8. pengolahan fisik kimiawi

8/2/2019 8. Pengolahan Fisik Kimiawi

1/58

Pengolahan Fisik KimiawiMK Pengolahan Air Limbah

Ali Masduqi


2/58

Pengolahan Fisik

Screening

Sedimentasi

Filtrasi

061433 2


3/58

Pengolahan Fisik Kimiawi:

Koagulasi-flokulasi

Disinfeksi

Aerasi

Adsorpsi

Pertukaran Ion

061433 3


4/58

Sedimentasi

Sedimentasi tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikelmengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel

Sedimentasi tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadiinteraksi antar-partikel sehingga ukuran meningkat dankecepatan pengendapan bertambah

Sedimentasi tipe III: pengendapan partikel dengankonsentrasi yang lebih pekat, antar partikel secara bersama-sama saling menahan pengendapan partikel lain di sekitarnya(pengendapan terjadi secara bersama-sama sebagai sebuahzona dengan kecepatan yang konstan)

Sedimentasi tipe IV: merupakan kelanjutan darisedimentasi tipe III, terjadi pemampatan (kompresi) massapartikel hingga diperoleh konsentrasi lumpur yang tinggi

061433 4


5/58

Sedimentasi pada proses pengolahan

air limbah

Sedimentasi tipe I terjadi pada gritchamber

Sedimentasi tipe II terjadi pada primaryclarifier

Sedimentasi tipe III dan IV merupakanpengendapan lumpur biomassa padafinal clarifier setelah proses pengolahanbiologis

061433 5


6/58

Sedimentasi tipe III dan tipe IV

061433 6


7/58

Percobaan Laboratorium

061433 7


8/58

Pengolahan Data:

Tentukan slope pada zona III (slope=kec. pengendapan, Vo)

Perpanjang garis lurus dari zona III dan zona IV

Tentukan titik pertemuan garis dari zona III dan zona IV,tentukan titik pusat lengkungan, dan buat garis singgung

Dengan mengetahui konsentrasi lumpur awal (Co), tinggilumpur awal (Ho), dan konsentrasi disain underflow (Cu),tentukan tinggi lumpur underflow Hu.

Co Ho = Cu Hu

Underflow adalah lumpur hasil akhir pengendapan yang

siap disirkulasikan ke reaktor lumpur aktif. Buat garis horisantal dari Hu hingga memotong garis

singgung, maka diketahui tu (waktu yang diperlukan untukmencapai konsentrasi Cu).

061433 8


9/58

061433 9


10/58

Setelah pengolahan data tersebut, parameter yangdiperoleh dapat digunakan untuk mendisain bak

pengendap lumpur biomassa, yaitu:

Luas permukaan yang diperlukan untuk thickening, Atdengan menggunakan persamaan:

At = 1,5 (Q+QR) tu/Ho

Luas permukaan yang diperlukan untuk klarifikasi

(sedimentasi), Ac dengan menggunakan persamaan:

Ac = 2,0 Q/Vo

Q = debit rata-rata harian sebelum resirkulasi, m3/detik

QR = debit resirkulasi, m3/detik061433 10


11/58

KOAGULASI-FLOKULASI

Aplikasi koagulasi-flokulasi pada pengolahan air

limbah:

Menurunkan kadar partikel tersuspensi/koloid

061433 11


12/58

pengadukan lambat

outlet

inlet

pengadukan cepat

Larutan

koagulan

Mg2+

Ca2+(HCO3-)

2

Mg2+

Ca2+

Na+

Ca2+

Ca2+

Ca2+(HCO3-)

2

Mg2+Ca

2+

Ca2+

Mg2+

Na+

Al3+

Al3+

Al3+Al3+ Al(OH)3

Al(OH)3

Al3+

Ca2+(HCO3-)

2

Al3+

Al3+Al3+

Al(OH)3

Al(OH)3

Koagulasi Flokulasi

Pembentukan flok besarDestabilisasi partikelPartikel koloid stabil


13/58

Jar Test

Pemilihan koagulan dan kadarnya

membutuhkan studi laboratorium atau pilot

plant (menggunakanjar test apparatus) untuk

mendapatkan kondisi optimum


14/58

Pengadukan

Proses koagulasi-flokulasi membutuhkan

PENGADUKAN CEPAT DAN PENGADUKAN LAMBAT

Kecepatan pengadukan dinyatakan dengan GRADIEN

KECEPATAN (G):

P = suplai tenaga ke air (N.m/detik)V = volume air yang diaduk, m3

= viskositas absolut air, N.detik/m2

V.

