PENGANALISA OKSIGEN (OXYGEN ANALIZERS)

Dalam siklus aquatic, oksigen memegang peranan penting. Jika airnya transparan, maka tumbuh-tumbuhan yang hidup akan menghasilkan oksigen. Ada dua jenis pengukuran oksigen yang dipakai dalam pengolahan limbah yaitu : DO (Dissolved Oxygen ) dan BOD (biochemical oxygen demand), yaitu jumlah kerusakan akibat pembuangan limbah terhadap air penerima. Serta COD  (chemical oxygen demand), yaitu menghitung OD secara kimia.

Bypass Filter dan Homogenizer

Dalam pendeteksian DO, parameter diukur dalam fase liquid dan solid disaring diluar. Dalam pengukuran BOD, oxygen demand umumnya dalam bentuk solid. Dan mereka harus dievaluasi. Sehingga kebanyakan penganalisa BOD dan COD yang dipakai adalah homogenizer (pencairan solid) dan menggunakan filter untuk pencegah penyumbatan menahan penggabungan sample.

Slipstream dan Bypass Filter

Slipstream digunakan untuk mengurangi kemacetan transportasi dari proses ke analyzers. Karena aliran sample ke analyzer kecil maka analyzer hanya menggunakan sebagian kecil aliran ini dan mengembalikannya ke proses (lihat gambar 7.8.1).

slipstream filter menggunakan inlet-to-outlet port pada opposite end dari filter agar alirannya cepat untuk menyapu permukaan filter dan reservoir. Juga menggunakan port ke tiga yang menghubungkan laju aliran lambat dengan analyzer.

           

Homogenizer

Permasalahan yang sering terjadi adalah plugging (penyumbatan). Ada dua cara untuk mengatasinya, yaitu filter dan homogenizer.

Pada filter, selain menghilangkan material yang mungkin menyumbat system, dia juga membuang konsituen proses dan membuat sample tidak representative lagi. Sedangkan pada homogenizer, pemisahan dan menurunkan ukuran partikel solid, menurunkan agglomerasi dan mencairkan sample. Salah satu contohnya adalah Ultrasonic Homogenizer yang menggunakan gelombang untuk menggetarkan pada bagian orifice (lihat gambar 7.8.4)

Penganalisa DO (Dissolved Oxygen)

1. Type

ü  Polarografik

ü  Galvanik

ü  Coulometrik

ü  Multiple anoda

ü  Thallium

SEL POLAROGRAFIK

            Sel polarografik mempunyai 2 elektroda logam mulia dan memakai polarisasi tegangan untuk mengurangi oksigen. Sample DO didifusi melewati membrane ke dalam elektrolit, yang biasanya larutan KCl. Jika tegangan polarisasi konstan melewati elektroda, oksigen menurun pada katoda dan mengalir ke elektrolit.

Sel polarografik dipengaruhi oleh temperature, yaitu antara 32 dan 110 ⁰F (0 dan 43 ⁰C), ketelitian tinggi, yaitu lebih kurang 1 sampai 2% akurasi.

SEL GALVANIC

Range analisa rendah antara 0 sampai 20 ppb untuk mengukur kandungan DO pada boiler feedwater. (lihat gambar 7.8.8) sel galvanic terdiri dari elektrolit dan dua elektroda. 

Elektroda dipolarisasi oleh tegangan yang menyebabkan reaksi elektrokimia ketika oksigen kontak dengan elektroda

2. tekanan operasi diatas 50 psig (3,5 bar) dengan kedalaman diatas 25 ft (8,3 m)
3. range temperature operasi; 32 – 122 ⁰F (0 – 50 ⁰C); design khusus diatas 175⁰F (80 ⁰C)
4. laju aliran pada membrane ( flow velocity pada sensing membrane)

dianjurkan  excess 1 fps (0,3 m/s) ; beberapa bisa beroperasi dibawah 0,2 fps (0,06 m/s)

5. konstruksi material

sensor housing             : PVC

elektroda                     : emas dan perak atau tembaga

membrane                    : plastic ABS atau stainless-steel, mesh-reinforced               teflon membrane

6. kecepatan respon         : 90% dalam 30 detik ; 98% dalam 60 detik
7. range

umumnya 0 – 5, 0 – 10, 0 – 15, dan 0 – 20 ppm; unit khusus bias mencapai diatas 0 – 150 ppm atau dibawah 0 – 20 ppb yang digunakan untuk boiler feedwater. System bisa juga dikalibrasi dalam unit tekanan parsial.

