Peran Koagulasi dalam Meningkatkan Efisiensi Pemrosesan dan Efektivitas Biaya dalam Proses Pengolahan Air dan Air Limbah Diondy Ramadhan Teknik Kimia, ITB,
[email protected] Abstrak Koagulasi/flokulasi telah digunakan sebagai unit pengolahan utama dan dianggap dapat meningkatkan efisiensi dan biaya operasi keseluruhan dalam proses pengolahan air maupun air limbah. Meskipun teknologi koagulasi modern telah lama digunakan, yakni sejak tahun 1900-an, namun kajian fundamental dan terapannya tidak pernah berhenti. Dalam makalah ini, perkembangan mengenai teknologi koagulasi dan kombinasinya dengan teknologi lain akan di bahas. Kata kunci: koagulan, koagulan, pengolahan air, air limbah. Pendahuluan
Sebuah langkah penting dalam pengembangan komprehensif teori koagulasi selama tahun 1960 adalah pengenalan mikro-elektroforesis [5] untuk mempelajari destabilisasi koloid yang memungkinkan kuantifikasi biaya listrik pada partikel koloid. Studi stoikiometri yang hubungan antara dosis koagulan yang diperlukan untuk menetralkan koloid dan konsentrasi koloid dalam kotoran pada air juga mulai sejak satu dekade itu. Studi ini menunjukkan pengaruh pH, kekuatan ionik dan sifat polutan pada efisiensi penghapusan partikel koloid. Studi ini juga kembali menekankan pentingnya produk hidrolisis koagulan, seperti yang pada diusulkan oleh Mattson, dan membentuk model adsorpsi untuk menjelaskan secara rinci mekanisme pembekuan koagulan logam yang dihidrolisis. Studi mekanisme koagulasi dan pendekatan untuk meningkatkan kinerja koagulasi selalu berhubungan dengan kebutuhan untuk mencocokkan kualitas air standar. Ini disorot sejak tahun 1970-an, ketika haloforms dan senyawa organik halogenerated lainnya (misalnya, trihalomethanes, THMs) yang pertama ditemukan di air olahan [6], yang dihasilkan dari proses desinfeksi karena reaksi dari bahan organik alami (NOM) dengan klorin. Optimalisasi kinerja koagulasi untuk menghilangkan NOM telah secara sistimatis diteliti sejak tahun 1980-an [7]; menggunakan berbagai permukaan nyata perairan dan dengan evaluasi berbagai variabel seperti jenis dan dosis koagulan, pH koagulasi, zona restabilisasi dan karakteristik kualitas air termasuk suhu air. Alat lain yang ditambahkan ke teknologi koagulasi adalah Streaming Current Detector (SCD) [8], yang digunakan secara bersama-sama dengan jar test dalam mengendalikan dosis koagulan dan karenanya, proses koagulasi. Pecahnya cryptosporidiosis [9] menyebabkan perhatian pada kotoran microorganisme, termasuk Cryptosporidium, Giardia, Legionella, dan virus. Mikrobiologi partikulat dapat dikontrol melalui beberapa penghalang atau desain proses pengolahan air terpadu yang menggunakan koagulasi, filtrasi dan desinfeksi.
Koagulasi adalah proses untuk penggabungkan partikel kecil ke agregat yang lebih besar (gumpalan) dan untuk menyerap materi organik terlarut menjadi partikulat agregat sehingga kotoran ini dapat dihilangkan dalam proses pemisahan padat / cair berikutnya. Penggunaan koagulan modern untuk pengolahan air mulai lebih dari 100 tahun yang lalu, ketika klorida dan aluminium sulfat digunakan sebagai koagulan di skala penuh pengolahan air. Mekanisme koagulasi yang pertama kali dijelaskan oleh Aturan Schultz-Hardy dan fungsi tabrakan partikel Smoluchowski ini, yang menjadi dasar teori permintaan koagulan dan proses perubahan jumlah partikel di flokulasi. Mattson [1] yang pertama menyatakan bahwa hidrolisis produk dari Al dan Fe garam lebih penting daripada ion trivalen sendiri, meskipun pendekatan ini diterima secara luas dan diberikan posisi yang tepat dalam koagulasi kimia 30 tahun kemudian. Black dan rekanrekannya [2] melakukan serangkaian penelitian tentang pengaruh pH dan berbagai anion terhadap waktu pembentukan flok. Setelah penelitian awal, penelitian koagulasi difokuskan pada penelitian untuk menghasilkan gumpalan yang lebih baik dan mencari bantuan koagulan yang lebih baik termasuk bentonit, silikat, dan batu kapur. Mulai dari akhir tahun 1940-an, sebuah teori koagulasi baru ini dikembangkan oleh Langelier dan Ludwig [3], yang membedakan dua mekanisme untuk penghapusan koloid kotoran: (a) kompresi lapisan ganda, proses untuk memungkinkan partikel untuk mengatasi gaya tolak sehingga menggumpal dan mengendap; dan (b) mengendapkan keterperangkapan, proses di mana partikel-partikel kecil secara fisik terjerat oleh logam mengendap ketika mereka membentuk dan menetap. Kedua mekanisme telah diuraikan dan dibuktikan secara teori oleh LaeMar dan Healey [4], yang mengusulkan istilah 'koagulasi' berdasarkan (a) dan 'flokulasi' berdasarkan (b).
