defiki riska pratiwi

7/22/2019 defiki riska pratiwi

1/88

Desain Fisika Kimia II

Riska Pratiwi (252010009) 1

BAB I

GAMBARAN UMUM AIR BAKU AIR MINUM

& AIR BUANGAN

1.1 Perbandingan Baku Mutu

Pada dasarnya tanpa dilakukan perbandingan baku mutu, kita telah dapat

menentukan baku mutu yang mana yang dapat digunakan untuk menentukan

kualitas air. sejumlah baku mutu yang dapat digunakan untuk

membandingkan hasil pengujian dengan baku mutu sehingga kita mampu

mengetahui kualitas air yang diuji tersebut. Baku mutu yg diperoleh

diantaranya adalah PP 82 tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air Dan

Pengendalian Pencemaran Air dan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 492

Tahun 2010 Tentang Syarat-syarat Dan Pengawasan Kualitas air. Kedua baku

mutu tersebut merupakan hasil revisi dari peraturan-peraturan sebelumnya.

Berdasarkan PP 82/01, air kelas I merupakan air yang peruntukannya dapat

digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang memper-

syaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Sedangkan

menurut PERMENKES 492/10, air minum adalah air yang malalui proses

pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan

dan dapat langsung diminum.

Terdapat perbedaan jelas antara PP 82 tahun 2001 dan PERMENKES

492/2010. PP 82 tahun 2001 merupakan stream standard yang merupakan

standard (baku mutu) pada badan air sesuai dengan peruntukannya.

Sedangkan PERMENKES 492/2010 merupakan baku mutu yang digunakanuntuk mengatur persyaratan kualitas air minum.Oleh karena itu, baku mutu

yang akan digunakan untuk mengatur kualitas air minum yang akan diolah,

maka peraturan yang harus digunakan adalah PERMENKES 492/2010.


2/88



Tabel 1.1 Perbandingan Baku Mutu

NO PARAMETER SATUAN BAKU MUTU

PERMENKES

492/10

PP 82/01

Kelas I (stream standard )

A FISIKA1 Suhu (insitu) oC Deviasi 3 Deviasi 3

2 Zat padat terlarut(TDS)

mg/L 500 1000

3 Zat padat tersuspensi mg/L - 50

B KIMIA1 pH (insitu) - 6,5-8,5 6-9

2 Amonia bebas (NH3-N)

mg/L 1,5 0,5

3 Air raksa (Hg) mg/L 0,001 0,001

4 Arsen (As) mg/L 0,01 0,05

5 Barium (Ba) mg/L 0,7 1

6 Boron (B) mg/L 0,5 1

7 Besi (Fe) mg/L 0,3 0,3

8 Oksigen terlarut(DO)

mg/L - 6

9 Flourida (F) mg/L 1,5 0,5

10 fenol mg/L - -

11 Fosfat total (PO4-P) mg/L - 0,2

12 Kadmium (Cd) mg/L 0,003 0,01

13 Khlorida (Cl) mg/L 250 1

14 Chromiumheksavalen (Cr VI)

mg/L - 0,05

15 Kobalt (Co) mg/L - 0,2

16 Khlorin bebas (Cl2) mg/L - 0,03

17 Mangan (Mn) mg/L 0,4 1

18 Minyak lemak mg/L - 1000

19 Nitrat (NO3-N) mg/L 50 1020 Nitrit (NO2-N) mg/L 3 0,06

21 Selenium (Se) mg/L 0,01 0,01

22 Seng (Zn) mg/L 3 0,05

23 Sianida(CN) mg/L 0,07 0,02

24 Sulfat (so4) mg/L 250 400

25 Sulfide (H2S) mg/L - 0,002

26 Surfaktan anion(MBAS)

mg/L - -

27 Tembaga (Cu) mg/L 2 0,3

28 Timbal (Pb) mg/L 0,01 0,03

29 BOD5 mg/L - 2

30 COD mg/L - 10

C MIKROBIOLOGI

1 Fecal Coliform Jml/100 ml - 10002 Total coliform Jml/100 ml 0 100

3 E.coli Jml/100 ml 0 100


3/88



1.2Analisis Kualitas Air Dengan Membandingkan Baku Mutu1.2.1 Analisis Kualitas Air Baku

Air minum ialah air yang kualitasnya memenuhi syarat kesehatan dan

dapat langsung diminum. Sedangkan air bersih adalah air yang

dipergunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi

syarat kesehatan dan dapat diminum apabila telah dimasak. Air dapat

dikatakan sebagai air bersih apabila memenuhi 4 syarat yaitu syarat

fisik, kimia, biologis, radioaktif sesuai dengan Keputusan Menteri

Kesehatan Republik Indonesia No. 492/Menkes/SK/VII/2010.

a. Syarat fisik, ditentukan oleh faktor-faktor kekeruhan(turbidity), warna, bau, dan rasa serta jernih.

b. Syarat Kimia, meliputi tidak terdapat bahan kimia tertentuseperti Arsen (As), besi (Fe), Fluorida (F), Chlorida (C),

kadar merkuri (Hg), dan lain-lain.

c. Syarat Biologis, Syarat biologis air ditentukan oleh kehadiranmikroorganisme patogen maupun non pathogen seperti bakteri,

virus, protozoa.. Mikroorganisme coli digunakan sebagai

indikator untuk mengetahui air telah terkontaminasi oleh bahan

buangan organik.

d. Syarat RadioaktifBahan buangan yang memberikan emisi sinar radioaktif sangat

membahayakan bagi kesehatan, dapat menimpa manusia

melalui makanan atau minuman yang telah tercemar.

