koagulasi – flokulasi – sedimentasi - · pdf file•pada proses koagulasi...

9/25/2012 1

Koagulasi – Flokulasi

Shinta Rosalia Dewi

Campuran ada 3 :

1. Larutan

2. Koloid

3. Suspensi

9/25/2012 2

• Koloid : campuran dua atau lebih zat yang bersifat homogen dengan ukuran partikel1 – 100 nm, dan tidak terpengaruh olehgaya gravitasi sehingga tidak terjadipengendapan.

9/25/2012 3

Sistem Ukuranpartikel

Metodepemisahan

Visibilitaspartikel

Larutan < 1nm Membran Tidak terlihat

Koloid 1 – 100 nm Ultrafiltrasi Ultra mikroskopis

Suspensi > 1µm Filtrasi Mikroskopis

9/25/2012 4

partikel koloid filtrasi / sedimentasi

KoagulasiFlokulasiSedimentasifiltrasi

• Koagulasi : proses di mana campuran koloidterdestabilkan dengan adanya penambahanzat kimia (koagulan) sehingga partikel koloidmengalami aglomerasi dan membentukagregat.

• Flokulasi : proses di mana partikel koloidterdestabilkan bergabung membentuk flok

• Sedimentasi : proses pemisahan padatan dimana partikel flok mengendap karenapengaruh gravitasi

• Filtrasi : proses pemisahan partikel padatdan cair dengan menggunakan sebuahbahan semi-permeable

9/25/2012 5

9/25/2012 6

Koagulasi

• Koagulasi dilakukan dengan penambahanbahan kimia (atau biasa disebut koagulan) yang berfungsi untuk mendestabilkanpartikel koloid

• Koagulan (muatan berlawanan denganpartikel koloid) menetralkan partikelkoloid partikel koloid bergabungmikroflok (tidak terlihat dengan matatelanjang) air mengelilingi mikroflok(terlihat)

9/25/2012 7

Koagulasi (con’t)

Mekanisme destabilisasi :

1. Merusak double layer

2. Penetralan muatan koloid

3. Penggabungan partikel koloid denganadanya penambahan polimer

9/25/2012 8

Perusakan Double layer

a : koloid stabil

b : penambahankoagulanmenetralkanmuatan double layer

c : aglomerasi partikelterdestabilkan jembatan polimer

9/25/2012 9

Penetralan muatan

a : zeta potensial

b dan c : penurunanzeta potensialkarena kompresilapisan ion

d : adsorpsi danpenetralan muatan

9/25/2012 10

Koagulan

• Koagulan : bahan kimia yang mempunyaikemampuan untuk mendestabilkankoloid

• Bahan yang efektif sebagai koagulan : Muatan elektron yang lebih besar danukuran yang lebih besar.

• Koagulan ditambahkan ketikapengadukan dilakukan. Waktupengadukan biasanya 1 sampai 3 menit.

9/25/2012 11

Koagulan (con’t)

Jenis koagulan yang banyak digunakan :

• Garam Al

• Garam Fe

• Lime

• CaO, Ca(OH)2, NaOH , Natrium aluminatmenaikkan alkalinitas dan pH

• Polimer

9/25/2012 12

Menurunkan alkalinitas dan pH

9/25/2012 13

Koagulan (con’t)

• Koagulan organik (polimer organik) lebihefektif daripada koagulan anorganik :

1. Digunakan dalam jumlah sedikit

2. Tidak mempengaruhi alkalinitas

3. flok lebih cepat mengendap

• Kekurangan : mahal

9/25/2012 14

• Peralatan Koagulasi : baffles, pengadukstatis

• Ada 2 macam pengadukan :

1. pengadukan cepat

2. pengadukan lambat

• Pada proses koagulasi dibutuhkan energiyang tinggi pengadukan cepat.

9/25/2012 15

• Intensitas pengadukan supaya pengadukancepat (rapid mixing) dan flokulasi optimum, ditentukan oleh nilai G, yaitu gradienkecepatan.

