Air Stripping: Pengertian, Prinsip dan Mekanisme

Apa itu Air Stripping

Air stripping adalah proses pemisahan komponen yang mudah menguap (volatile), bahan kimia (EPA, 2001) dalam suatu cairan dengan cara mengalirkan udara ke dalam cairan. Proses air stripping banyak digunakan dalam bidang teknik kimia terutama untuk memurnikan air tanah atau limbah cair yang mengandung bahan volatile (Wikipedia, 2011). EPA (2001) menambahkan bahwa pemisahan bahan kimia dalam cairan terjadi melalui proses evaporasi atau perubahan fasa cair menjadi gas.

Senyawa volatile dalam cairan dicirikan dengan tekanan uap yang tinggi dan kelarutan rendah. Hal tersebut digambarkan dalam persamaan tanpa dimensi  koefisien hukum Henry (Henry’s law coefficient). Koefisien tersebut menunjukkan perbandingan antara konsentrasi bahan tertentu (polutan) di udara dengan konsentrasi bahan di dalam air dalam kondisi equilibrum. Polutan yang memiliki koefisien Hukum Henry yang tinggi, secara ekonomi dapat dipisahkan (stripped) dari air. Air Stripping hanya efektif digunakan pada senyawa volatile atau semi volatile dengan bilangan Henry diatas 0,01 (CPEO, 2011).

Air stripping adalah proses pemisahan bahan organik terlarut dalam air. Hubungan antara faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja air striping pda kondisi tunak adalah linier dan digambarkan dalam persamaan hukum Henry. Untuk kandungan bahan volatile yang rendah (a) persamaan hukum Henry adalah:

p_a = H_a x_a

p_a adalah tekanan parsial gas a, H_a adalah konstanta Henry dan x_a adalah fraksi bahan organik volatile yang terlarut di dalam cairan. Konstanta Henry diperngaruhi oleh suhu.  Efeknya adalah kelarutan gas mengalami penurunan dengan meningkatnya suhu. Pada tabel berikut diperlihatkan beberapa jenis kontaminan yang diproses dengan air stripping yang dilengkapi dengan nilai konstanta Henry yang diukur pada suhu 293.16 K.

Tabel . Kontaminan dan Nilai konstanta Henry yang diukur pada suhu 293.16 K



Proses yang terjadi pada saat amonia atau bahan kimia lainnya dipisahkan dari cairan adalah berdasarkan prinsip proses desorpsi sederhana (Culp et al,1978). Hal tersebut ditunjukkan dengan ilustrasi pada Gambar 1 yang menggambarkan arah aliran udara untuk melewati cairan. Berdasarkan arah aliran udaranya, menara air stripping dibedakan menjadi cross flow dan counter current flow. Lebih jauh, Culp et al (1978) mengatakan bahwa pemisahan komponen nitrogen dari limbah cair lebih mudah dilakukan dalam bentuk ammonia daripada nitrogen dalam bentuk nitrat..

Air Stripping untuk Memisahkan Polutan Ammonia

Ammonia merupakan polutan yang dapat dipisahkan dari suatu limbah cair walaupun seringkali memerlukan pengaturan pH terlebih dahulu. Proses pemisahan (stripping) lebih mudah dilakukan pada suhu tinggi. Hal tersebut sejalan dengan koefisien hukum Henry dimana koefisian akan meningkat seiring dengan meningkatnya suhu.

Proses air stripping biasanya diawali dengan proses pre-asidifikasi. Tujuan pre-asidifikasi adalah untuk mendisosiasi ammonium dalam bentuk garam. Pre-asidifikasi dilakukan dengan menambahkan asam kuat seperti asam sulfat sehingga dicapai pH 5,5-6. Proses yang terjadi adalah digambarkan seperti persamaan berikut.

2 HSNH₄ + H₂SO₄ à (NH₄)₂SO₄ + 2 H₂S /

Gas H₂S bersifat lebih volatile dibandingkan dengan gas NH₃. Kombinasi gas H₂S dengan asam lemah akan memungkin suhu proses stripping dapat diturunkan hingga suhu dibawah 80 ^oC. Proses pemisahan gas NH₃ secara cepat umumnya dilakukan pada suhu 105 ^oC. Hal tersebut didasari hasil percobaan bahwa kombinasi gas H₂S dengan asam lemah akan menghasilkan konstanta Henry 150 MPa, sedangkan kombinasi gas NH₃ dengan asam lemah akan menghasilkan konstanta Henry 15 MPa. Telah disebutkan diawal bahwa semakin tinggi kostanta Henry, maka proses stripping akan semakin mudah dilakukan. Kondisi proses stripping yang dapat dijadikan acuan diperlihatkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Kondisi Proses Air Strippping

Proses	Air stripping
Kandungan S2-awal (g/L)	0,2-0,5
Suhu (oC)	ambien
Kandungan S2- akhir (g/L)	5-15
Efisiensi removal S2- (%)	90-96
V udara / V air	40-80
Tinggi kolom packing (m)	2-3
Percolation velocity (m3/ jam. m2)	30-40

Sumber: Berne dan Cordonnier, 1995

Dari Tabel 1 diatas terlihat bahwa air stripping memiliki kelebihan lain yaitu dapat dijalankan pada suhu rendah. A        Air stripping dapat memisahkan bahan volatile dengan kandungan ammonia dalam bentuk S^2- sangat kecil yaitu 0-2 hingga 0,5 gram per liter. Proses stripping lainnya seperti steam stripping dan flue gas umumnya dapat memisahkan dengan kandungan S^2- awal lebih dari 0,5 gram per liter.

Amonia mempunyai kelarutan yang tinggi di dalam air. Hal tersebut member konsekuensi pada makin tingginya rasio udara dan air yang harus digunakan dalam sistem air stripping. Untuk setiap satuan volume air yang dimurnikan mungkin diperlukan ribuan satuan volume udara yang harus dipompakan ke dalam sistem. Dengan tingginya volume udara yang dibutuhkan maka hal tersebut akan berdampak pada ukuran dari reactor yang juga semakin besar. Untuk mengatasi hal tersebut maka dikembangkanlah sistem terkemas untuk memperluas permukaan kontak. Pada Gambar 4 berikut adalah beberapa produk yang dikembangkan oleh perusahaan Lantec yang berpusat di Malaysia (Wong, 2011). Dengan menggunakan #2 NUPAC, efisiensi stripping dapat mencapai angka lebih dari 90%.

Gambar . Packed Material dalam menara air stripping