Cooling Water Treatment (Part III - Bacterian and Microbiological Control)

3. Bacterial and Microbiological Control
Organisme mikrobiologi masuk ke sistem cooling tower melalui air make-up dan partikel udara yang terkontak dalam cooling tower. Normalnya, mikro organisme yang berkembang biak dalam cooling tower antara lain algae (ganggang), fungi (jamur ragi dan kapang) dan bakteri.
Untuk mengontrol secara efektif pertumbuhan mikro organisme di air pendingin, pengolahan air secara kimia dan fisika bisa digunakan.

Metode pengolahan Air secara Kimia
Biosida kimia adalah produk yang paling biasa digunakan untuk mengontrol pertumbuhan mikro organisme. Biosida dengan tipe berbeda harus digunakan bersama untuk menutupi kekurangan masing-masing. Dengan menakar dua jenis biosida adalah alternatif untuk dapat menghambat mikro organisme untuk membangun imunitas melawan biosida tipe tertentu. Pemilihan biosida tergantung pada dosis yang diperlukan dan waktu kontak, tempat penggunaan dan pengalaman kerja vendor pengolahan air.

I. Oxidizing Biocide
Biosida oksidasi adalah oksidan kimia yang kuat, bisa membunuh semua mikro organisme, termasuk bakteri, ganggang, jamur dan ragi. Biosida oksidasi juga mampu bereaksi dengan substansi organik dalam jangkauan luas termasuk konstituen dari sel bakteri. Efektif dalam membunuh bakteri. Enam jenis biosida oksidasi akan dijelaskan dibawah.

a. Chlorine
Chlorine banyak digunakan sebagai oksidan biosida, sebagai pengontrol mikrobiologi. Biasanya, dosis yang dibutuhkan adalah dibawah 1 mg/L chlorine bebas. Sistem ini murah dan tersedia dalam bentuk gas, dan juga cairan serta komponen padatan. Dapat juga diinjeksikan dalam bentuk sodium hypochlorite (NaOCl). Serta dapat dihasilkan melalui elektrolisis air laut. Efektifitasnya meningkat jika digunakan bersama dengan biosida non-oksidasi dan dispersan biologi.

Tetapi, klorinasi mempunyai beberapa batasan pengaplikasian yaitu:
- berkurangnya efektivitas pada air alkali (pH lebih dari 8)
- berkurangnya efektifivitas pada kontaminan tertentu, yaitu ammonia, metanol, etilen glicol, dll
- korosif pada material instalasi cooling tower
- berpotensi membentuk produk yang kurang diterima lingkungan
- degradasi yang cepat akibat panas dan cahaya
Selain itu, penyimpanan dan penanganan chlorine harus sesuai untuk barang berbahaya.

b. Chlorine Dioxide
Chlorine Dioxide adalah agen disinfektan yang mirip dengan chlorine besas tetapi mempunyai beberapa kelebihan. Yaitu lebih efektif dari chlorine bebas pada pH yang tinggi dan pada kontaminan ammonia. Chlorine dioxide juga sangat efektif melawan Legionella dan waktu yang relatif panjang memungkinkan chlorin tersisa dalam air cooling tower dalam waktu yang relatif lama. Chlorine dioxide diproduksi dengan mencampur air terklorinasi dari alat chlorinator dengan larutan sodium chlorite. Reaksinya berjalan cepat sehingga prosesnya lebih murah dibandingkan chlorination biasa.

c. Bromine
Bromine diproduksi dengan reaksi dari sodium hypochlorite dengan sodium bromine secara langsung atau dalam bentuk pellet. Bromine mempunyai kelebihan dibandingkan dengan chlorine, yaitu:
- lebih efektif pada pH tinggi
- disinfektan yang efektif pada dosis kecil
- efektif pada keberadaan komponen nitrogen dan organik seperti metanol dan etilen glicol
- membunuh mikro-organisme lebih cepat
- mengurangi potensi korosi sistem
- efek terhadap lingkungan lebih rendah

d. Iodine
Seperti Chlorine dan Bromine, Iondine adalah biosida oksidan yang baik. Tetapi harganya relatif mahal.

e. Ozone
Ozon merupakan disinfektan yang kuat dan deaktivan virus yang dapat digunakan untuk mengoksidasi komponen organik maupun inorganik. Ozon membunuh bakteri dengan memecah dinding selnya, sehingga mikro-organisme tersebut tidak bisa mengembangkan imunitasnya. Ozon mengontrol mikro-organisme dengan membunuhnya secara instan. Konsentrasi residu ozon lebih besar atau setara 0.4 mg/L dapat membunuh 100% dalam 2 - 3 menit untuk Pseudomonas flourescene (produsen biofilm) dalam biofilm. Efektifitas ozon sektas 100 sampai 300 kali lebih besar dari chlorine.