PG


15/58

Gradien Kecepatan

Pengadukan cepat G= 300 sampai 1000

detik-1 (waktu pengadukan tidak lebih dari 1

menit)

Pengadukan lambat G= 20 sampai 100

detik-1 (waktu pengadukan 15 hingga 60

menit)


16/58

Jenis Pengadukan

Mekanis

Hidrolis

Pneumatis


17/58

Pengadukan Mekanis

menggunakan alat pengaduk berupa impelleryang

digerakkan dengan motor bertenaga listrik

motor

impeller

bak pengaduk

inlet outlet

inlet outlet

kompartemen II kompartemen IIIkompartemen I


18/58

Pengadukan Hidrolis

memanfaatkan gerakan air sebagai tenaga pengadukan

Pembubuhan koagulan

inlet

outlet

baffle channel


19/58

Pengadukan Pneumatis

menggunakan udara (gas) berbentuk gelembung

yang dimasukkan ke dalam air sehingga

menimbulkan gerakan pengadukan pada air

inlet

outlet

udara

koagulan

gelembung udara


20/58

DISINFEKSI

Berfungsi untuk membunuh mikroba

pathogen pada air limbah sebelum dibuang ke

lingkungan

Metoda: fisik atau kimiawi

061433 20


21/58

Radiasi Ultra Violet

Sumber sinar ultra violet lampu mercury

tekanan rendah

Radiasi ultra violet dengan panjang

gelombang sekitar 254 nm menembus dinding

sel mikroorganisme dan diabsorpsi oleh bahan

seluler sehingga menghalangi replikasi


22/58

Penonaktifan bakteri oleh sinar UV:

Nt= densitas bakteri yang tersisa setelah disinari UV (organisme/100 ml)

No = densitas bakteri sebelum disinari UV (organisme/100 ml)

k= konstanta kecepatan penon-aktifan (cm2/W.det atau cm2/W.menit)

I = intensitas input energi ultra violet (W/cm2)

t= waktu pemaparan, detik atau menit

kItN

Nln

o

t


23/58

Klorinasi

Klorinasi adalah penggunaan senyawa klor

sebagai disinfektan

Senyawa klor yang umum digunakan:

gas klor (Cl2),

kalsium hipoklorit (Ca(OCl)2),

sodium hipoklorit (NaOCl)

klor dioksida (ClO2)


24/58

Reaksi pada klorinasi

Cl2 + H2O HOCl + H+ + Cl-

HOCl H+ + OCl-

Jumlah HOCl dan OCl- yang ada

dalam air disebut klor tersedia

bebas

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

4 5 6 7 8 9 10 11

pH

%HOC

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

%OCl-


25/58

Penentuan dosis klor

Rekasi yang terjadi saat awal pembubuhan klor:

NH3 + HOCl NH2Cl (monokloramin) + H2O

NH2Cl + HOCl NHCl2 (dikloramin) + H2O

NHCl2 + HOCl NCl3 (nitrogen triklorida) + H2O

Klor aktif

(mg/l)

Bereaksi

dengan

NH3

Terbentuk N2

breakpoint

Klor yang dibubuhkan (mg/l)


26/58

Disinfeksi dengan Ozone (O3)

Pemakaian ozone yang paling umum adalah

untuk disinfeksi terhadap bakteri dan virus.

Dosis ozone sebesar 0,4 mg/l dalam waktu 4

menit (faktor waktu kontak (CT) = 1,6) mampu

menghilangkan bakteri patogenik dan

polivirus

Faktor CT sebesar 2 diperlukan untuk

menjamin penghilangan total Giardia cysts


27/58

Bak kontaktor

Off-gass

Ozonated

water

Ozone


28/58

Rumus disinfeksi

NkCdt

dN n

tkCN

N n

o

ln

di mana :

N = jumlah patogen pada waktu tN0 = jumlah patogen pada t = 0

C = konsentrasi disinfektan, mg/l

t = waktu, menit

k = koefisien kematian spesifik, (mg/l)-1menit1

n = koefisien pengenceran

Kematian spesifik dari O3 terhadap beberapa organisme untuk n = 1 :

- enteric bacteria : 500

- virus : 5

- spora : 2

- cyst amuba : 0.5


29/58

AERASI

Transfer gas/aerasi didefinisikan sebagaiperpindahan gas dari fase gas menuju fase cairatau sebaliknya