9/25/2012 16

PG =

Vμ

P = rata rata konsumsi energi pada sistem

V = volum koloid

μ = viskositas

Impeller pumping action

9/25/2012 17

Rapid mixer

9/25/2012 18

Rapid mixer (con’t)

9/25/2012 19

Flokulasi

• Pengadukan lambat : mikroflok flok

• Mikroflok akan bersentuhan satu sama lainsehingga pinflok tumbukan daninteraksi yang terus menerus denganpolimer organik atau anorganik

makroflok ukuran maksimum

makroflok mengendap (sedimentasi).

• Proses flokulasi biasanya dilakukan selama15 atau 20 menit sampai 1 jam atau lebih.

9/25/2012 20

Flokulasi (con’t)

Mekanisme flokulasi :

1. Mekanisme perikinetik (micro-flocculation) flokulasi pada partikelkoloid 1 µm atau yang lebih kecil karenagerak Brownian

2. Mekanisme ortokinetik (macro-flocculation) flokulasi yang didasarkanpada perbedaan kecepatan dalam air limbah yang dapat menyebabkan adanyainteraksi partikel (> 1 µm).

9/25/2012 21

Kinetika partikel agregat :

9/25/2012 22

ij ij i j

ij

ij PK OK DS

dN 1laju flokulasi: nn

dt 2

dimana:

keberhasilan tumbukanefisiensi tumbukan=

ketidakberhasilan tumbukan

β frekuensi tumbukan=

n total jumlah partikel i atau j

N= total jumlah p

artikel

Flokulasi perikinetik

9/25/2012 23

BPK

3PK

-23B

2

k T8frekuensi tumbukan=β =

3 μ

β = frekuensi tumbukan (m /s)

k =konstanta Boltzman = 1,38 x 10 J/K

T=suhu absolut(K)

μ=viskositas dinamik air (Ns/m atau kg/m.s)

2Bk TdN 4laju flokulasi perikinetik : N

dt 3

Flokulasi ortokinetik

9/25/2012 24

OK i

3OK

3i i

8frekuensi tumbukan = β = GV

β = frekuensi tumbukan (m /s)

PG=rata-rata gradien kecepatan = G =

Vμ

V=volum partikel berukuran d d / 6

P = rata rata konsumsi energi pada sistem

V = volum koloid

μ = visko

sitas

Flokulasi ortokinetik (con’t)

9/25/2012 25

3

0 p 0

dN 4laju flokulasi ortokinetik : = - G ΩN

dt π

πdΩ = volum flok = N V = N

6

Sedimentasi

9/25/2012 26

3

DS i j i j

p

2

gd d d - d

72

Δρ = perbedaan densitas partikel dan air

= ρ - ρw

μ = viskositas

α = efisiensi tumbukan

g = gravitasi = 9,8 m/s

d= diameter

Flokulator

1. Flokulator hidrolik : memanfaatkan cross-flow baffle atau arah 180o untukmenghasilkan turbulen yang diperlukan.

Tujuan utama desain : untuk mendapatkancampuran yang lembut dan seragam.

Flokulator ini hanya digunakan ketika lajualir relatif konstan dan untuk skala kecil.

2. Flokulator mekanik : td pengaduk paddle-wheel, flokulator walking beam, turbinpiringan datar (flat-plate), dan propeleratau turbin

9/25/2012 27

Flokulator mekanik

Flokulator mekanik lebih banyak dipakaikarena :

• Fleksibilitas variasi nilai G lebih besar

• Low head loss

Td :

1. Horizontal shaft

2. Reel type flocculator

3. Vertical paddle unit

4. Oscillating flocculator

9/25/2012 28

Flokulator mekanik

• Tipe flokulator mekanik menentukanbentuk kompartemen flokulasi

• Flokulator vertikal kompartmentpersegi dengan ukuran maksimum : sisi20 ft (6 m) dan tinggi 10 – 16 ft (3 – 5 m)

• Flokulator Horizontal shaft, reel, paddle panjang 20 – 100 ft (6 – 30 m) danlebar 10 – 16 (3 – 5 m)

9/25/2012 29

Flokulator hidrolik

• Volume flokulasi diasumsikan sama dengantotal volume dari setiap kompartemen.