Dari data yang diperoleh, dilakukan perbandingan sampel dengan baku

mutu, sehingga dapat diketahui kualitas air baku itu sendiri untuk

digunakan sebagai air baku air minum. Untuk mengetahui kualitas air

baku tersebut, dilakukan analisis terhadap sampel dengan melakukan

perbandingan hasil pengujian terhadap baku mutu yang digunakan

yaitu PERMENKES 492/10.


4/88



Tabel 1.2. Perbandingan hasil pengujian air baku dengan baku mutu

keterangan: O = memenuhi baku mutu

X = tidak memenuhi baku mutu

NO PARAMETER SATUAN HASIL

BAKU MUTU

PERMENKES

492/10

Hasil

perbandingan

A FISIKA1 Suhu (insitu) oC 26,5 Deviasi 3 O

2 Zat padat terlarut(TDS)

mg/L 68 500 O

3 Zat padat tersuspensi

(TSS)

mg/L 76

B KIMIA1 pH (insitu) - 7,62 6,5-8,5 O

2 Amonia bebas (NH3-

N)

mg/L


5/88



1.2.2 Analisis Air Buangan

Air buangan merupakan air bekas pakai dari berbagai aktivitas

manusia, misalnya dari kegiatan rumah tangga, industri dan lain-lain.

Secara garis besar, air buangan sendiri terdiri dari 2 jenis yaitu air

buangan domestik dan air buangan non domestik. Air buangan

buangan domestik berasal dari rumah tangga atau dari pemukiman,

bukan hanya air yang dipakai untuk menggelontor kotoran dari WC

saja, melainkan juga air dari urinoir, air bekas mandi, air bekas untuk

mencuci, baik dari cucian dari kamar cuci pakaian maupun cucian-

cucian dari aktivitas dapur bahkan cucian-cucian dari

wastafel. Sedangkan Air buangan non domestik berasal dari industri

dimana air digunakan untuk bermacam-macam proses industri,

sehingga air menjadi tercemar dengan kotoran-kotoran yang

komposisinya tergantung dari proses produksinya.

Untuk mengetahui apakah air buangan tersebut memenuhi baku mutu

untuk dibuang ke lingkungan ataupun badan air, maka dilakukan

perbandingan dengan menggunakan baku mutu effluent standard.

Effluent standard adalah batas kadar dan jumlah unsur pencemar yangditenggang adanya dalam limbah cair untuk dibuang dari suatu jenis

kegiatan tertentu. Nilai effluent standard adalah konsentrasi yang

terkandung dalam effluent air buangan dari instalasi pengolah. Hasil

analisis sampel air buangan (effluent) dapat dilihat pada tabel 1.3

berikut ini


6/88



Tabel 1.3. Perbandingan Pengukuran Air Buangan

Dengan Baku Mutu


BAKU MUTUKEPMEN

LH 112/2003

Hasil

perbandingan1 TS mg/L 600 -

2 Zat padat terlarut (TDS) mg/L 550 -

3 Zat padat tersuspensi (TSS) mg/L 90 100 O

4 SS mg/L 10 -

5 pH 6.2 6-9 O

6 BOD mg/L 350 100 X

7 COD mg/L 450 -

8 NH3 mg/L 60 -

9 Nitrat-N mg/L 1.2 -

10 Nitrit-N mg/L 0.3 -

11 Phosfat mg/L 4 -

12 Sulfat mg/L 20 -

13 Chlorida mg/L 62 -

14 Alkalinitas mg/L 100 -

15 Sampah Kasar mg/L 2 -

16 Minyak dan Lemak mg/L 15 10 Xketerangan: O = memenuhi baku mutu

X = tidak memenuhi baku mutu

1.2.3 Analisis Kualitas Badan Penerima Air

Hasil analisis kualitas badan penerima air dilakukan dengan

memebandingkan sampel dengan stream standard. Hasil analisis dapat

dilihat pada tabel 1.4berikut

Tabel 1.4. Perbandingan Pengukuran Badan AirPenerima Dengan Baku Mutu


BAKU MUTU

PP 82/2001

Kelas I

Hasil

perbandinganFISIKA

1 Zat padat terlarut (TDS) mg/L 50 1000 O

2 Zat padat tersuspensi (TSS) mg/L 68 50 X

3 BOD mg/L 30,5 2 X

4 COD mg/L 37,5 10 X

5 NH3 mg/L 0,025 0,5 O

6 Nitrat-N mg/L 5,93 10 O

7 Nitrit-N mg/L 0,06 0,06 O

8 Minyak dan Lemak mg/L 0 10 Xketerangan: O = memenuhi baku mutu

X= tidak memenuhi baku mutu


7/88



1.3Analisis Per Parameter1.3.1 Parameter Fisik

Parameter fisika adalah parameter yang berhubungan dengan

penglihatan, sentuhan, rasa, ataupun bau serta padatan terlarut dan

tersuspensi.