1
PPESK, bahan membran baru dengan sifat-sifat yang sangat baik termal, kimia dan stabilitas mekanik. Dalam reaktor ini, natrium hidroksida solusi meresap perlahan melalui mikrospora dari UFM ke AlCl3 mengandung solusi. Karena alkali menjatuhkan ukuran dikurangi menjadi sangat halus skala, itu bermanfaat untuk secara dramatis mengurangi kejenuhan lokal dan meningkatkan pembentukan spesies Al polimer, Al13. Koagulan komposit menyajikan tipe baru koagulan bahan kimia untuk air dan pengolahan air limbah. Salah satunya adalah tanah liat berdasarkan; montmorillonites (K10 dan KSF) dimodifikasi oleh polimer Al atau Fe dan / atau Al / Fe pencampuran spesies polimer. Hasil kinerja komparatif menunjukkan bahwa setelah dimodifikasi dengan pencampuran polimer Al / Fe spesies, dua koagulan montmorillonite memiliki lebih besar properti untuk menghilangkan partikel (seperti padatan tersuspensi) dan polutan organik (COD dan UV254-abs) dari limbah dan untuk meningkatkan tingkat partikel menetap secara signifikan [15]. Dalam polimer studi lain Al dimodifikasi montmorillonites digunakan untuk mengobati arsenik. para penulis meneliti efek dari kemurnian, muatan positif dan struktur khusus Keggin dari Al polimer, (Al13), pada penghapusan arsenik. Dengan peningkatan konten Al13, penghapusan arsen ditingkatkan secara signifikan [16]. Studi terbaru dari komposit koagulan juga mencakup koagulan polimer anorganik magnetis terpadu [17,18]. The Fe3O4-SiO2 core-shell partikel dan besi super halus itu diperparah dengan poli aluminium klorida (PACl). Hasil penilaian menunjukkan bahwa feromagnetik nanopartikel poli aluminium dilakukan lebih baik dari PACl asli dalam penghapusan kekeruhan dan DOC saat dosis kurang dari 0,06 mmol / L sebagai Al [17]. Gumpalan besar dan longgar diproduksi yang disukai untuk memisahkan dan daur ulang bubuk magnetik dari koagulasi lumpur. Koagulan komposit magnet juga disiapkan oleh nanopartikel magnetik dikombinasikan dengan polyferric klorida, ditandai dalam hal struktur dan analisis morfologi dengan mikroskop elektron transmisi (TEM), difraksi sinar-X (XRD) dan infra-merah spektrum (FT-IR) dan digunakan untuk menghilangkan Microcystis aeruginosa [18]. Kinerja koagulasi dibandingkan dengan polyferric klorida untuk pH yang diberikan dan dosis koagulan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit pameran koagulan magnet meningkatkan efisiensi koagulasi dengan persentase removal yang lebih tinggi dan pH dengan ketergantungan kecil. Kinerja yang lebih baik dapat dikaitkan untuk co-efek nanopartikel
Untuk mencapai target yang diharapkan, koagulasi penting untuk memastikan partikel terpasang ke media filter; oleh karena itu, partikulat mikroba akan dapat secara efektif dihapus. Koagulasi / flokulasi dipengaruhi oleh pemrosesan hulu, misalnya, proses pra-oksidasi, dan memiliki efek pada proses hilir - flotasi, filtrasi, adsorpsi karbon aktif, oksidasi dan desinfeksi. Sejak 1990-an, penelitian telah dilakukan untuk menyelidiki gerbang efek pre-ozonisasi pada kinerja koagulasi, pengaruh fraksi yang berbeda dari NOM (Yaitu, fraksi NOM dengan berat molekul yang berbeda, muatan pada permukaan dan hidrofilik / hidrofobik afinitas) di treatability mereka dengan koagulasi, dan dampak dari kinerja koagulasi pada efektivitas adsorpsi karbon aktif. Selain itu, peningkatan koagulasi, baik dengan penambahan dosis koagulan berlebih dan menurunkan pH koagulasi [10,11], atau melalui pengembangan kimiawi koagulan untuk mempersiapkan koagulan lebih efektif [12], Telah dievaluasi untuk meningkatkan penghapusan NOM dan kinerja koagulasi umum. Bagian berikutnya akan memperkenalkan penelitian baru-baru ini di koagulasi daerah, termasuk (1) pengembangan baru jenis koagulan, terutama polimer komposit koagulan; (2) investigasi pada karakteristik flok dikembangkan di koagulasi / flokulasi; (3) mempelajari tentang proses hibrida menggabungkan koagulasi dengan lainnya teknologi untuk air dan pengolahan air limbah, dan (4) pendekatan praktis pada kontrol koagulasi. Pengembangan polimer dan koagulan komposit Koagulan yang digunakan untuk air dan pengolahan air limbah yang garam terutama anorganik besi dan aluminium. Ketika dosis ke dalam air besi atau aluminium ion menghidrolisisnya cepat dan dengan cara yang tidak terkendali, untuk membentuk berbagai spesies hidrolisis logam. bunga yang cukup besar dan perhatian telah dibayarkan kepada mempersiapkan pra-dihidrolisis koagulan logam-ion, berdasarkan baik aluminium (misalnya, poli-aluminium klorida), atau besi besi (misalnya, polyferric sulfat), dan atau, koagulan polimer campuran (misalnya, polyaluminum-besi-sulfat). Ini telah terbukti melakukan lebih baik dalam beberapa kasus, dibandingkan dengan konvensional nasional koagulan seperti aluminium sulfat (AS) atau besi sulfat (FS) [12]. Metode persiapan tradisional pra-dipolimerisasi Al / Fe (III) koagulan terdiri dari langkah-langkah dan kondisi pencampuran di bawah suhu tinggi dan / atau tekanan tinggi, dan kemudian penuaan dengan pemanasan dan / atau penambahan basa. Untuk mengendalikan berbagai kondisi persiapan, spesies polimer tidak hanya dapat diproduksi tetapi juga stabil untuk jangka waktu yang wajar [13]. Terhadap metode tersebut di atas, reaktor membran adalah dikembangkan dalam penelitian untuk mempersiapkan poli aluminium klorida (PACl) [14]. Membran ultrafiltrasi berlubang-serat (UFM) terbuat dari
2
magnetik, yang menyerap M. aeruginosa dan mendukung pembentukan gumpalan settleable.