Transfer gas dan aerasi merupakan prosespenting dalam pengolahan air limbah: Penambahan oksigen terlarut

Penyisihan rasa, bau, dan warna

Penyisihan bahan organik

Penyisihan karbon dioksida

Penyisihan hidrogen sulfida

061433 29


30/58

Aeration

Diffused Aeration:

Coarse Bubble

Fine Bubble

061433 30


31/58

Mechanical Aeration

061433 31


32/58

Modeling Gas Transfer

Henrys Law:

S = K P

S = solubility of the gas, mg gas/L

P = partial pressure of the gas

K = solubility constant

If a gas is 60% O2

and 40% N2

and the total pressure ofthe gas is 1 atm (101 KPa), the partial pressure of O2 =0.6 x 101 = 60.6 Kpa. The total pressure is equal to thesum of the partial pressures (Daltons Law)

061433 32


33/58

Example

At one atmosphere, the solubility of pure oxygen is 46mg/L in water with no suspended solids. What would bethe solubility if the gas were replaced by air?

With Pure oxygen:

S = K P46 = K x 1

K = 46 mg/(L-atm)

With air:

S = K PSince air is 20% oxygen, P = 1 x 0.2 = 0.2 atm

S = 46 x 0.2 = 9.2 mg/L

061433 33


34/58

Oxygen Transfer

The rate of oxygen transfer is proportional to thedifference in the oxygen concentration that exists in thesystem and the saturation concentration:

dC/dt = (Cs C)

The constant of proportionality is called the gastransfer coefficient, KLa

dC/dt = Kla (Cs C)

Cs C = D, so: dD/dt = Kla D

Integrating:Ln ((Cs-C)/(Cs-C0)) = -Kla t atau:

Ln (D/D0) = -Kla t

061433 34


35/58

Time, min Air-max Wonder

Diffuser Diffuser

0 2 3.5

1 4 4.82 4.8 6

3 5.7 6.7

Dissolved Oxygen, mg/L

Example

Two diffusers are to be tested for their oxygen transfer

capability. Tests were conducted at 20oCusing the system

shown below, with the following results:

061433 35


36/58

Time, min Air-max Wonder

Diffuser Diffuser

0 7.2 5.71 5.2 4.4

2 4.4 3.2

3 3.5 2.5

D = S - C

Kla = slope of the lines

Air-Max: Kla = 2.37 min-1

Wonder: Kla = 2.69 min-1

061433 36


37/58

Contoh Soal

Percobaan aerasi dengan menggunakan surface aerator dalamtangki uji berbentuk silinder dengan volume 600 liter dengankondisi suhu air 28C dan tekanan atmosfer 750 mm Hg. Datayang diperoleh adalah:

Tentukanlah Nilai KLa (1/jam)

061433 37

Waktu (menit)

C (mg O2/l)

0102030405060

02,64,86

7,17,37,8


38/58

Penyelesaian

Pada suhu 28C dan tekanan 760 mm Hg nilai Cs = 7,92 mg/L,

karena dioperasikan pada tekanan 750 mmHg, maka diperlukan

koreksi nilai Cs untuk penentuan KLa. Pada suhu ini tekanan uap

air Pv = 28,6 mm Hg sehingga :

Data percobaan diolah sebagai

berikut :

061433 38

LmgxpP

pCsCs /81,7

6,28760

6,2875092,7

750760

Waktu(menit) C (mg O2/l) Cs - C

0102030405060

02,64,86

7,1

7,3

7,8

10,17,55,34,13,02,21,6


39/58

Tekanan jenuh uap air

Suhu C Tekanan uap (mm Hg)05

1015202530

4,56,59,2

12,817,523,831,8

061433 39


40/58

Selanjutnya dibuat grafik hubungan antara ln (Cs C) Vs t,

diperoleh kemiringan garis (slope) = KLa = 0,0605/menit =

3,63/jam

061433 40

y = -0.0605x + 2.2186R = 0.9872

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

22.5

0 10 20 30 40 50 60 70ln(Cs-C)

Waktu (menit)


41/58

Aplikasi Nilai KLa Surface aerator pada Contoh Soal di atas digunakan pada tangki aerasi dengan

volume 500 m3 dan suhu air 30C. Hitunglah (a) nilai KLa, (b) jumlah oksigen yangditransfer per jam.