a. Zat padat tersuspensi (TSS)Padatan tersuspensi adalah padatan yang menyebabkan

kekeruhan air, tidak terlarut dan tidak dapat langsung

mengendap, terdiri dari partikel-partikel yang ukuran maupun

beratnya lebih kecil dari sedimen, misalnya tanah liat, bahan-

bahan organik tertentu, sel-sel mikroorganisme, dan

sebagainya (Nasution,M.I, 2008) .

Zat padat tersuspensi merupakan tempat berlangsungnya

reaksi-reaksi kimia yang heterogen, dan berfungsi sebagai

bahan pembentuk endapan yang paling awal dan dapat

menghalangi kemampuan produksi zat organik di suatu

perairan (Tarigan dan Edward, 2003).

TSS berhubungan erat dengan erosi tanah dan erosi dari

saluran sungai. TSS sangat bervariasi, mulai kurang dari 5 mg

L-1

yang yang paling ekstrem 30.000 mg L-1

di beberapa

sungai. TSS tidak hanya menjadi ukuran penting erosi di alur

sungai, juga berhubungan erat dengan transportasi melalui

sistem sungai nutrisi (terutama fosfor), logam, dan berbagai

bahan kimia industri dan pertanian (Effendi, 2003).

b. Zat padat terlarut (TDS)Total padatan terlarut merupakan konsentrasi jumlah ion kation

(bermuatan positif) dan anion (bermuatan negatif) di dalam

air. Oleh karena itu, analisa total padatan terlarut menyediakan

pengukuran kualitatif dari jumlah ion terlarut, tetapi tidak

menjelaskan pada sifat atau hubungan ion. Selain itu,


8/88



pengujian tidak memberikan wawasan dalam masalah kualitas

air yang spesifik. Oleh karena itu, analisa total padatan terlarut

digunakan sebagai uji indikator untuk menentukan kualitas

umum dari air. Sumber padatan terlarut total dapat mencakup

semua kation dan anion terlarut, tapi tabel berikut dapat

digunakan sebagai generalisasi dari hubungan TDS untuk

masalah kualitas air (Oram, B. 2010).

Sumber utama untuk TDS dalam perairan adalah limpahan dari

pertanian, limbah rumah tangga, dan industri. Unsur kimia

yang paling umum adalah kalsium, fosfat, nitrat, natrium,

kalium dan klorida. Bahan kimia dapat berupa kation, anion,

molekul atau aglomerasi dari ribuan molekul. Kandungan TDS

yang berbahaya adalah pestisida yang timbul dari aliran

permukaan. Beberapa padatan total terlarut alami berasal dari

pelapukan dan pelarutan batu dan tanah. Standar kualitas air

minum yang telah ditentukan oleh Amerika Serikat sebesar 500

mg / l (Oram,B. 2010).

c. Pengolahan zat padat pada airTerdapat beberapa pengolahan yang dapat digunakan untuktuk

mengurangi kehadiran zat padat pada air, diantaranya adalah:

Filtrasi Prasedimentasi Koagulasi Flokulasi Sedimentasi

1.3.2 Parameter KimiaParameter kimia merupakan parameter yang terdiri dari pH,

alkalinitas, kesadahan, logam-logam, bahan organik, nutrisi dan

pestisida.


9/88



a. pHKeasaman ditetapkan berdasarkan tinggi rendahnya

konsentrasi ion hidrogen dalam air. Air buangan yang

mempunyai pH tinggi atau rendah menjadikan air steril dan

sebagai akibatnya membunuh mikroorganisme air yang

diperlukan. Demikian juga makhluk lain, misalnya ikan tidak

dapat hidup. Air yang mempunyai pH rendah membuat air

menjadi korosif terhadap bahan konstruksi seperti besi.

Buangan yang bersifat alkalis (basa) bersumber dari buangan

mengandung bahan anorganik seperti senyawa karbonat,

bikarbonat dan hidroksida. Buangan asam berasal dari bahan

kimia yang bersifat asam, misalnya buangan mengandung 582

asam khlorida, asam sulfat dan lain-lain.

b. Besi dan ManganBesi dan mangan yang teroksida dalam air berwarna

kecoklatan dan tidak larut, menyebabkan penggunaan air

menjadi terbatas. Air tidak dapat dipergunakan untuk

keperluan rumah tangga dan industri. Kedua macam bahan ini

berasal dari larutan batu-batuan yang mengandung senyawa Fe

atau Mn seperti pyrit, kematit, mangan dan lain-lain. Dalam

limbah industri, besi berasal dari korosi pipa-pipa air, material

logam sebagai hasil reaksi elektro kimia yang terjadi pada

permukaan. Air yang mengandung padatan larut mempunyai

sifat mengantarkan listrik dan ini mempercepat terjadinya

korosi.