Karena Ozon mempunyai waktu hidup yang singkat (biasanya kurang dari 10 menit), akan segera terdekomposisi menjadi oksigen setelah teroksidasi. Selain itu, ozon juga bisa menyebabkan terbentuknya presipitasi besi dan mangan dan menghancurkan inhibitor dan dispersant yang biasa digunakan.

Penggunaan ozon tidak cocok pada kondisi dimana banyak organic material dalam air atau suhu yang tinggi mengakibatkan penipisan ozon sebagai berikut:
- penambahan organih yang tinggi dari udara, air atau proses industri yang mensyaratkan tingginya chemical oxygen demand (COD), sedangkan ozon mengoksidasi organik dan residu yang tersisa tidak cukup untuk water treatment.
- suhu udara lebih dari 43.3 oC, karena suhu yang tinggi mengurangi waktu tinggal ozon dan mengurangi efektifitas overall dari ozone treatment.
- air make up sadah (CaCO3 > 500 mg/L) atau air make up yang kotor. Direkomendasikan untuk melunakkan dan atau menyaring make up water.
- sistem pipa yang panjang yang mungkin memerlukan waktu tinggal yang lama untuk mengkover ozon.
- pemasangan pada lingkungan berdebu / asap, dan tempat yang panas seperti boiler, dapur, chimney dan exhaust.

f. Hydrogen Peroxide
Hydrogen peroxide (H2O2) merupakan oksidiser yang kuat, lebih kuat daripada chlorine dan chlorine dioxide tetapi lebih lemah dari ozon. Tetapi bisa di katalisasi menjadi radikal hidroksil (OH-) yang lebih kuat daripada ozon untuk mengontrol mikro-organisme. Katalis seperti besi, tembaga atau logam transisi lainnya bisa ditambahkan ke hidrogen peroksida untuk membentuk radikal hidroksil untuk oksidasi yang keras. Inilah metode yang paling kuat untuk membunuh mikro-organisme dan jejak organik dalam air.

Hidrogen peroksida terdekomposisi menjadi oksigen dan air. teknologi pengolahan  ini lebih sederhana dan efektif dibandingkan dengan bahan kimia water treatment konvensional dan tidak mengakibatkan adanya gas yang terbuang atau masalah residu kimia. Tetapi, hidrogen peroksida larut sempurna dalam air, sehingga bisa mengakibatkan masalah keamanan jika konsentrasinya tinggi (>8% berat H2O2) digunakan. PEncegahan keamanan harus dipertimbangkan dalam penyimpanan, pengiriman dan penanganan serta pembuangan hidrogen peroksida yang sesaui dengan acuan untuk bahan berbahaya.

Penggunaan Bioksida Oksidasi
Penggunaan bioksida oksidasi yang paling efektif adalah untuk mengatur level residu konstan dalam sistem. Biasanya mengatur level secara kontinyu dalam sistem. Dosisnya bisa disesuaikan pada saat testing. Dosis dadakan (shock dosing) juga bisa digunakan untuk menambah efektifitas dengan mempercepat aksi pembunuhan mikro-organisme.

Karena bioksida oksidasi beberapa bisa korosif, corrsion inhibitor harus ditambahkan untuk menjamin kesesuaian. Karakteristik dari beberapa jenis bioksida oksidasi yang biasa digunakan dapat dilihat pada tabel berikut:

II. Non-Oxidizing Bioxide
Bioksida non-oksidasi adalah komponen organik yang membunuh mikro-organisme dengan menargetkan elemen spesifik dari struktur sel atau metabolisme atau proses reproduksi. Akan tetapi, bisa tidak aktif melawan organisme yang mempunyai perbedaan struktur atau proses sel.

Walaupun biosida non-oksidasi terkadang beracun (seperti seperempat garam ammonia atau diamine), konsentrasi rendah dapat digunakan untuk mengatur batasan yang diperbolehkan untuk buangan. Isothiazolinon bisa terbiodegradasi yang menyebabkan sedikit efek samping terhadap lingkungan. Glutaraldehyde merupakan biosida yang efektif dan bekerja cepat serta reaktivitasnya mencegah dari menahan bahaya lingkungan. Bioksida non-oksidasi membunuh mikro-organisme dengan mekanisme yang berbeda, penggunaan jangka panjang dari biosida dapat membuat mikro-organisme mengembangkan ketahanan terhadap bahan kimia. Hal ini bisa dicegah dengan mengadopsi rezim biosida alternatif. Tabel berikut ini merangkum karakteristik dari macam-macam bioksida non-oksidasi.

