Proses pemisahan air dan minyak dalam air limbah

Proses produksi, aktivitas rumah tangga menghasilkan limbah dalam jumlah yang besar. Sebagai produk samping, keberadaan limbah tidak dikehendaki. Pada proses produksi, limbah memerlukan proses pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air. Setelah air limbah tersebut memenuhi baku mutu air limbah yang ditetapkan, limbah dapat dibuang langsung karena dianggap sudah memenuhi persyaratan yang ditetapkan.

Salah satu industri dan kegiatan yang menghasilkan air limbah dalam jumlah yang cukup besar antara lain adalah aktivitas pengilangan minyak bumi. Air limbah ini berasal dari proses pemompaan minyak dari sumur menuju ke permukaan tanah. Air digunakan dalam proses tersebut antara lain digunakan sebagai ‘injector’ dalam proses enhanced oil recovery (EOR). Proses ini dilakukan pada sumur-sumur minyak yang sudah tua dimana kandungan minyak dalam reservoir sudah jauh menurun dari cadangan minyak sebelum proses eksploitasi. Tak jarang, proses penyuntikan air ke dalam reservoir tersebut disertai dengan sejenis senyawa surfaktan. Senyawa ini berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan minyak sehingga viskositas minyak turun dan mudah mengalir.

Proses injeksi air dalam enhanced oil recovery (EOR)

Dalam proses injection (penyuntikan) menggunakan air, air didorong ke dalam sumur injector menuju reservoir yang mengandung minyak. Hal ini dilakukan agar minyak yang terdapat di dalam pori-pori batuan terdorong keluar untuk selanjutnya dapat disedot oleh pompa minyak. Dengan penyuntikan minyak ke dalam reservoir, tekanan minyak di dalam batuan tersebut akan dijaga tetap stabil sehingga memudahkan proses naiknya minyak melalui pipa menuju permukaan tanah.

Proses pemisahan minyak dan air

Pada dasarnya, minyak bumi (hidrokarbon) merupakan senyawa yang tidak polar dan tidak larut di dalam air. Minyak dan air merupakan dua fluida yang tidak bisa menyatu (immiscible fluid). Karena tingkat kerapatan jenis yang berbeda, minyak dan air akan berada pada posisi yang berbeda. Mengingat minyak memiliki densitas yang lebih rendah daripada air, minyak akan selalu mengapung di air.

Sebagian besar limbah yang dihasilkan dari proses produksi minyak berupa campuran minyak dan air, dengan fase kontinyunya adalah air. Sementara itu, minyak merupakan zat yang terdispersi. Perbedaan ukuran partikel minyak yang terdispersi di dalam air menyebabkan perlakuan yang berbeda. Sebagai contoh, partikel minyak yang berukuran besar dapat dipisahkan dari air dengan menggunakan alat API (American Petroleum Institute) separator. Alat ini akan efektif untuk partikel minyak yang berukuran minimal 150 um. Sementara itu, partikel yang lebih kecil harus menggunakan metode atau teknik lain, di antaranya adalah flotation, pemisahan melalui membrane.

Pemisahan yang paling sulit adalah ketika ukuran minyak yang terdispersi sangat kecil, di bawah ukuran 20 um, bahkan 5 um. Minyak ini dapat menjadi teremulsi di dalam air, bahkan menjadi minyak yang terlarut.  

Ukuran partikel gelembung minyak yang terdispersi dalam air

API separator

API separator menggunakan prinsip gaya gravitasi dalam proses pemisahan minyak dan air. Alat ini, pada praktiknya, tidak hanya berfungsi untuk memisahkan minyak dan air, akan tetapi memisahkan padatan tersuspensi dari air limbah. Dalam alat tersebut, terdapat dua bagian, yaitu inlet dan outlet. Limbah yang mengandung minyak terdispersi dimasukkan ke dalam alat melalui saluran inlet. Sementara itu, air limbah yang telah mengalami pengolahan akan dikeluarkan melalui saluran outlet. Di dalam alat tersebut, di pasang beberapa lempeng logam yang berfungsi untuk menggabungkan partikel-partikel/ gelembung-gelembung minyak yang berukuran kecil (coalescence). Semakin besar ukuran gelembung minyak, semakin cepat pula minyak tersebut bergerak ke permukaan air. Sehingga, minyak yang berukuran kecil akan membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai permukaan air. Dengan demikian, partikel minyak yang berukuran kecil akan menyulitkan proses pemisahan.

API separator

Prinsip kerja API separator menggunakan hukum Stokes, yang menyatakan bahwa rise of velocity (laju pergerakan naik) sebuah gelembung minyak bergantung pada ukuran gelembung, densitas, dan karakteristik air.

Dimana,

• v  = kecepatan gerak naik (cm/s)
• g  = konstanta gravitasi 
• D = diameter gelembung minyak (cm)
• μ_L= viskositas air

Dari persamaan Stokes di atas, dapat diketahui bahwa kecepatan gerak naik berbanding lurus dengan kuadrat diameter gelembung minyak. Oleh karena itu, semakin besar diameter partikel minyak, semakin cepat pula partikel minyak tersebut bergerak menuju permukaan air. Selanjutnya, kecepatan gerak naik minyak juga dipengaruhi oleh viskositas fluida fase kontinyu, dalam hal ini adalah air. Dengan demikian, untuk mempercepat gerak partikel minyak, viskositas air harus diturunkan. Salah satu cara untuk menurunkan nilai viskositas air adalah dengan menaikkan suhu. Sehingga, dalam praktiknya, penggunaan panas untuk menaikkan suhu air diperlukan.

Dengan dioperasikannya alat tersebut, air limbah akan terpisah menjadi tiga bagian besar, yaitu material padat yang tersuspensi, yang akan mengendap di bagian dasar alat. Bagian yang kedua adalah lapisan minyak yang berada di permukaan air. Selanjutnya, yang terakhir adalah air yang sudah terbebas dari partikel minyak dan zat padat.

Meskipun demikian, alat ini mempunyai keterbatasan. Tidak semua partikel minyak dapat terpisahkan dari air. Gelembung-gelembung minyak yang berukuran halus akan sangat sulit untuk dipisahkan. Sehingga, proses pemisahan berikutnya memerlukan metode lain, di antaranya adalah metode flotation atau metode pemisahan menggunakan membrane (noerhidajat) 


selanjutnya: Dissolved air flotation