Pengolahan yang dapat dilakukan untuk menurunkan

konsentrasi besi adalah Aerasi, Sedimentasi/Filtrasi,

penyesuaian pH, ozone, pengolahan chlor, presipitasi


10/88



kimia/filtrasi, ion exchange, oksidasi potassium permanganat

dengan presipitasi/filtrasi.

c. FlouridaSumber fluorida di alam adalah

fluorspar(CaF2), cryolite(Na3AlF6), danfluorapatite.

Keberadaan fluorida juga dapat berasal dari pembakaran batu

bara. Fluorida banyak digunakan dalam industri besi baja,

gelas, pelapisan logam, aluminium, dan pestisida

(Eckenfelder, 1989).

d. KhloridaKhlorida banyak dijumpai dalam pabrik industri kaustik soda.

Bahan ini berasal dari proses elektrolisa, penjernihan garam

dan lain-lain. Khlorida merupakan zat terlarut dan tidak

menyerap. Sebagai Khlor bebas berfungsi desinfektan, tapi

dalam bentuk ion yang bersenyawa dengan ion natrium

menyebabkan air menjadi asin dan merusak pipa-pipa instalasi.

e. NitrogenNitrogen dalam air limbah pada umumnya terdapat dalam

bentuk organik dan oleh bakteri berubah menjadi amonia.

Dalam kondisi aerobik dan dalam waktu tertentu bakteri dapat

mengoksidasi amonia menjadi nitrit dan nitrat. Nitrat dapat

digunakan oleh algae dan tumbuh-tumbuhan lain untuk

membentuk protein tanaman dan oleh hewan untuk

membentuk protein hewan. Perusakan protein tanaman dan

hewan oleh bakteri menghasilkan amonia. Nitrit menunjukkan

jumlah zat nitrogen yang teroksidasi. Nitrit merupakan hasil

reaksi dan menjadi amoniak atau dioksidasi menjadi nitrit.

Kehadiran nitrogen ini sering sekali dijumpai sebagai nitrogen

nitrit.


11/88



f. Logam BeratLogam berat pada umumnya seperti cuprum (tembaga), perak,

seng, cadmium, air raksa, timah, chromium, besi dan nikel.

Metal lain yang juga termasuk metal berat adalah arsen,

selenium, cobalt, mangan dan aluminium. Cadmium ditemukan

dalam buangan industri tekstil, elektro plating, pabrik kimia.

Chromium dijumpai dalam 2 bentuk yaitu chrom valensi enam

dan chrom valensi tiga. Chrom valensi enam ditemukan pada

buangan pabrik aluminium dan cat, sedang chrom trivalen

ditemukan pada pabrik tekstil, industri gelas dan keramik.

Plumbum terdapat dalam buangan pabrik baterai, pencelupan

dolt cat. Logam ini dalam konsentrasi tertentu membahayakan

bagi manusia.

g. FenolFenol yang dengan konsentrasi 0,005/liter dalam air minum

menciptakan rasa dan bau apabila bereaksi dengan khlor

membentuk chlorophenol. Sumber fenol terdapat pada industri

pengolahan minyak, batubara, pabrik kimia, pabrik resin,pabrik kertas, tekstil.

h. TimbalKadar dan toksisitas timbal dipengaruhi oleh kesadahan, pH,

alkalinitas, dan oksigen. Berasal dari kerak bumi dan batuan.

i. Lemak dan MinyakLemak dan minyak ditemukan mengapung di atas permukaan

air meskipun sebagian terdapat di bawah permukaan air.

Lemak dan minyak merupakan senyawa ester dari turunan

alkohol yang tersusun dari unsur karbon, hidrogen dan oksigen.

Lemak sukar diuraikan bakteri tapi dapat dihidrolisa oleh alkali

sehingga membentuk senyawa sabun yang mudah larut.


12/88



Minyak pelumas yang berasal dari minyak bumi dipakai dalam

pabrik dan terbawa air cucian ketika dibersihkan. Sebagai alat

pencuci Bering Pula digunakan minyak pelarut. Adanya

minyak dan lemak di atas permukaan air merintangi proses

biologi dalam air sehingga tidak terjadi fotosintesa.

j. Sulfat dan SulfidaSemakin rendah pH semakin tinggi sulfida. Sumber sulfat

lainnya adalah dari pupuk sulfat dan hujan asam yang terserap

dalam tanah dalam bentuk sulfat. Sulfat kemudian mengalami

reduksi oleh bakteri menjadi sulfide (S2-

), hasil dari reduksi

sulfat oleh bakteri residual mengalami proses volatilisasi

menjadi gas dalam bentuk H2S. sebagian lainnya mengalami

proses leaching, sebagiannya lagi diserap oleh tanaman sebagai

sumber nutrisi sekunder. Sulfat juga mengalami proses

immobilisasi oleh bakteri asimilisasi diubah menjadi bahan

organik tanah kembali.