Persiapan koagulan polimer telah juga dianggap menggunakan bahan baku alternatif, seperti serpih minyak abu (terdiri dari SiO2, Al2O3, Fe2O3, dan elemen lainnya) [19], Berdasarkan chitosan bahan [20], dan bahwa diekstrak dari bahan alami seperti Moringa oleifera biji [21]. Sebuah koagulan polimer anorganik dibuat menggunakan minyak abu serpih dan diperiksa untuk kinerja menghapus kekeruhan dan COD [19]. koagulan terdiri dari polimer anorganik senyawa bersama-sama dengan FeSO4 H2O, H2O, NaAl(SO4)2.(H2O)6 dan kristal lainnya, dan jumlah FeSO4.H2O dalam sampel menurun dan bahwa dari NaAl(SO4)2.(H2O)6 peningkatan secara bertahap dengan peningkatan rasio mol Al / Fe. Namun, ketika rasio asam klorida dalam meningkatkan lixiviant, jenis kristal perubahan selanjutnya. Selain itu, sebagian besar Fe3+ tidak berubah menjadi kristal, yang berarti bahwa sampel mengandung spesies kimia baru daripada sederhana campuran bahan baku. Akhirnya, kinerja koagulan tersebut dipengaruhi oleh rasio mol Al / Fe dan jenis lixiviant. Ketika Al / Fe rasio mol 0.71 atau perbandingan mol 2HCl / H2SO4 di lixiviant adalah 1: 1, Kinerja koagulasi adalah lebih baik dari yang lain. Serpih minyak abu juga digunakan untuk menyiapkan poliferricaluminum-silikat-sulfat (PFASS) [22]. Isi silikon mempengaruhi struktur dan koagulasi kinerja dihasilkan koagulan. Pada rasio mol lebih tinggi (Al + Fe) / Si, yang baik struktur rantai-bersih PFASS menyebabkan kuat penyerapan menjembatani kemampuan. Sebaliknya, perbandingan mol lebih rendah (Al + Fe)/Si, hasil silikon berlebih dalam struktur rantai-net dari PFASS hancur, dan
3
kemudian jembatan penyerapan kemampuan lebih rendah dari sebelumnya. Bahan limbah alam berbasis Chitosan telah menarik kepentingan untuk mempersiapkan flokulan polimer untuk pengolahan air. Salah satu contoh flokulan tersebut adalah karboksimetil kitosan-graft-poli [(2methacryloyloxyethyl) trimetil amonium klorida] (CMCg-PDMC) [20], yang sistematis mengevaluasi kinerjanya. Kaolin suspensi, asam humat (HA) solusi dan kaolin-HA dicampur suspensi yang digunakan sebagai air limbah sintetis dan penilaian dilakukan dengan memberikan pH dan dosis kondisi lebih rendah. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dibandingkan dengan PACl, CMCg-PDMC dipamerkan rendah dosis permintaan, efisiensi removal kontaminan tinggi, lebih luas berlaku kisaran pH, toksisitas limbah yang lebih rendah dan sifat flok yang lebih baik untuk penanganan dan pembuangan. Besar kinerja flokulasi dari CMC-g-PDMC disebabkan untuk muatan positif ditingkatkan dan lebih besar molekul berat. Penelitian baru-baru ini telah dieksplorasi garam berdasarkan logam lainnya (Tidak Al atau Fe garam) untuk mempersiapkan koagulan untuk minum pengolahan air. Contoh koagulan seperti titanium tetraklorida (TiCl4), titanium sulfat (Ti (SO4) 2) dan zirkonium tetraklorida (ZrCl4). Kinerja TiCl4 dan ZrCl4 untuk pengolahan air minum dipelajari dan dibandingkan dengan tawas [23]. Hasilnya menunjukkan bahwa ZrCl4 memiliki penghapusan DOC tertinggi di dekat isoelektrik yang titik, pada pH 4,5; konsentrasi residu aromatik protein II (P2), asam fulvat (FA), mikroba larut protein (SMP) dan asam humat (HA) untuk ZrCl4 yang termurah dibandingkan dengan yang untuk alum dan TiCl4. Pembelajaran Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa ZrCl4 lebih efisien untuk menghilangkan rendah untuk jarak menengah MW organik senyawa (<2000 Da) dari TiCl4 atau tawas. Sebaliknya, penghapusan komponen ini pada pH 6 dan 8 jauh kurang untuk ZrCl4 daripada dua koagulan lainnya. Temuan ini berlanjut menunjukkan bahwa zirkonium dan titanium tetraklorida efektif untuk menghilangkan humat zat (HA dan FA) di dekat titik isoelektrik mereka, biasanya pada kondisi pH rendah. Kinerja koagulasi TiCl4, FeCl3 dan Al2(SO4)3 itu relatif dinilai untuk pengolahan air nyata [24]. Hasil menunjukkan bahwa Kinerja koagulasi TiCl4 superior dibandingkan dengan FeCl3 dan Al2(SO4)3, dengan penghapusan maksimum UV254-abs dan DOC. Gumpalan yang dikumpulkan dibentuk oleh TiCl4 menunjukkan tingkat pertumbuhan tertinggi dengan ukuran terbesar dibandingkan dengan mereka dengan FeCl3 dan Al2(SO4)3, tetapi dengan flok terlemah kekuatan dan kemampuan pertumbuhan kembali terburuk. TiCl4 dan FeCl3 menghasilkan gumpalan dengan gelar sebanding pemadatan, lebih tinggi dari itu dengan Al2(SO4)3. Selain itu, TiCl4 lumpur digumpalkan dapat didaur ulang untuk menghasilkan TiO2 anatase. Namun, efek samping dari menggunakan TiCl4 sebagai