• Nilai G fungsi dari aliran (flow) yang tidakmudah disesuaikan.

• Energimelalui labirin (maze) baffle ataucross-flow baffles.

• Baffle tipe labirin : kondisi optimum aliran hasil yang baik. Ex : pada kecepatan alir0,7 – 1,4 ft/s (21 – 43 cm/s) memberikanflokulasi yang baik dengan turbulensi pada180o pada setiap baffle

9/25/2012 30

• Baffle tipe cross-flow : energi dipertukarkanke air di setiap kompartemen dari head loss melewati lubang pada pintu baffle.

• Nilai G di setiap kompartemendapat dihitung dari head loss diperkirakan di baffle ke setiap kompartemen

9/25/2012 31

2

hG 62,5

t

hν = head loss entering compartment

t = waktu detensi (s)

viskositas (lbs / ft )

Flokulator

9/25/2012 32

9/25/2012 33

Proses koagulasi-flokulasi Batch

• Digunakan 2 tangki paralel, setiap tangkidioperasikan dengan siklus lengkap(koagulasi, flokulasi, sedimentasi)

• Setiap tahap disusun seri dan tergantungwaktu

• Setelah tangki diisi air limbah, koagulanditambahkan sementara dilakukanpengadukan cepat (kira-kira 10 menit)

• Proses pengadukan diperlambat selamaproses flokulasi dan dihentikan pada saatproses sedimentasi (sekitar beberapa jam)

• Proses Batch biaya yg efektif untuk50000 galon/hari

9/25/2012 34

Proses koagulasi-flokulasi kontinyu

• Proses kontinyu dilakukan dengan beberapatahapan :

1. Sistem umpan dengan bahan kimia :sbgumpan koagulan secara kontinyu pada air limbah

2. Tangki pengaduk cepat rotating impeller3. Tangki flokulasi pengadukan lambat

dengan impeller atau paddle4. Tangki sedimentasi untuk memisahkan

flok5. Sistem filtrasi untuk memisahkan

effluen (air sisa treatment)9/25/2012 35

kesimpulan

9/25/2012 36

9/25/2012 37

Latihan soal

Hitunglah t½ flokulasi yang dibutuhkanoleh partikel dengan diameter 100 Å didalam reaktor batch, jika total volum flokadalah 10-10. Asumsikan bahwa suhu air 15oC dan proses flokulasi hanyadipengaruhi oleh gerak Brownian. Padaproses ini tidak ada flok yang rusaksehingga α = 1.

Note : 1 m = 1010 Å; kB = 1,38 x 10-23 J/K;

μ = 1,139 x 10-3 Ns/m2

9/25/2012 38

9/25/2012 39

o

10 3 3

o

23 23 2 2B

3 2 3 1 1

33 o

25 3partikel o

10

310 3 3

0

diketahui:

d 100 A

10 m / m

T 15 C

k 1,38 x 10 J / K=1,38 x 10 kgm s

1,139x 10 Ns / m 1,139x 10 kgm s

jawab :

d 3,14 1mV 100 A 5,24x10 m

6 6 10 A

dN 10 m / m

6

10N

10

14 3

25 31,908x10 partikel / m

5,24x10 m

9/25/2012 40

0

2B

N t

B

2

N 0

B

0

0

14 130

B0

14 3

013 3

B0

k TdN 4laju N

dt 3

k TdN 4 dt

3N

k T1 1 4t

N N 3

N1

Nt ; N=0,5N 0,5x1,908x10 9,54x104 k T

N3

1,908x10 partikel / mN 119,54x10 partikel / mNt

4 k T 4x(1)x(N

3

2314 3

3 2

6

1,38x10 J / K)x(15 273K)x(1,908x10 partikel / m )

3x(1,139x10 Ns / m )

11126,51s 0,313h

887,70x10

9/25/2012 41