k. SianidaBerasal dari limbah industri, industri perlapisan logam,

pertambangan emas, perak, pupuk dan besi baja.

l. Biological Oxigen Demand (BOD)Pengukuran terhadap nilai Biochemical Oxigen Demand

(BOD) adalah kebutuhan oksigen yang terlarut dalam air

buangan yang dipergunakan untuk menguraikan senyawa

organik dengan bantuan mikroorganisme pada kondisi tertentu.

Pemeriksaan BOD didasarkan pada reaksi oksidasi zat organis

dengan oksigen di dalam air dan proses tersebut berlangsung

karena adanya bakteri aerobik. Jadi nilai BOD tidak

menunjukan jumlah bahan organik yang sebenarnya, tetapi

hanya mengukur secara relatif jumlah oksigen yang dibutuhkan

untuk mengoksidasi bahan-bahan buangan tersebut. Jika


13/88



konsumsi oksigen tertinggi yang ditunjukan dengan semakin

kecilnya sisa oksigen terlarut, maka berarti kandungan bahan-

bahan buangan yang dibutuhkan oksigen tinggi.

Organisme hidup yang bersifat aerobik membutuhkan oksigen

untuk beberapa reaksi biokimia, yaitu untuk mengoksidasi

bahan organik, sintesa sel, dan oksidasi sel. Komponen organik

yang mengandung senyawa nitrogen dapat pula di oksidasi

menjadi nitrat, sedangkan komponen organik yang

mengandung sulfur dapat di oksidasi menjadi sulfat. Konsumsi

oksigen dapat diketahui dengan mengoksidasikan air pada suhu

20 oC selama 5 hari, dan nilai BOD yang menunjukan jumlah

oksigen yang dikonsumsi dapat diketahui dengan menghitung

selisih konsentrasi oksigen terlarut sebelum dan sesudah

inkubasi. Pengukuran selama 5 hari dengan suhu 20oC ini

hanya menghitung sebanyak 68% bahan organik yang

teroksidasi, tetapi suhu dan waktu yang digunakan tersebut

merupakan standar uji karena untuk mengoksidasi bahan

organik seluruhnya secara sempurna diperlukan waktu yanglebih lama, yaitu mungkin sampai 20 hari sehingga dianggap

tidak efisien.

Air yang hampir murni mempunyai nilai BOD kira-kira 1 ppm,

dan air yang memiliki nilai BOD 3 ppm masih di anggap

cukup murni, tetapi kemurnian air diragunkan jika nilai BOD-

nya mencapai 5 ppm atau lebih. Bahan buangan industri

pengolahan pangan seperti industri pengalengan, industri susu,

industri gula dan sebagainya memiliki nilai BOD yang

bervariasi, yaitu mulai 100 ppm sampai 10.000 ppm, oleh

karena itu harus mengalami penanganan atau pengeceran yang

tinggi sekali pada saat pembuangan ke badan air disekitarnya


14/88



seperti, sungai ataupun ke laut, yaitu untuk mencegah

terjadinya penurunan konsentrasi oksigen terlarut dengan cepat

di dalam badan air tempat pembungan bahan-bahan tersebut.

Masalah yang timbul adalah apabila konsentrasi oksigen

terlarut badan air tersebut sebelumnya sudah terlalu rendah.

Sebagai akibat menurunnya oksigen terlarut di dalam air

adalah menurunnya kehidupan hewan dan tanaman air. Hal ini

disebabkan karena mahluk-mahluk hidup tersebut banyak yang

mati atau melakukan migrasi ke tempat lainnya yang

konsentrasi oksigennya masih cukup tinggi. Jika konsentrasi

oksigen terlarut sudah terlalu rendah, maka mikroorganisme

aerobik tidak dapat hidup dan berkembang biak, tetapi

sebaliknya mikroorganisme yang bersifat anaerobik akan

menjadi aktif untuk memecah bahan-bahan tersebut secara

anaerobik karena tidak adanya oksigen.

Senyawa-senyawa hasil pemecahan secara anaerobik seperti

amin, H2S dan komponen fosfor mempunyai bau yang

menyengat, misalnya amin berbau anyir dan H2S berbau busuk.