8. ketidakakuratan

umumnya  ± 1 – 2 % ; error transmitter industri biasanya 0,02 ppm diatas range 0 – 20 ppm. Sel thallium bias mencapai range 0 – 10 ppb dan bias dibaca DO dengan kesalahan 0,5 ppb

9. Biaya

1,5 – 2% unit FS, $300 - $700; penggantian pemeriksaan $250; 1% FS, mikroprosesor, laboratorium $1000 - $2000, transmitter $3500, pembersihan $500 - $2000.

BOD, COD, dan TOD SENSOR

Tipe Pengukuran

a. BOD (biological agency)

A1.                        Titrasi winkler

A2.                        Sensor DO

A3.                        Metode manometrik (termasuk respirometer online)

A4.                        Metoda Coulometrik (elektrolisis)

A5.                        BOD untuk sebelas sample, semiotomatis

b. COD (chemical agency)

B1. Oksidasi dengan dikromat

B2. Pembakaran (katalitik) dengan karbondioksida (termasuk nondispersive IR {NDIR} detector)

B3. Pembakaran dengan oksigen

c. TOD

Teknik Sampling

            A dan B. mengambil sample untuk metode manual; sample automatic untuk instrument kontinyu

Tekanan Sampel

            Disukai atmosperik

Temperature sample

1. 20 ⁰C  (68 ⁰F) selama tes untuk metoda secara biologi
2. 150 s/d 1000 ⁰C (302 s/d 1832 ⁰F) selama tes untuk metoda secara kimia

Suspended solid

            Ukuran partikel diatas 200 µm

Konstruksi material

A dan B. Kaca,  kwarsa, Teflon, polietilen, tygon dan PVC

Range

A dan B 0,1 mg/l dan diatasnya

C standart 0 - 100 s/d 0 – 5000 ppm ; range yang lebih tinggi oleh dilusi

Ketidakakuratan

A dan B sampai dengan 20% tergantung metodanya

C ± 2% dari range level 95% confiden

Respon

A.    2 jam sampai 5 hari

B dan C. 2 sampai 15 menit

B1 (automatik). Antara 10 menit sampai 2 jam

Biaya

A1. $400

A2. $1000 s/d  $5000

A3. %500 s/d $3000

A4. $10000 keatas

A5. Lebih dari $25000

B1. Manual $500

B2. $18000

C. lebih dari %15000

OXYGEN DEMAND (OD)

Oksigen demand adalah jumlah oksigen yang dipakai untuk bereaksi dengan oksigen atau biodegradable material, dissolved atau suspended dalam sample. Jumlah ini ditunjukkan dalam milligram oksigen per sample. Ketika agent yang dipakai untuk bereaksi dengan oksigen adalah populasoo bakteri, oksigen yang dipakai disebut BOD. Ketika oksidasi yang dipakai dengan reagen kimia seperti potassium dikromat, maka oksigen yang dipakai disebut COD.

Selain itu, yang mempengaruhi oksidasi material dalam sample air, termasuk pemanasan sample dalam furnace menggunakan oksigen, disebut TOD, atau yang menghasilkan karbondioksida dan pengukurannya dalam Total Carbondioksida Demand (TCO₂D)

Faktor yang mempengaruhi hasil BOD adalah :

ü  Bibit biological yang dipakai

ü  pH jika tidak dekat dengan aslinya (netral)

ü  Temperatur jika selain 20 ⁰C (68 ⁰F) seperti yang ditunjukkan gambar 7.8.10

ü  Keracunan sample

ü  Waktu inkubasi

PROSEDUR 5-HARI BOD

Jika sample air BOD pada 20 ⁰C diukur berdasarkan fungsi waktu, maka akan diperoleh kurva seperti gambar 7.8.10.untuk 10 sd 15 hari, kurva mendekati eksponensial, tapi sekitar 15 hari, kurva meningkat tajam yang menurunkankan kestabilan laju BOD. Karena panjangnya waktu dan kurvanya tidak datar, maka para engineer lingkungan mengambil secara universal untuk test standar pada 5 hari untuk prosedur BOD.