dimana DF adalah dimensi fraktal massa dan memiliki nilai antara 1 dan 3 dalam tiga-dimensi ruang [32]. gumpalan padat memiliki dimensi fraktal yang tinggi, sementara lebih rendah hasil dimensi fraktal dari besar, sangat bercabang dan longgar terikat struktur. tiga umum teknik untuk pengukuran dimensi fraktal telah dikembangkan, yaitu, hamburan cahaya, menetap dan analisis gambar [33, 34]. Untuk pengukuran kekuatan flok, bagaimanapun, tidak ada didirikan metode standar. Flok kekuatan tergantung obligasi antara komponen agregat. Ketika stres pada permukaan flok lebih besar dari ikatan kekuatan, flok yang akan rusak [35]. Secara umum, ada dua mode flok pecah [35], erosi permukaan dan berskala fragmentasi [36]. Sebuah korelasi antara ukuran flok dan kekuatan untuk tingkat tertentu kondisi geser adalah didirikan [37]. Spicer dan Pratsinis [38] belajar dari flokulasi partikel polystyrene dalam tangki diaduk dan menunjukkan bahwa struktur flok rata menjadi kurang terbuka atau tidak teratur sebagai distribusi ukuran flok dicapai steady state sebagai akibat dari kerusakan geser-diinduksi atau restrukturisasi. Berdasarkan hubungan antara gradien kecepatan di kapal dan flok ukuran flocculating, hubungan antara ukuran flok stabil dan terapan geser telah dikembangkan sebagai ekspresi empiris [36]: d = CG-γ (persamaan 2) Linierisasi dari persamaan memberikan ukuran flok vs rata-rata gradien kecepatan: Log d = Log C - γLog G (persamaan 3) dimana d adalah diameter flok; C adalah konstanta kekuatan flok yang sangat tergantung pada metode yang digunakan untuk ukuran partikel pengukuran; G adalah rata-rata gradien kecepatan dan g adalah stabil flok ukuran eksponen tergantung pada flok perpisahan modus dan ukuran pusaran yang menyebabkan kerusakan tersebut. Selain itu, curam lereng g, semakin rawan gumpalan yang masuk ke ukuran yang lebih kecil dengan meningkatnya gaya geser, dan dengan demikian, nilai g dianggap sebagai indikator kekuatan flok. Sejumlah penelitian menunjukkan bahwa kekuatan flok tidak hanya tergantung pada gradien kecepatan tetapi juga mengentalkan spesies, dosis koagulan, milik polutan dalam solusi dan mekanisme koagulasi. Bache dan Rasool [39] Memberi nilai g, bervariasi antara 0,44 dan 0,64, untuk flocs alumino-humat bawah alkalinitas rendah kondisi. Francois [40] menyimpulkan bahwa nilai-nilai g adalah sekitar 0,5 untuk semua jenis flok dibentuk oleh alumino-kaolin di bawah berbeda dosis aluminium sulfat. Gumpalan dibentuk oleh aluminium monomer dan dimer dengan asam humat ditunjukkan untuk menjadi yang terbesar dan terkuat dengan waktu pertumbuhan terpanjang, sebaliknya, yang dibentuk oleh spesies aluminium polimer (Al13) dengan asam humat adalah terkecil dan terlemah [41]. Selain itu, ada dasarnya karakteristik yang berbeda dari gumpalan yang dihasilkan oleh mekanisme koagulasi didefinisikan. Dalam sebuah
pra-koagulan untuk membran proses pemisahan adalah bahwa hal itu akan mengakibatkan fouling pada permukaan membran. Fouling merupakan tantangan utama dalam pengoperasian teknologi membran [25, 26]. Fouling dapat meningkatkan biaya operasi dan mengurangi umur membran [27, 28]. Dalam penelitian lain [29], percobaan koagulasi Ti(SO4)2 dilakukan untuk menghilangkan partikel dari kaolin sebuah liat suspensi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa Ti(SO4)2 paling efektif dalam kisaran pH 4-6, dan diabaikan residual konsentrasi titanium ditemukan di wellcoagulated / air flokulasi. Titik isoelektrik flok (IEP) ditemukan menjadi dekat pH 5, dan gumpalan titanium dimiliki lebih besar kepadatan, diameter dan kecepatan menetap dari gumpalan alumunium. Titanium gumpalan yang terdiri dari TiO(OH)2, yang akan berubah dari fase amorf ke TiO2 anatase bawah suhu tinggi. Studi ini menunjukkan bahwa Ti (IV) dan Zr (IV) - koagulan berdasarkan dapat digunakan sebagai alternatif untuk alum konvensional atau besi koagulan berdasarkan bila dibutuhkan. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menyelidiki toksisitas potensial yang mungkin muncul dan memvalidasi jika penerapan Ti (IV) dan Zr (IV) berbasis koagulan akan mengakibatkan risiko kesehatan masyarakat. Investigasi pada karakteristik flok Dikembangkan di koagulasi / flokulasi, karakteristik flok (ukuran, kepadatan, struktur dan kekuatan) yang sangat penting yang mempengaruhi padat / cair pemisahan dan kemudian efisiensi koagulasi. Di praktek, flok kerusakan umumnya terjadi di daerah sekitar zona impeller pencampuran tangki, proses tersebut sebagai flotasi udara terlarut atau transfer melalui bendung dan tepian dan melalui pompa, karena untuk kondisi seperti itu, gumpalan yang terbuka di bawah tekanan [30]. Gumpalan harus menahan menekankan jika mereka untuk mencegah terpecah menjadi lebih kecil partikel yang umumnya akan menetap lebih lambat dari partikel yang lebih besar dari kepadatan serupa. Gumpalan dibentuk untuk dihapus dalam flotasi udara terlarut yang kemudian pecah menjadi banyak bagian yang lebih kecil dapat ditangkap kurang efisien oleh gelembung udara. Selain itu, gumpalan yang dihapus menggunakan filtrasi membran akan busuk membran jika potongan-potongan kecil dari flok pecah dan pasang pori-pori membran. Oleh karena itu, tidak hanya bunga teoritis tetapi praktis untuk belajar flok sifat dan cara untuk meningkatkan kekuatan flok. Gumpalan terbentuk selama proses koagulasi menunjukkan karakteristik fraktal. teori fraktal untuk agregat partikel menyediakan metode kuantitatif untuk menggambarkan struktur dari partikel agregat dalam berbagai sistem air [31]. Untuk flocs, hubungan antara massa (M) dan ukuran (R) adalah M = RDF (persamaan 1)
4
penelitian, kekuatan flok ditemukan mengikuti urutan jembatan flokulasi> Biaya netralisasi> menyapu koagulasi, dan ada kesatuan yang melekat antara dimensi fraktal dan kekuatan flok [42]; untuk kondisi hidrolik yang sama, dimensi fraktal dari gumpalan dibentuk oleh sapuan koagulasi adalah yang tertinggi, tetapi termurah saat dihasilkan oleh jembatan flokulasi.
(TMP) secara signifikan lebih tinggi untuk sistem FeCl3UF dari sistem alum-UF. Porositas rendah dan ketebalan yang lebih besar dari kue lapis di sistem FeCl3-UF adalah penyebab kemungkinan yang lebih besar resistensi hidrolik (tingkat TMP kenaikan) diamati. Para penulis juga mempelajari alum koagulasi di terendam tangki ultrafiltrasi (sub-CUF) dengan terus menerus aera- rendah tion dibandingkan dengan koagulasi tawas tradisional diikuti oleh ultrafiltrasi berikutnya (CUF), untuk mengobati sintetis air asam humat [46]. Efisiensi penghapusan asam humat tidak ada perbedaan besar oleh dua membran sistem tetapi TMP di sub-CUF jauh lebih rendah membandingkan dengan satu di CUF. gumpalan yang aktif di sub-CUF secara signifikan lebih besar daripada yang terbentuk di CUF, dan dimensi fraktal dari gumpalan terbentuk dalam sub CUF (2.53) lebih rendah dibandingkan di CUF (2,65). Itu kepadatan kue lapis disub CUF permukaan membran lebih rendah dari itu oleh CUF. Oleh karena itu, karakteristik dari gumpalan dan kue lapis dari sub-CUF membran sistem melambat pengembangan TMP. Sebuah teknik modifikasi permukaan in situ diterapkan oleh langsung menyetorkan solusi coating, pra-siap polimer aluminium (Al13), dua NF dan satu membran RO [47]. membran yang dilapisi secara efektif menghapus asam humat dan 17b-estradiol (E2) dari perairan. Al13 lapisan dilapisi mengungkapkan stabilitas
Studi tentang proses hibrida dengan menggabungkan koagulasi dengan teknologi lainnya Koagulasi digunakan sebagai terutama proses untuk kedua air minum dan pengolahan air limbah, tetapi menggabungkan koagulasi dengan proses lainnya bisa meningkatkan keseluruhan kinerja untuk berbagai tugas rehabilitasi lingkungan. Membran biofouling dan organik / anorganik fouling negatif mempengaruhi kinerja dan biaya pengolahan secara keseluruhan proses membran. Untuk mengatasi masalah ini, unit pretreatment koagulasi dari depan sistem membran perlu untuk mengurangi fouling membran dan meningkatkan efisiensi operasionalnya [43, 44]. Dua koagulan konvensional, tawas dan FeCl3, dibandingkan sehubungan dengan mereka berdampak pada ultrafiltrasi (UF) membran fouling [45]. Tes laboratorium ekstensif dilakukan untuk mengkarakterisasi sifat flok, kue lapis membran dan mengakibatkan orang kinerja UF. Hasil penelitian menunjukkan bahwa untuk kondisi koagulasi yang sama, tingkat kenaikan transmembran tekanan
5