Oleh karena itu perubahan badan air dari kondisi aerobik

menjadi anaerobik tidak dikehendaki.

m. CODCOD adalah jumlah oksigen yang diperlukan agar bahan

buangan yang ada dalam air dapat teroksidasi melalui reaksi

kimia baik yang dapat didegradasi secara biologis maupun

yang sukar didegradasi. Bahan buangan organic tersebut akan

dioksidasi oleh kalium bichromat yang digunakan sebagai

sumber oksigen (oxidizing agent) menjadi gas CO2 dan gas

H2O serta sejumlah ion chrom. Reaksinya sebagai berikut :


15/88



HaHbOc + Cr2O72-

+ H+

CO2 + H2O + Cr3+

Jika pada perairan terdapat bahan organic yang resisten

terhadap degradasi biologis, misalnya tannin, fenol,

polisacharida dansebagainya, maka lebih cocok dilakukan

pengukuran COD daripada BOD. Kenyataannya hampir

semua zat organic dapat dioksidasi oleh oksidator kuat seperti

kalium permanganat dalam suasana asam, diperkirakan 95% -

100% bahan organic dapat dioksidasi.

Seperti pada BOD, perairan dengan nilai COD tinggi tidak

diinginkan bagi kepentingan perikanan dan pertanian. Nilai

COD pada perairan yang tidak tercemar biasanya kurang dari

20 mg/L, sedangkan pada perairan tercemar dapat lebih dari

200 mg/L dan pada limbah industri dapat mencapai 60.000

mg/L (UNESCO,WHO/UNEP, 1992).

1.4Efisiensi Penyisihan Pengolahan1.4.1 Sampel air baku air minum

BesiHasil pengujian besi adalah 0.49 mg/L.

Baku mutu untuk besi adalah 0.3 mg/L

Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 39%

Total coliformHasil pengujian adalah 930 jml/100 ml

Baku mutu adalah 0 jml/100 ml


Total coliformHasil pengujian adalah 430 jml/100 ml

Baku mutu adalah 0 jml/100 ml



16/88



1.4.2Sampel air buangan

BODHasil pengukuran BOD adalah 350 mg/L.

Baku mutu untuk BOD adalah 100 mg/L


Minyak dan LemakHasil pengukuran Minyak dan lemak adalah 15 mg/L.

Baku mutu untuk Minyak dan lemak adalah 10 mg/L


1.4.3 Sampel badan air penerima

Zat padat tersuspensi (TSS)Hasil pengukuran TSS adalah 68 mg/L.

Baku mutu untuk TSS adalah 50 mg/L


BODHasil pengukuran BOD adalah 30.5 mg/L.

Baku mutu untuk BOD adalah 2 mg/L


CODHasil pengukuran COD adalah 37.5 mg/L.

Baku mutu untuk COD adalah 10 mg/L



17/88



BAB II

DASAR PERENCANAAN

2.1 KOAGULASI

2.1.1 Pengertian Koloid

Koloid merupakan sistem yang partikel-partikelnya terdispersi secara

merata dalam suatu medium. Partikel koloid memiliki beberapa sifat

yang khas, diantaranya tidak dapat disaring, fasa terdispersi tersebar

secara merata dalam medium pendispersi, serta dapat memberikan

suatu hamburan cahaya yang bergerak tidak teratur jika terkena

seberkas cahaya yang dinamakan efek Tyndall.

Definisi koloid yang lain adalah partikel-partikel yang memiliki

beberapa karakteristik dalam larutan juga memiliki diameter yang

berukuran 0,001-1mikrometer dan beberapa koloid ada yang berukuran

sampai 10 mikrometer. Partikel koloid dapat dipisahkan dari

larutannya dengan cara pendestabilisasian menjadi agregat-agregat

yang memiliki ukuran yang lebih besar sehingga mudah diendapkan.

Proses pendestabilan ini disebut proses koagulasi.

2.1.2 Pengertian Koagulasi

Koagulasi secara umum didefinisikan sebagai penambahan zat kimia

(koagulan) ke dalam air baku dengan maksud mengurangi gaya tolak-

menolak antar partikel koloid, sehingga partikel-partikel tersebut dapat

bergabung menjadi flok-flok halus. Koagulasi terpenuhi dengan

penambahan ion-ion yang mempunyai muatan berlawanan dengan

partikel koloid. Partikel koloid umunya bermuatan negatif oleh karena

itu ion-ion yang ditambahkan harus kation atau bermuatan positif.

Kekuatan koagulasi ion-ion tersebut bergantung pada bilangan valensi


18/88



atau besarnya muatan. Ion bivalen (+2) 30-60 kali lebih efektif dari ion

monovalen (+1). Ion trivalen (+3) 700-1000 kali lebih efektif dari ion

monovalen.