TEST BOD MANOMETRIK

Dalam standar metode dilusi, semua oksigen yang dipakai dalam botol BOD ditutup rapat pada awal-awal inkubasi, tidak boleh udara masuk kedalam sample. Pada manometrik, bibit sample dibatasi dalam system tertutup dan termasuk sejumlah udara. Oksigen dalam air dikosongkan, kemudian diisi dengan fase gas. Oksigen hilang dari fase udara karena didorong tekanan manometer. Dorongan ini terhubung ke sample BOD.

Metoda manometrik, tekananya bisa dikontrol secra kontinyu.

TAKSIRAN BOD DALAM SEMENIT

            Bioreactor dimasukkan dengan beberapa cincin plastic, pompa sirkulasi mendistribusikan secara cepat limbah kedalam bioreactor dan menjaga gerakan cincin plastic kontinyu. Konsentrasi limbah dalam reactor constant low value, menghasilkan oksigen demand (OD) sekitar 3 mg/l.

COD

Sample dipanaskan sampai titik didihnya dengan sejumlah asam sulfur dan potassium dikromat. Gunakan kondensor refluks untuk meminimasi kehilangan air. Setelah 2 hari, larutan didinginkan dan hitung jumlah dikromat yang bereaksi dengan oksigen dalam air dengan cara titrasi kelebihan potassium dikromat dengan ferrous sulfat (ferrous 1,10-phenanthralin (ferroin) sebagai indicator).

Factor yang menghalangi tes COD :

1.      Banyak material organic dioksidasi oleh dikromat tapi tidak secara biokimia oksidasi .

2.      Sejumlah substan anorganik seperti sulfide, sulfite, thio sulfat, nitrit, ferrous iron dioksidasi dikromat menghasilkan COD anorganik yang menyesatkan ketika kandungan organic limbah cair diukur.

3.      Clorida dengan analisa COD dan efeknya harus diminimasi untuk hasil yang konsisten.

DETECTOR COD

Digunakan dalam prosedur dikromat untuk operasi manual dan operasi otomatis online. Keuntungannya, bisa mengurangi analisa waktu dari hari (5-hari BOD) dan berjam-jam (dikromat dan respirometer) menjadi beberapa menit.

DESAIN OTOMATIS ONLINE

Gambar 7.8.13 menunjukkan penganalisa online dengan range COD dari 0 – 100 ppm sampai dengan 0 – 5000 ppm, selama 10 menit sampai 5 jam. Aliran sample dengan laju 0,25 gpm (1,0 lpm) dan mengandung partikel solid 100µ.

sample diinjeksi 5-cc ke reflux chamber, setelah dicampur dengan air tambahan (jika ada) dan 2 reagent : larutan dikromat dan asam sulfur. Kemudian dipanaskan 302 ⁰F (150⁰C) dan air pendingin dalam refluks condenser mengembunkan uap. Ion crom memberikan warna hijau larutan. Konsentrasi COD diukur dari jumlah dikromat yang berubah menjadi ion crom dengan mengukur intensitas warna hijau melalui detector fiber-optik.

TOD

Metoda TOD berdasarkan pengukuran kuantitatif oksigen yang seharusnya membakar pengotor dalam sample liquid.

Penganalisa TOD mengubah komponen oksidasi dalam sample liquid dalam tube pembakaran menjadi oksida stabil dengan menggunakan sebuah  reaksi yang mengganggu kesetimbangan oksigen dalam aliran gas.

