Tarung DAF vs UF di Limbah Pabrik Baja: Emulsi Minyak Keras Kepala, Kimia Spesialis Jadi Penentu
Emulsi minyak dengan droplet <20 µm menembus gravitasi; DAF (dissolved air flotation) butuh demulsifier dan flocculant untuk tembus 90–99%, sementara ultrafiltrasi (UF) memoles hingga <50–100 mg/L dengan jejak kompak. Data pilot dan studi kilang mengunci pilihannya—tergantung ruang, beban, dan perawatan.
Pabrik baja menumpahkan limbah kaya pelumas dan grease dari rolling draft dan quench baths. Tantangannya bukan minyak bebas, melainkan emulsi halus—droplet di bawah 20 µm—yang tak mempan dipisahkan dengan gravitasi biasa. Literatur menegaskan, untuk emulsi sehalus ini, permainan beralih ke rekayasa fisikokimia dan membran canggih (mdpi.com; linkedin.com).
DAF—unit flotasi udara terlarut yang menyuntikkan mikro-gelembung untuk menempel pada droplet terflok dan mengapungkannya—sudah jamak di pabrik baja. Di sisi lain, membran UF (ultrafiltration) menahan hampir seluruh droplet dan padatan tersuspensi. Siapa yang unggul? Data head-to-head menunjukkan keduanya bisa tinggi, tetapi jalannya berbeda, dan kimia spesialis menjadi pembeda.
Profil emulsi minyak pabrik baja
Emulsi minyak dari pabrik baja yang dilumasi dan bergrease sukar disaring oleh gravitasi; diperlukan flotasi-flokulasi fisikokimia atau membran lanjutan (mdpi.com; linkedin.com). Di ranah pemisahan awal, solusi fisik seperti skimmer dan coalescer berguna, namun untuk emulsi halus, kombinasi kimia dan proses seperti DAF dan ultrafiltration sering menjadi tulang punggung. Untuk tahap awal yang bersifat mekanis, paket physical separation juga relevan sebagai “primary treatment”.
Kinerja DAF dengan penambahan kimia
Tanpa bantuan kimia, DAF hanya menyingkirkan sekitar 50–70% minyak teremulsi. Studi di kilang Irak bahkan mencatat 60% penghilangan minyak tanpa koagulan (researchgate.net). Kuncinya adalah dosing koagulan dan flokulan.
Dengan 25–30 mg/L cationic polyacrylamide (PAM), penghilangan minyak via DAF melompat jadi ~94% (dari influen 50 ppm); alum saja mencapai 89%; blend alum + PAM menembus ~99%—semuanya tersaji dalam studi yang sama (researchgate.net). Artinya, dengan koagulasi yang tepat, DAF bisa masuk rentang 90–99%.
Namun demikian, efluen DAF pasca-optimasi masih sering memuat “tens of mg/L” oil/grease; sementara data pilot menunjukkan permeat UF <100 mg/L dan TSS (total suspended solids) sangat rendah (researchgate.net). DAF sendiri memerlukan jejak lahan besar (tangki besar) dengan pembuangan scum berkelanjutan; ongkos energi relatif moderat, tetapi biaya kimia (koagulan) bisa tinggi (researchgate.net; linkedin.com). Dalam praktik, penempatan demulsifier bersama coagulants dan flocculants sebelum DAF sering jadi kombinasi kerja.
Ultrafiltrasi: membran, fouling, dan polishing
Membran UF—umumnya polimeric hollow‑fiber atau flat‑sheet dengan MWCO (molecular weight cut-off) ~10–100 kDa—menahan hampir semua droplet minyak dan padatan tersuspensi. Uji pilot dan full‑scale di kilang dan pabrik memperlihatkan penolakan minyak sangat tinggi: Ostlund dkk. melaporkan permeat O&G (oil and grease) <100 mg/L dalam operasi kontinu (researchgate.net).
Dalam studi lain dengan dua modul spiral UF (MWCO 2–35 kDa), membran yang lebih halus memberi ~90% penghilangan COD (chemical oxygen demand) dan ~99,7% penghilangan hidrokarbon; flux permeat ~20 L/m²·jam pada 400 kPa dan 35°C (researchgate.net). Proyek UF skala lebih besar di kilang menunjukkan penolakan O&G ≈97–98% (researchgate.net) dengan efluen lazimnya <50 mg/L oil/grease (researchgate.net). Singkatnya, UF mudah memenuhi target <100 mg/L minyak (mdpi.com).
Kelebihan lain: jejak lahan kompak dan efluen berkualitas tinggi, sehingga sering dipilih sebagai “polishing” pasca primary treatment (mdpi.com). Kelemahannya, UF sensitif terhadap oil fouling: pori dan permukaan bisa tersumbat/tercemar oleh minyak sehingga perlu pembersihan rutin dan chemical clean‑in‑place (CIP) (linkedin.com; researchgate.net). Fouling dapat sebagian diredam lewat pretreatment (mis. skimmer/DAF untuk minyak bebas) dan modifikasi permukaan membran (coating hidrofilik) (linkedin.com). Tinjauan terbaru juga mencatat tekanan operasi UF yang rendah (~0,2 bar) menjadikannya hemat energi (~0,1–0,2 kWh/m³) (mdpi.com).
Untuk konteks penerapan, paket UF lazim muncul sebagai subsistem dalam solusi membrane systems industri, terutama saat dibutuhkan polishing cepat di footprint terbatas.