2.1.3 Proses Koagulasi

Pada proses koagulasi-flokulasi terdiri dari dua tahap besar, yaitu :

1. Penambahan koagulan Aluminium sulfat (Al2(SO4)3.18H2O)dan

2. Pengadukan campuran koagulan-air umpan, yang terdiri dari,a) Pengadukan cepat

Pengadukan cepat (Rapidmixin g) merupakan bagian

integral dari proses Koagulasi. Tujuan pengadukan cepat

adalah untuk mempercepat dan menyeragamkan

penyebaran zat kimia melalui air yang diolah, serta untuk

menghasilkan dispersi yang seragam dari partikel-partikel

koloid, dan untuk meningkatkan kesempatan partikel untuk

kontak dan bertumbukan satu sama lain

b)Pengadukan pelan.Pengadukan pelan ini bertujuan menggumpalkan partikel-

partikel terkoagulasi berukuran mikro menjadi partikel-

partikel flok yang lebih besar. Flok-flok ini kemudian akan

beragregasi/ berkumpul dengan partikel-partikel

tersuspensi lainnya (Duliman, 1998). Setelah pengadukan

pelan selesai flok-flok yang terbentuk dibiarkan

mengendap. Setelah proses pralakuan koagulasi-flokulasi

selesai, derajat keasaman (pH) air umpan mikrofiltrasi

akan turun. Selanjutnya air umpan jernih hasil koagulasi

dialirkan ke reservoir kedua agar terpisah dari endapan -

endapan yang terbentuk. Air inilah yang kemudian akan

diumpankan pada proses mikrofiltrasi oleh membran.


19/88



Pada proses koagulasi, juga dibagi dalam tahap secara fisika dan

kimia.

1. Secara fisikaKoagulasi dapat terjadi secara fisik seperti:

a. PemanasanKenaikan suhu sistem koloid menyebabkan tumbukan antar

partikel-partikel sol dengan molekul-molekul air bertambah

banyak. Hal ini melepaskan elektrolit yang teradsorpsi pada

permukaan koloid. Akibatnya partikel tidak bermuatan.

contoh:darah

b. Pengadukan, contoh: tepung kanjic. Pendinginan, contoh: agar-agar

2. Secara kimiaSedangkan secara kimia seperti penambahan elektrolit,

pencampuran koloid yang berbeda muatan, dan penambahan

zat kimia koagulan. Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan

koloid bersifat netral, yaitu:

a. Menggunakan Prinsip Elektroforesis. Proses elektroforesisadalah pergerakan partikel-partikel koloid yang bermuatan

ke elektrode dengan muatan yang berlawanan. Ketika

partikel ini mencapai elektrode, maka sistem koloid akan

kehilangan muatannya dan bersifat netral.

b. Penambahan koloid, dapat terjadi sebagai berikut:Koloid yang bermuatan negatif akan menarik ion positif

(kation), sedangkan koloid yang bermuatan positif akan

menarik ion negatif (anion). Ion-ion tersebut akan

membentuk selubung lapisan kedua. Apabila selubung

lapisan kedua itu terlalu dekat maka selubung itu akan

menetralkan muatan koloid sehingga terjadi koagulasi.

Makin besar muatan ion makin kuat daya tariknya dengan


20/88



partikel koloid, sehingga makin cepat terjadi koagulasi.

(Sudarmo,2004)

c. Penambahan Elektrolit. Jika suatu elektrolit ditambahkanpada sistem koloid, maka partikel koloid yang bermuatan

negatif akan mengadsorpsi koloid dengan muatan positif

(kation) dari elektrolit. Begitu juga sebaliknya, partikel

positif akan mengadsorpsi partikel negatif (anion) dari

elektrolit. Dari adsorpsi diatas, maka terjadi koagulasi.

Dalam proses koagulasi, stabilitas koloid sangat berpengaruh.

Stabilitas merupakan daya tolak koloid karena partikel-partikel

mempunyai muatan permukaan sejenis (negatif). Beberapa gaya yang

menyebabkan stabilitas partikel, yaitu:

1. Gaya elektrostatik yaitu gaya tolak menolak tejadi jika partikel-partikel mempunyai muatan yang sejenis.

2. Bergabung dengan molekul air (reaksi hidrasi).3. Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besar yang diadsorpsi

pada permukaan.

Gambar 2.1 Koagulasi (Rapid M ixing)


21/88



2.1.4 Faktor Yang Mempengaruhi Proses Koagulasi

a. Suhu air

Suhu air yang rendah mempunyai pengaruh terhadap efisiensi

proses koagulasi. Bila suhu air diturunkan , maka besarnya daerah

pH yang optimum pada proses kagulasi akan berubah dan merubah

pembubuhan dosis koagulan.

b. Derajat Keasaman (pH)

Proses koagulasi akan berjalan dengan baik bila berada pada

daerah pH yang optimum. Untuk tiap jenis koagulan mempunyai

pH optimum yang berbeda satu sama lainnya.

c. Jenis Koagulan

Pemilihan jenis koagulan didasarkan pada pertimbangan segi

ekonomis dan daya efektivitas daripadakoagulan dalam

pembentukan flok. Koagulan dalam bentuk larutan lebih efektif

dibanding koagulan dalam bentuk serbukatau butiran.

d. Kadar ion terlarut

Pengaruh ion-ion yang terlarut dalam air terhadap proses koagulasiyaitu : pengaruh anion lebih bsar daripada kation. Dengan demikian

ion natrium, kalsium dan magnesium tidak memberikan pengaruh

yang berarti terhadap proses koagulasi.

e. Tingkat kekeruhan

Pada tingkat kekeruhan yang rendahproses destibilisasi akan sukar

terjadi. Sebaliknya pada tingkat kekeruhan air yang tinggi maka

proses destabilisasi akan berlangsung cepat. Tetapi apabila kondisitersebut digunakan dosis koagulan yang rendah maka pembentukan

flok kurang efektif.