struktural di media sekitarnya, baik dalam asam (pH 5) atau dasar (pH 9) solusi. Sebuah proses koagulasi-ultrafiltrasi hybrid dikembangkan untuk menghapus antimon (III) dari permukaan tercemar air [48]. Selama koagulasi besi dalam proses, hydrous ferric oxide (HFO) partikel nanokristalin yang cepat terbentuk; menyerap antimon (III), partikel HFO-antimony (III) kemudian dipisahkan dari air oleh membran UF. Optimal dosis klorida dan berbagai solusi pH 0,4 mM dan 7,1-9,0, masing-masing, yang dapat mengurangi antimon (III) konsentrasi dari 30 dan 150 mg / L dalam larutan uji untuk 1,0-2,0 mg / L dalam limbah, yang secara signifikan lebih rendah dari minum standar air. Contoh lain dari hybrid koagulasi adalah koagulasiFenton yang juga dikategorikan sebagai salah satu proses oksidasi lanjutan. Proses ini melibatkan campuran hidrogen peroksida dan besi garam (Fe2+ atau Fe3+) yang menghasilkan oksidan yang kuat, radikal hidroksil, dengan potensial redoks 2.8V. Fenton biasanya bisa menghancurkan polutan organik, mengurangi toksisitas, meningkatkan biodegradasi dan menghapus BOD, COD, bau dan warna. Di bawah kondisi Fenton-koagulasi dan
basa sebuah Ca (OH)2 solusi, Fe3+ dapat mengoksidasi sulfida untuk tidak larut produk dan juga bentuk-bentuk yang sangat tidak larut Fe (OH)3 (Ksp = 10? 36) dalam kesetimbangan dengan FeO(OH), yang mengendap ditangguhkan bahan dan memfasilitasi pemisahan dari air yang diolah [49]. Proses Fenton juga diuji untuk mengobati pestisida limbah air, yang memiliki konsentrasi COD yang tinggi dan miskin biodegradasi [50]. kondisi percobaan yang optimal untuk proses Fenton bertekad untuk menjadi Fe2+ konsentrasi 40 mM dan H2O2 dosis 97 mM di pH awal 3. Untuk pengobatan berikutnya, 3,2 g / L Ca(OH)2 ditambahkan untuk mengatur pH dan mengental lanjut polutan. Nilai COD menurun dari 33700-9300 mg / L dan rasio BOD5 untuk COD dari air limbah ditingkatkan menjadi lebih dari 0,47. Pre-treatment air limbah kemudian mengalami oksidasi biologi menggunakan moving-bed biofilm reactor (MBBR). Sebuah kimia pengolahan air bisa memiliki beberapa fungsi dan dengan demikian memainkan peran hybrid desinfeksi, oksidasi dan koagulasi. Satu kimia terkenal memiliki sifat seperti kalium atau natrium ferrate (VI) [51]. Ferrate (VI) ion memiliki rumus FeO42-, dan 6
memiliki potensial oksidasi yang kuat dan menghasilkan koagulasi besi spesies secara bersamaan ketika bertindak sebagai oksidan untuk air dan pengolahan air limbah. Sejumlah penelitian mengungkapkan bahwa ferrate (VI) dapat mendisinfeksi mikroorganisme, sebagian menurunkan dan / atau mengoksidasi organik dan anorganik kotoran, dan hapus ditangguhkan / koloid partikulat bahan dalam dosis tunggal dan pencampuran unit proses. Paling baru-baru ini, kelompok penelitian global telah dilaporkan menggunakan ferrate (VI) untuk mengobati micropollutants muncul dalam air proses pemurnian [mis, 52, 53]. The ferrate (VI) kerja belum terbatas pada studi fundamental saja tetapi didorong oleh ide-ide bagaimana menerapkan ferrate (VI) dalam praktek; keuntungan dari penerapan ferrate (VI) atas metode pengolahan air dan air limbah yang ada hanya ditampilkan ketika bahan kimia dapat digunakan secara penuh operasi skala di industri air [54, 55].
logam dan kation polielektrolit. Biaya netralisasi sehingga membentuk dasar dari metode SCD menentkuan dan mengendalikan dosis koagulan optimum. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 2, SCD menggunakan reciprocating piston dalam ruang tertutup untuk menciptakan tingkat tinggi aliran sepanjang dinding ruang. Sampel dipompa ke dalam dan dikeluarkan dari silinder melalui lubang di dinding silinder. Itu sehingga sinyal arus antara elektroda di ujung atas dan bawah silinder diperkuat dan diproses untuk memberikan pembacaan yang disebut streaming saat ini terkait dengan muatan elektrokinetik dari koloid partikel atau bahan organik alami. Ketika streaming saat ini adalah sekitar nol, biasanya dapat diasumsikan bahwa biaya koloid telah dinetralkan. Dan dengan demikian, Streaming saat ini adalah indikasi langsung dari dosis koagulan yang dibutuhkan untuk menetralkan muatan permukaan pada partikel atau bahan organik alami dalam larutan. Salah satu contoh dari kontrol koagulasi menggunakan pengukuraan SCD [58] ditunjukkan pada Gambar 3. Koagulan adalah dimasukkan ke dalam air baku dengan penyesuaian pH dengan menambahkan baik asam atau basa. Kedua tingkat pH dan SCD dipantau dan dikendalikan oleh terpisah loop umpan balik. Ini strategi pengendalian mengatur sinyal SCD dan menghasilkan nilai SCD pengukuran, yang setara dengan yang di bawah nilai pH optimal yang telah ditentukan. Hal ini menghilangkan pengaruh pH proses pada pengukuran SCD, mengurangi interaksi controller dan menyediakan lebih kuat alat kontrol koagulasi.
