halus. Shower tower dan air terjun menerapkan prinsip serupa.
Dalam praktik, layar pra‑treatment seperti manual screen kerap ditambahkan untuk menahan debris >1 mm sebelum cascade/spray tower agar beban padatan tidak menumpuk di media.
Low‑Head Oxygenators dan perangkat aerasi lain
LHO (low‑head oxygenator: kontaktor cair‑gas untuk injeksi O₂ murni) efisien menambah O₂—hingga ~2 kg O₂/kWh (researchgate.net)—namun hampir tidak menghapus CO₂. Sistem yang hanya memakai LHO dan headspace tertutup akan menimbun CO₂ karena tidak ada kontak dengan udara eksternal ber‑CO₂ rendah (researchgate.net; learn.farmhub.ag).
Karena itu LHO selalu dipasangkan dengan tahap venting. Glaciersprings Trout Farm (Kanada) menjalankan cascade column di hulu LHO untuk stripping CO₂ sebelum saturasi O₂ akhir (researchgate.net). Anggap saja kemampuan penghilangan CO₂ LHO = ~0–10% per lintasan, alias “nol” tanpa venting (learn.farmhub.ag; studylib.net). Perangkat aerasi lain—venturi, paddlewheel—memperbesar luas permukaan air dan bisa mengeliminasi sebagian CO₂, tetapi kontrolnya kalah presisi dibanding tower; paddlewheel yang diukur mencapai K_La≈1,55 h⁻¹ dan ~1,2 kg/kWh (researchgate.net). Kesimpulan praktik: hanya degassing tower (packed atau cascade) yang benar‑benar mengendalikan CO₂; LHO tidak bisa menggantikannya (learn.farmhub.ag; studylib.net).
Kontrol Nitrat di RAS: Pilih Water Exchange atau Denitrifikasi?
Perbandingan efektivitas unit
- Packed Tower (tinggi 1–3 m): >80% removal tercapai (lab) pada G/L≈5–8 (removal ~80–92%) (researchgate.net). Kolom lapangan sering 30–60% per lintasan; K_La ordo 1–2 h⁻¹ tergantung tinggi dan media (c.coek.info; studylib.net). Energi ~1 kg CO₂/kWh.
- Cascade (0,5–1 m per tahap): ~20–40% per tahap pada G/L=3–6; K_La umumnya ≤1 h⁻¹ (researchgate.net).
- Low‑Head Oxygenator: ~0–10% CO₂ per lintasan (praktis nol tanpa venting) (learn.farmhub.ag; studylib.net). Transfer O₂ tinggi (2–80 kg O₂/kWh dengan head) (researchgate.net).
- Aerator lain (paddle, diffuser): dibatasi luas permukaan; diffuser K_La≈0,76 h⁻¹ dan ~0,9 kg/kWh; paddlewheel K_La≈1,55 h⁻¹ dan ~1,2 kg/kWh (researchgate.net).
Batas aman CO₂ di air budidaya
Target operasi ditentukan toleransi ikan. Studi menunjukkan menjaga CO₂ ~5–10 mg/L (tekanan parsial CO₂ <3 mmHg) untuk trout/salmon; sebagian spesies toleran sedikit lebih tinggi. Banyak RAS berjalan di ≤10–15 mg/L CO₂ di efluen tangki (learn.farmhub.ag).
Panduan sizing degasser berbasis beban ikan
Langkah‑langkah berikut memberi baseline sizing. Definisi cepat: GLR (gas‑to‑liquid ratio) = laju volume udara:air; K_La = koefisien transfer massa keseluruhan; LHO = low‑head oxygenator; RQ (respiratory quotient) ≈ rasio produksi CO₂ terhadap konsumsi O₂.
- Estimasi beban CO₂. Produksi metabolik CO₂ ≈ 0,6–0,7 kg per kg pakan (≈0,66·F untuk laju pakan F kg/hari). Contoh: 100 kg pakan/hari → ~66 kg CO₂/hari (≈2,75 kg/jam). Alternatif berbasis O₂: untuk salmonid, ~20 g O₂/kg ikan·jam pada 15–20 °C; dengan RQ ~0,9, keluaran CO₂ ≈18 g/(kg·jam). Jadi 1.000 kg ikan mengonsumsi ≈20 kg O₂/jam dan menghasilkan ≈18 kg CO₂/jam (researchgate.net).