Hubungan antara BOD, COD dan TOD

1. Hubungan statistic antara limbah cair BOD dan COD, TOC atau TOD bisa dicapai, ketika kekuatan organic tinggi dan perbedaan konstituen dissolved oksigen (DO) rendah.
2. Hubungan yang paling baik digambarkan oleh kuadrat regresi dengan derajat koefisien korelsi.
3. Hubungan COD-TOD lebih baik dibandingkan COD-BOD untuk limbah cair
4. Perbandingan BOD-COD atau BOD-TOC yang tidak disukai adalah indikasi pengolahan limbah cair secara biologi. Jika perbandingan meningkat , maka kandungan organic akan hilang lebih cepat dengan metoda biological.

PENGANALISA TOTAL KARBON

Metoda deteksi

1. NDIR
2. FID
3. Konduktifiti aquos dengan irradiasi ultraviolet (UV)
4. Colorimetri

Sample

Range sample labor antara 0,01 sampai 10 cc. untuk aplikasi in-line, range laju sample dari 0,25 sampai 30 cc/menit secara kontinyu. Ketika sample bypass kontinyu digunakan dalam siklus analisa sample injeksi, laju bypass dari 50 s/d 1000 cc/menit.

Kandungan solid sample

Diatas 1000 mg/l; ukuran diameter partikel diatas 200 µ.

Konstruksi material

Kaca, kwarsa, Teflon, stainless-steel, Hastelloy, polietilen, dan PVC

Lama siklus pengukuran

A dan B. 2 s/d 15 menit (untuk tipe A, TC menggunakan waktu 2,5 menit, dan TOC 6 menit)

C. kontinyu dengan kecepatan respon 90 detik

Reagen yang dipakai

            Udara (10 atmospherik ft³/jam (acfh), atau 4,6 alpm)

            Oksigen, nitrogen (gas bawaan 100 cc/menit pada 50 psig, atau 3,5 bar)

Hydrogen, asam mineral (1 galon/bulan sulfur atau pospor)

Reagent oksidasi, buffer dan air pendingin.

Range

A dan B, 0 – 2 ppm sampai 0 – 30000 ppm ( 0 sampai 3 %)

C, 0 – 100 ppb sampai 0 -1 ppm

Sensitivity

A dan B. 0,1 ppm atau 0,5 % skla penuh

Ketidakakuratan

2 sampai 5% skala penuh sebagai fungsi desain, ukuran sample, dan range

Biaya

$10000 sampai $20000; NDIR TC $20000, dan NDIR TOC dengan detector berbeda $25000

TOC, TC dan TIC.

TIC dalam sample air biasanya dalam bentuk bikarbonat dan karbonat. Komponen ini independent dan mengsubtract dari TC. TOC = TC – TIC.

Desain automatic online

Gambar 7.8.16, menunjukkan tipe oksidasi-katalitik penganalisa TOC untuk operasi yang kontinyu. System injeksi mengubah IC menjadi karbondioksida dan menghilangkannya didalam sparging chamber sebelum mencapai analyzer. Jika bagian sparging dimatikan, maka analyzer menjadi TC analyzer. Jika reaksi temperature rendah dalam chamber ditambahkan secara parallel maka analyzer menjadi TOC analyzer. Lama siklus dalam instrument ini 2,5 menit dalam mode TC dan 6 menit dalam mode TOC.

FID

Gambar 7.8.17, menunjukkan metode lain untuk menganalisa VOC secara langsung setelah TIC (CO₂) dihilangkan. Dalam metode ini, pembakaran oksidasi katalitik diganti oleh metoda oksidasi basah. Metoda ini menambahkan persulfat kedalam sample dan diekspose dengan radiasi sinar UV. Hasilnya, CO₂ hilang dalam Nikel-reduksi metanator, dan konsentrasinya diukur dalam FID analyzer.

Konduktivity Aquos

Gambar 7.8.18, menunjukkan kesensitifan tinggi, analyzer TOC online yang digunakan dalam boiler feedwater; condensate return; atau semikonduktor, nuklir, dll. Analizer ini membutuhkan 25 cc/menit sample kontinyu dari proses air, campur dengan oksigen dan irradiasi dengan sinar UV dalam chamber. Oksigen dikatalis oleh sinar UV, molekul karbon dioksidasi menjadi karbondioksida. Karbondioksida dilarutkan dalam air, konduktivitinya meningkat. Analizer ini cepat (90 detik waktu respon) dan sensitive.