Pendekatan praktis untuk kontrol koagulan Dalam skala penuh pengolahan air bekerja, kontrol dosis koagulan sering dikembangkan secara empiris menggunakan studi jar test dan hanya dapat dicapai dengan mengukur kualitas air baku dan melakukan penyesuaian proporsional pH air dan jenis dan dosis koagulan. Untuk mencapai kontrol dosis otomatis koagulan, streaming detektor saat ini (SCD), sebagaimana disebutkan di awal, telah dinilai untuk tujuan [56, 57]. SCD adalah biaya alat pengukur, yang akan menunjukkan ionik bersih dan muatan pada permukaan partikel dalam aliran cairan. Sejak bahan organik alami dan patikel paling koloid menyajikan di permukaan perairan sebagian besar anion atas air alami kisaran pH, mereka berinteraksi kuat dengan kation aditif, terutama hidrolisis koagulan
7
References
[16] Crozes G, White P, Marshall M: Enhanced coagulation: its effect on NOM removal and chemical costs. J Am Water Works Assoc 1995, 87:78-89. [17] Jiang J-Q, Graham N.J.D.: Enhanced coagulation using Al/ Fe(III) coagulants: effect of coagulant chemistry on the removal of color-causing NOM. Environ Technol 1996, 17:937-950. [18] Jiang J-Q, Graham NJD, Harward C: Comparison of polyferric sulfate with other coagulants for the removal of algae and algae-derived organic matter. Water Sci Technol 1993, 27: 221-230. [19] Yang Y, Yang D, Zhang S, Yang F, Jian X: Application of polyaluminum chloride prepared by a membrane reactor to dyestuff wastewater. Desalination 2007, 208:49-61. [20] Jiang J-Q, Zeng Z, Pearce P: Evaluation of modified clay coagulant for sewage treatment. Chemosphere 2004, 56: 181-185. [21] Zhao S, Feng C, Huang X, Li B, Niu J, Shen Z: Role of uniform pore structure and high positive charges in the arsenate adsorption performance of Al13-modified montmorillonite. J Hazard Mater 2012, 203–204:317-325. [22] Zhang M, Xiao F, Xu XZ, Wang DS: Novel ferromagnetic nanoparticle composited PACls and their coagulation characteristics. Water Res 2012, 46:127-135. [23] Jiang C, Wang R, Ma W: The effect of magnetic nanoparticles on Microcystis aeruginosa removal by a composite coagulant. Colloids Surf A: Physicochem Eng Aspects 2010, 369:260-267. [24] Sun T, Liu L-l, Wang L-l, Zhang Y-P: Preparation of a novel inorganic polymer coagulant from oil shale ash. J Hazard Mater 2011, 185:1264-1272. [25] Wenten, I.G., Khoiruddin, K., Aryanti, P.T.P., Hakim, A.N.: “Pengantar Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2010. [26] Wenten, I.G.: “Teknologi Membran: Prospek dan Tantangannya.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2015. [27] Wenten, I.G.: “Perkembangan Terkini di Bidang Teknologi Membran.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2014. [28] Wenten, I.G.: “Industri Membran dan Perkembangannya.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2015. [29] Yang Z, Li H, Yan H, Wu H, Yang H, Wu Q, Li HB, Li A, Cheng R: Evaluation of a novel chitosan-based flocculant with high flocculation performance, low toxicity and good floc properties. J Hazard Mater 2014, 276:480-488. [30] Ndabigengesere A, Narasiah KS: Quality of water treated by coagulation using Moringa oleifera seeds. Water Res 1998, 32:781-791. [31] Sun T, Liu L-l, Wang L-l, Zhang Y-P: Effect of silicon dose on preparation and coagulation performance of poly-
Daftar Pustaka [1] Grim, R, E., & Kodama, H. (2014). Clay mineral. In Encyclopaedia Britannica. Retrieved on July 19, 2014, from: http://www.britannica.com/EBchecked/topic/120723/cla y-mineral [2] Wilson, J. (2015). The Efficacy of utilizing chitosan as an antiviral agent in water treatment (Master thesis). Georgia State University, Atlanta, GA, [3] PWA (Provincial Waterworks Authority). (2014). Water Quality and Control (in Thai). Retrieved on January 13, 2014, from http://www.pwa.co.th/document/performance_water. [4] UC Davis (University of California, Davis). (2014). The Earth and its Lithosphere. GeoWiki. Retrieved on July 19, 2014, from http://geowiki.ucdavis.edu/Geochemistry/The_Earth_and _its_ [5] PCD (Pollution Control Department). (2014). Water quality newsletter: July 21, 2014 (in Thai). Bangkok, Thailand. [6] Mattson S: Cataphoresis and the electrical neutralization of colloidal material. J Phys Chem 1928, 32:1532-15367. [7] Black AP: Coagulation with iron compounds. J Am Water Works Assoc 1934, 26:1713-1718. [8] Langelier WF, Ludwig HF: Mechanism of flocculation in the clarification of tubid water. J Am Water Works Assoc 1949, 41:163-181. [9] LaeMar VK, Healy TW: The role of filtration in investigating flocculation and redispersion of colloidal dispersions. J Phys Chem 1963, 67:2417-2420. [10] Black AP, Willems DG: Electrophoretic studies of coagulation for removal of organic colour. J Am Water Works Assoc 1961, 53:589-604. [11] Rook JJ: Formation of haloforms during chlorination of natural waters. Water Treat Exam 1974, 23:234-243. [12] AWWA Research Committee Report: Coagulation as an integrated water treatment process. J Am Water Works Assoc 1989, 81:72-80. [13] Dentel SK, Kingery KM: Using streaming current detectors in water treatment. J Am Water Works Assoc 1989, 81:85-94. [14] Mackenzie WR, hoxie NJ, proctor ME, gradus MS, Blair KA, Peterson DE, Kazmierczak JJ, Addiss DG, Fox KR, Rose JB et al.: A massive outbreak in Milwaukee of cryptosporidium infection. N Engl J Med 1994, 331:161167. [15] Cheng RC, Krasner SW, Green JF, Wattier KL: Enhanced coagulation: a preliminary evaluation. J Am Water Works Assoc 1995, 87:91-103.