Penyelesaian :

(Kla)28C = 3,63 /jam(KLa) 20C = (KLa)T x

20-T =(3,63) x (1,024)20-28 = 3,003 /jam

(KLa) 30C = (KLa)20 x T-20 =(3,003) x (1,024)20-20 = 3,806 /jam

Jumlah Oksigen yang diperlukan :

kg O2/ jam = (KLa) 30C x Cs x V

pada 30C konsentrasi jenuh Cs = 7,63 mg O2/l = 7,63. 10-6

kg O2/lkg O2/ jam = 3,806/jam x 7,63 x 10

-6 kg O2/l x 500.000 liter

= 14,52 kg O2/jam

Lihat spesifikasi aerator (cari brosur) yang mampu menghasilkan transfer oksigensebesar 14,52 kg O2/jam

061433 41


42/58

ADSORPSI

ADSORPSI: SERANGKAIAN PROSES YANG

TERDIRI ATAS REAKSI-REAKSI PERMUKAAN ZAT

PADAT (DISEBUT ADSORBEN) DENGAN BAHAN

PENCEMAR YANG DIADSORPSI (DISEBUTADSORBAT)

061433 42


43/58

Pengelompokan Adsorpsi:

ADSORPSI FISIK

ADSORPSI KIMIAWI

ADSORPSI PERTUKARAN

061433 43


44/58

Aplikasi Adsorpsi

PADA PENGOLAHAN AIR LIMBAH:

UNTUK PENYISIHAN BAHAN ORGANIK NON-

BIODEGRADABLEATAU REFRACTORY ORGANIC

061433 44


45/58

Activated carbon


46/58

Operasi Adsorpsi

BATCH ATAU SEQUENCING BATCH REACTOR

(SBR)

KONTINYU

061433 46


47/58

Model Adsorpsi

SISTEM BATCH:

MODEL ADSORPSI LANGMUIR

MODEL ADSORPSI FREUNDLICH

MODEL ADSORPSI B.E.T (BRUNAUER, EMMETT,TELLER)

SISTEM KONTINYU:

MODEL TRANSFER MASSA

MODEL BOHART-ADAMS MODEL PENDEKATAN BED DEPTH / SERVICE TIME

MODEL PENDEKATAN MATEMATIS / GRAFIS

061433 47


48/58

model adsorpsi langmuir

PERSAMAAN:

x/m

C061433 48

bC1

bCq

m

x m


49/58

model adsorpsi freundlich

PERSAMAAN:

x/m

C

061433 49

n

1

KCm

x

d l d i B E T (B


50/58

model adsorpsi B.E.T (Brunauer,

Emmett, Teller)

MERUPAKAN MODIFIKASI MODEL LANGMUIR:

061433 50

]C/C)1b(1)[CC(

bC

m

x

ss


51/58

Contoh Soal

061433 51


52/58

PERTUKARAN ION

Prinsip pertukaran ion adalah selektifitas,

artinya ion yang mempunyai koefisien

selektifitas besar mampu menggantikan ion

lain di resin yang koefisien selektifitasnya lebihkecil


53/58

Reaksi Pertukaran ion dalam reaksi kimia dapat

ditulis: nR-A+ + Bn+ Rn-Bn+ + nA+

Resin

A+

A+

A+

A+

B+

B+

A+B+

A+

B+

B+

A+


54/58

Selektifitas

KATION:

Ba2+ > Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ >

Co2+ > Zn2+ > Mg2+ > Ag+ > Cs+ > K+ > NH4+ >

Na+ > H+

ANION:

SO42- > I- > NO3

- > CrO42- > Br- > Cl- > OH-


55/58

Tipe Resin

Resin pertukaran kation (mengandung kation

yang dapat dipertukarkan)

Resin pertukaran asam kuat

Resin pertukaran asam lemah

Resin pertukaran anion (mengandung anion

yang dapat dipertukarkan)

Resin pertukaran basa kuat

Resin pertukaran basa lemah


56/58

01/12/2011 09:09 Ion Exchange 56


57/58

01/12/2011 09:09 Ion Exchange 57


58/58

OH-WATER FROM

WTP

Ca++

Mg++

Na+

K+

Fe++

Cu+

CO3--

HCO3-

Cl-

SO4

--

SiO2--

NO3-

H+

CO3--HCO3

-

Cl-

SO4--

SiO2--

NO3-

Air

H+

CO3--

8. pengolahan fisik kimiawi

Documents