Perbandingan kunci DAF vs UF
Efisiensi penghilangan: DAF dengan dosing koagulan optimal dapat mendekati UF. DAF mencapai ~94–99% penghilangan minyak ketika didosing PAM dan/atau alum (researchgate.net); sebagai pembanding, pengujian membran UF secara konsisten menunjukkan ~97–99% penolakan minyak (researchgate.net; researchgate.net). Dalam istilah absolut, permeat UF kerap <50 mg/L O&G (researchgate.net), sementara efluen DAF umumnya butuh tahapan lanjut untuk mencapai level ini.
Footprint dan biaya: UF menawarkan footprint hidrolik lebih kecil, meski capex per volume cenderung lebih tinggi. DAF bulky—“settling tank” berskala menit waktu retensi—dengan penanganan lumpur (scum) besar, tetapi tanpa biaya membran. Kimia: DAF perlu suplai koagulan/flokulan untuk kinerja tinggi; UF tidak (kecuali bahan kimia pembersih berkala). Namun UF memerlukan penghilangan minyak hulu (skimming/DAF atau coalescer seperti oil removal unit) untuk mencegah fouling berat (linkedin.com). Kesimpulan: UF memberi efluen lebih andal dan berkualitas tinggi (<50 mg/L oil) dengan desain kompak, tetapi DAF+kimia mampu mencapai target bila dioperasikan baik. Pemilihan bergantung pada ruang tersedia, karakter limbah, dan toleransi perawatan.
Demulsifikasi dan flokulasi spesialis
Tujuan inti: emulsi minyak‑air yang stabil harus dipecah (demulsified) dan droplet diagregasi (flocculated) sebelum pemisahan fisik. Demulsifier—biasanya surfaktan atau polimer yang larut minyak—menembus dan mendestabilisasi film di antarmuka droplet, menurunkan tegangan antarmuka dan menetralkan muatan permukaan (mdpi.com).
Contoh data: penambahan 100 mg/L demulsifier yang larut minyak menurunkan tegangan antarmuka minyak‑air dari ~4,43 menjadi 1,33 mN/m dan memangkas zeta potential droplet ~60% (dari –67,1 menjadi –30,6 mV) (mdpi.com; mdpi.com). Setelah demulsifikasi, flokulan—seringkali kationik PAM atau garam Fe/Al—ditambahkan untuk netralisasi muatan residual dan “bridging” droplet menjadi flok; kombinasi ini mendorong koalesensi cepat dan flotasi (mdpi.com). Dalam praktik, formula komersial demulsifier, flocculants, dan coagulants disetel lewat uji jar.
Contoh kimia: polimer organik kationik (mis. polyacrylamide berat molekul tinggi, polyDADMAC), kadang digrafting ke partikel magnetik untuk pemindahan mudah; koagulan anorganik seperti PAC atau ferric chloride lazim. Skala bangku menunjukkan penambahan 25 ppm PAM ke DAF menaikkan penghilangan minyak ~94% (researchgate.net). Flokulan berbasis demulsifier yang lebih maju juga unggul: komposit kitosan‑magnetik (FS‑MC) pada hanya 2–3 mg/L menghilangkan ~93–95% minyak teremulsi; sementara polymer blend 2–4 mL/L mencapai ~95,8% pada limbah steel rolling (researchgate.net; researchgate.net). Formulasi ini menggabungkan gugus hidrofobik dan kationik untuk memaksimalkan bridging dan netralisasi muatan.
Dari sisi hasil dan desain, dosing demulsifier + flokulan di hulu DAF (atau pretreatment ke UF) dapat menurunkan minyak ke level sangat rendah. Eksperimen bangku melaporkan “kejernihan” minyak (TCOD atau turbidity) turun >90% setelah optimasi koktail demulsifier+flokulan (researchgate.net; researchgate.net). Dosis tipikal koagulan+flokulan berada di kisaran 1–100 mg/L, bergantung beban minyak; pemilihan berbasis jar test membuat droplet cukup besar untuk mengapung efektif. Ringkasnya, pretreatment kimia yang terformulasi baik secara rutin mendorong total penghilangan minyak di atas 95% (researchgate.net; researchgate.net).
Implikasi desain dan sumber data
Garis besarnya konsisten: UF rutin menembus >97% penolakan minyak (researchgate.net), DAF dengan koagulan bergerak ke 95–99% (researchgate.net), dan flokulan/demulsifier maju mencapai >90% pada dosis sangat rendah (researchgate.net; mdpi.com). Data ini membimbing keputusan desain atas seleksi teknologi, dosing kimia, dan tata letak sistem.
Citations: semua angka kuantitatif di atas diambil langsung dari studi/studi tinjauan yang dirujuk (researchgate.net; researchgate.net; researchgate.net; mdpi.com; researchgate.net).
Referensi
- Albarazanje, M. G. dkk. Study the Performance of Dissolved Air Flotation as Industrial Wastewater Treatment Method, Eng. Techn. J. 37‑C(3), 333–343 (2019) (researchgate.net).
- Reed, B. dkk. Oily Wastewater Treatment by Ultrafiltration: Pilot-Scale Results and Full-Scale Design, Pract. Period. Hazard. Toxic Radioact. Waste Mgmt. 2(3), 100–110 (1998) (researchgate.net; researchgate.net).
- Huang, B. dkk. Demulsification–Flocculation Mechanism of Oil–Water Emulsion, Polymers 11(3), 395 (2019) (mdpi.com).
- Chen, J. H. dkk. Cov. Bonded Magnetic Flocculant for Emulsified Oil Removal, J. Hazard. Mater. 410, 124367 (2021) (researchgate.net).
- Abuhasel, K. dkk. Oily Wastewater Treatment: Conventional and Modern Methods, Water 13(7), 980 (2021) (tinjauan) (mdpi.com).