- Tentukan aliran air melalui degasser Q (m³/jam). Misal sistem memutar volume tangki 5–10×/jam. Diperoleh penurunan per lintasan ΔC (mg/L): ΔC = (produksi CO₂ [mg/jam])/(Q [L/jam]). Contoh: 2.750.000 mg/jam dan Q=400.000 L/jam → ΔC≈6,9 mg/L—degasser perlu memangkas sekitar ini (misal dari ~8 mg/L menjadi ~1 mg/L).
- Pilih GLR. Gunakan GLR≈5–8 untuk ~80–90% penghilangan ΔC per lintasan (dengan diminishing returns di atas GLR≈8). Untuk Q=400 m³/jam, udara ≈5–8×Q = 2.000–3.200 m³/jam (≈0,6–0,9 m³/detik) (researchgate.net; c.coek.info).
- Dimensi kolom. Untuk 80–90% removal, tinggi packed column ≥2 m lazim (researchgate.net). Luas penampang dari Q dan kecepatan praktis; contoh 400 m³/jam di 2 m² → kecepatan air ~0,055 m/detik (splash‑flow). Tinggi ~3 m untuk ΔC penuh. Rekomendasi Colt & Bouck: 1–3 m untuk ΔP≈20 mmHg CO₂ (researchgate.net).
- Validasi K_La/removal. Gunakan C_out = C_in·exp(–K_La·t), t=H/V (H=tinggi; V=kecepatan). Contoh: H=3 m; Q=400 m³/jam; A=4 m² → V=0,028 m/detik; t≈107 s. Dengan K_La=1/jam (=0,000278 s⁻¹), exp(–K_La·t) ≈0,97—terlalu kecil removal. Artinya K_La efektif harus jauh lebih tinggi; gunakan data empiris/vendor untuk penyetelan.
- Energi/udara. Rule‑of‑thumb: ~1 kWh blower per 1–1,2 kg CO₂ dihapus. Contoh kebutuhan menghapus 66 kg/hari (2,75 kg/jam) pada 1,2 kg/kWh → ~2,3 kW blower (researchgate.net).
- Margin lapangan. Efisiensi aktual sering turun (beban cepat, biosolid, suhu). Studi menunjukkan removal ~40–50% per lintasan di beberapa kasus (researchgate.net)—butuh lebih banyak tahap/GLR. Rencanakan akses pembersihan media.
Di banyak instalasi, pretreatment padatan sebelum degasser membantu menjaga kinerja dan interval cuci. Selain layar, polishing akhir kerap memakai sand–silica dual media untuk mengurangi padatan tersuspensi yang lolos dari tahap awal.
Aturan ringkas dan titik setel operasi
Intinya, sizing degasser bertumpu pada produksi CO₂ (dari biomassa/pakan) dan target outlet. Rule‑of‑thumb: kapasitas degasser dipasangkan dengan kapasitas oksigenasi (studylib.net). Secara numerik:
- CO₂ dihapus (g/jam) = (biomassa ikan kg)×(gO₂/kg·jam)×RQ ≈ (kg pakan/hari × 0,66 / 24) × 1.000.
- Dengan Q (m³/jam) ditetapkan, ΔC = (g/jam CO₂) / (1.000·Q). Pilih GLR≈5–8 untuk mencapai ΔC; kemudian sizing luas kolom (kecepatan praktis ≈0,02–0,1 m/detik) dan tinggi ~2–3 m.
Desainer menyeimbangkan removal vs energi: di atas GLR 8–10, peningkatan penghilangan CO₂ makin kecil (researchgate.net; c.coek.info). Target akhir: menjaga CO₂ tangki di level aman (mis. <10–15 mg/L) dengan menyelaraskan throughput degasser dan beban ikan (researchgate.net; studylib.net).
Thickener vs CCD di Pabrik Nikel: Rahasia PLS Jernih & Recovery
Catatan sumber dan data kinerja
Semua angka, persentase, dan perhitungan pada artikel ini diambil dari telaah rekayasa RAS terpublikasi: researchgate.net; researchgate.net; researchgate.net; studylib.net; analisis teknis learn.farmhub.ag; dan evaluasi skala penuh researchgate.net. Kinerja O₂ LHO dan istilah pelaporan mengikuti researchgate.net; estimasi GLR dan batas teoritis mengikuti lenntech.com serta c.coek.info. Semua performa dan kalkulasi yang disajikan bersandar pada sumber‑sumber tersebut.