8
[32]
[33]
[34]
[35]
[36]
[37]
[38] [39]
[40] [42]
[43]
[44]
[45]
[46]
ferric- aluminum-silicate-sulfate from oil shale ash. Chem Eng J 2010, 163:48-54. Hussain S, van Leeuwen J, Chow CWK, Aryal R, Beecham S, Duan J, Drikas M: Comparison of the coagulation performance of tetravalent titanium and zirconium salts with alum. Chem Eng J 2014, 254:635646. Zhao YX, Gao BY, Zhang GZ, Qi QB, Wang Y, Phuntsho S, Kim J-H, Shon HK, Yue QY, Li Q: Coagulation and sludge recovery using titanium tetrachloride as coagulant for real water treatment: a comparison against traditional aluminum and iron salts. Sep Purif Technol 2014, 130:1927. Wu Y-F, Liu W, Gao N-Y, Tao T: A study of titanium sulfate flocculation for water treatment. Water Res 2011, 45: 3704-3711. McCurdy K, Carlson K, Gregory D: Floc morphology and cyclic shearing recovery: comparison of alum and polyaluminium chloride coagulants. Water Res 2004, 38:486-494. Du LG, Bonner JS, Garton LS, Ernest ANS, Autenrieth RL: Modeling coagulation kinetics incorporating fractal theories: comparison with observed data. Water Res 2002, 36:1056-1066. Bushell GC, Yan YD, Woodfield D, Raper J, Amal R: On techniques for the measurement of the mass fractal dimension of aggregates. Adv Colloid Interface Sci 2002, 95:1-50. Wu RM, Lee DJ, Waite TD, Guan J: Multilevel structure of sludge flocs. J Colloid Interface Sci 2002, 252:383-392. Chakraborti RK, Gardenr KH, Atkinson JF, van Benschoten JE: Changes in fractal dimension during aggregation. Water Res 2003, 37:873-883. Boller M, Blaser S: Particles under stress. Water Sci Technol 1998, 37:9-29. Jarvis P, Jefferson B, Gregory J, Parsons SA: A review of floc strength and breakage. Water Res 2005, 39:31213137. Wenten, I.G., Aryanti, P.T.P.: “Ultrafiltrasi dan Aplikasinya.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2014. Wenten, I.G., Aryanti, P.T.P., Hakim, A.N.: “Teknologi Membran dalam Pengolahan Air.” Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, 2014. Yeung AK, Pelton R: Micromechanics: a new approach to studying the strength and breakup of flocs. J Colloid Interface Sci 1996, 184:579-585. Spicer PT, Pratsinis SE: Shear-induced flocculation: the evolution of floc structure and the shape of the size distribution at steady state. Water Res 1996, 30:10491056.
[47] Bache DH, Rasool ER, Moffat D, McGilligan FJ: On the strength and character of alumino-humic flocs. Water Sci Technol 1999, 40:81-88. [48] Francois SB: Strength of aluminum hydroxide flocs. Water Res 1987, 21:1023-1030. [49] Wang Y, Gao B-Y, Xu X-M, Xu W-Y, Xu G-Y: Characterization of floc size, strength and structure in various aluminum coagulants treatment. J Colloid Interface Sci 2009, 33:2354-2359. [50] Li T, Zhu Z, Wang D, Yao C, Tang H: Characterization of floc size, strength and structure under various coagulation mechanisms. Powder Technol 2006, 168:104-110. [51] Yu W-z, Graham N, Liu H-j, Qu J-h: Comparison of FeCl3 and alum pre-treatment on UF membrane fouling. Chem Eng J 2013, 234:158-165. [52] Yu W-Z, Liu H-J, Liu T, Liu R-P, Qu J-H: Comparison of submerged coagulation and traditional coagulation on membrane fouling: effect of active flocs. Desalination 2013, 309:11-17. [53] Lin JCT, Cheng A-C, Lin Y-F, Lee D-J, Guo W-M: Dense membranes precoated with aluminium tridecamer (Al13) for water treatment. Desalination 2012, 284:349-352. [54] Du X, Qu F, Liang H, Li K, Yu H, Bai L, Li G: Removal of antimony (III) from polluted surface water using a hybrid coagulation– flocculation–ultrafiltration (CF–UF) process. Chem Eng J 2014, 254:293-301. [55] Peres JA, de Heredia JB, Domı´nguez JR: Integrated Fenton’s reagent—coagulation/flocculation process for the treatment of cork processing wastewaters. J Hazard Mater 2004, 107: 115-121. [56] Chen S, Sun D, Chung J-S: Treatment of pesticide wastewater by moving-bed biofilm reactor combined with Fenton- coagulation pretreatment. J Hazard Mater 2007, 144: 577-584. [57] Jiang J-Q: Advances in the development and application of ferrate(VI) for water and wastewater treatment. J Chem Technol Biotechnol 2014, 89:165-177. [58] Jiang J-Q, Zhou Z, Patibandl S, Shu S: Pharmaceutical removal from wastewater by ferrate(VI) and preliminary effluent toxicity assessments by the zebrafish embryo model. Microchem J 2013, 110:239-245.
9