Biosida non-oksidasi arus ditampilkan dalam konsentrasi yang cukup dengan waktu yang memadai untuk mengontrol mikro-biologi secara efektif. Kapasitas sistem, laju penguapan, laju pengeluaran dan laju make up harus dipertimbangkan dalam menghitung konsentrasi dan frekuensi dosisnya. Laju hidrolisis biosida (degradasi kimia) juga mempengaruhi konsentrasi residu dari biosida yang terkandung dalam cooling tower. Konsentrasi dari biosida harus diatur pada level efektif minimum untuk membunuh mikro-organisme pada akhir waktu kontak yang diinginkan. Periode antara penambahan biosida non-oksidasi harus berdasarkan dari masa hidup sistem dengan tambahan waktu sekuenuntuk mencegah tumbuh kembalinya bakteri di air. Untuk menjamin efektifitas dari biosida non-oksidasi, dibutuhkan monitoring konsentrasi kimia di dalam cooling tower.

III. Biodispersant
Biodspersan digunakan untuk menghilangkan deposit mikroba, yang dapat kemudian dibunuh dengan biosida atau dibuang dengan mudah. Biodispersan juga membuka lapisan baru dari mikroba atau lumu untuk penyerangan biosida. Biodispersant dapat secara efektif mencegah penambahan karena menyulitkan mikro-organisme untuk menempel di peralatan dan atau permukaan pipa untuk membentuk deposit. Biodispersan dapat melengkapi performa dari biosida terutama bioksida oksidasi. Beberapa jenis biodispersan yaitu Acrylates, Ligonsulphonates, Methacrylates dan Polycarboxylic acids.

Metode pengolahan Air secara Fisika

I. Disinfeksi Ultraviolet
Irradiasi Ultraviolet biasa digunakan untuk membunuh bakteri pada air minum, yang juga bisa diaplikasikan pada sistem cooling water. Panjang gelombang spesifik dari radiasi elektromagnet digunakan untuk menon-aktifkan mikro-organisme melalui denaturasi DNA mereka. Panjang gelombang antara 250 - 270 nanometer (nm) efektif dalam menon=aktifkan patogen didalam air.

Bakteri rentan terhadap sinar UV dan bisa dibunuh, dengan sinar pada panjang gelombang dan intensitas yang tepat dapat menembus dinding sel. Efektivitas dicapai dengan efek menghalangi partikel terlarut atau turbiditas air, dan juga deposisi padatan pada sumber cahaya.

Iradiasi Ultraviolet bisa dikontrol dengan sumber intensitas UV dan laju alir air. Dosis dari sinar UV diukur sebagai produk dari intensitas dan waktu pencahayaan, dalam milliwatt per sentimeter persegi (mW/s-cm2).

II. Ionisasi Tembaga dan Perak
Ionisasi mengindikasi pembentukan elektrolitik dari ion tembaga dan perak dalam air cooling tower. Jika dikelola dengan baik, konsentrasi ion tembaga dan perak pada 20 - 30  μg/L dan 10 - 15  μg/L, dapat membunuh bakteri dalam sistem secara efektif. Ion tersebut membantu mengontrol populasi bakteri dalam kondisi residu chlorine sedikitnya 0.2 mg/kg.

Harus dicatat bahwa pada air sadah, konsentrasi ion perak sulit diatur untuk membentuk kerak pada elektroda dan pada konsntrasi tinggi dari padatan terlarut mengendapkan ion perak dari larutan. Untuk air sadah dan air lunak, proses ionisasi sensitif terhadap pH dan sulit mengatur konsentrasi ion perak pada pH lebih dari 7.6. Tidak direkomendasikan menggunakan ionisasi pada sistem yang mempunyai heat exchanger steel atau alumunium karena ion tembaga  terdeposisi dan korosi galvanis yang signifikan.

Part I - Corrosion Inhibition
Part II - Scale Inhibition
Part III - Bacterian and Microbiological Control

Sumber:
Code of Practice for Water-cooled Air Conditioning Systems Part 3 : Water Treatment Methods for Cooling Towers, 2006 Edition