22/88



f. Dosis koagulan

Untuk menghasilkan inti flok yang lain dari proses koagulasi dan

flokulasi sangattergantung dari dosis koagulasi yang dibutuhkan

Bila pembubuhan koagulan sesuai dengan dosis yang dibutuhkan

maka proses pembentukan inti flok akan berjalan dengan baik.

g. Kecepatan pengadukan

Tujuan pengadukan adalah untuk mencampurkan koagulan ke

dalam air. Dalam pengadukan hal-hal yang perlu diperhatikan

adalah pengadukan harus benar-benar merata, sehingga semua

koagulan yang dibubuhkan dapat bereaksi dengan partikel-partikel

atau ion-ion yang berada dalam air. Kecepatan pengadukan sangat

berpengaruh terhadap pembentukan flok bila pengadukan terlalu

lambat mengakibaykan lambatnya flok terbentuk dan sebaliknya

apabila pengadukan terlalu cepat berakibat pecahnya flok yang

terbentuk.

h. Alkalinitas

Alkalinitas dalam air ditentukan oleh kadar asam atau basa yang

terjadi dalam air. Alkalinitas dalam air dapat membentuk flok

dengan menghasil ion hidroksida pada reaksihidrolisa koagulan.

2.2. FLOKULASI

Flokulasi adalah suatu proses aglomerasi (penggumpalan) partikel-partikel

terdestabilisasi menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat

dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi.

Proses flokulasi dalam pengolahan air bertujuan untuk mempercepat proses

penggabungan flok-flok yang telah dibibitkan pada proses koagulasi. Partikel-

partikel yang telah distabilkan selanjutnya saling bertumbukan serta melakukan

proses tarik-menarik dan membentuk flok yang ukurannya makin lama makin


23/88



besar serta mudah mengendap. Gradien kecepatan merupakan faktor penting

dalam desain bak flokulasi. Jika nilai gradien terlalu besar maka gaya geser yang

timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika nilai gradient terlalu

rendah/tidak memadai maka proses penggabungan antar partikulat tidak akan

terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit dihasilkan. Untuk itu

nilai gradien kecepatan proses flokulasi dianjurkan berkisar antara

90/detik hingga 30/detik. Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah

mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen, dimana pada

kompertemen pertama terjadi proses pendewasaan flok, pada kompartemen

kedua terjadi proses penggabungan flok, dan pada kompartemen ketiga terjadi

pemadatan flok. Pengadukan lambat (agitasi) pada proses flokulasi dapat

dilakukan dengan metoda yang sama dengan pengadukan cepat pada proses

koagulasi, perbedaannya terletak pada nilai gradien kecepatan di mana pada

proses flokulasi nilai gradien jauh lebih kecil dibanding gradien kecepatan

koagulasi.

Gambar 2.2 Flokulasi (Slow Mixi ng)


24/88



2.2.1 Efektivitas Flokulasi

Efisiensi dari proses flokulasi pada prakteknya seringkali dapat dilihat dari

kualitas air setelah dilakukan pemisahan flok secara mekanik. Dengan

demikian, cara pemisahan zat padat atau flok sangat penting dan sangat

dipengaruhi oleh bentuk flok yang ada, misalnya untuk melakukan flotasi

diperlukan bentuk flok yang lain berbeda dengan flok untuk sedimentasi.

Jika dipakai sedimentasi diperlukan flok dengan berat jenis dan diameter

yang besar. Pada proses flotasi dibutuhkan flok yang lebih kecil dan

mempunya berat jenis yang lebih ringan tetapi mempunyai sifat untuk

bergabung dengan gelembung udara. Untuk filtrasi dibutuhkan flok yang

kompak yang cukup homogen dengan struktur yang kuat terhadap abrasi

dan dengan sifat mudah melekat diatas partikel media penyaring (filter)

untuk menjamin pemisahan yang efisien dan operasional penyaringan yang

ekonomis.

Untuk efek penjernihan air secara keseluruhan, belum cukup apakah flok

bisa dipisahkan dari air secara efektif, karena belum dapat menjamin

dengan pasti apakah kualitas air yang diinginkan bisa tercapai hanya

dengan kondisi ini saja. Selain itu dibutuhkan bahwa semua zat yang akan

dihilangkan dari air juga melekat pada flok.

2.3. PROSES PENGOLAHAN AIR DENGAN KOAGULASI-FLOKULASI

Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau

lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. Pada media fase cair,

pengadukan ditujukan untuk memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak).

Aplikasi pada bidang teknologi lingkungan pengadukan digunakan untuk prosesfisika seperti pelarutan bahan kimia dan proses pengentalan (thickening), proses

kimiawi seperti koagulasi-flokulasi dan disinfeksi, proses biologis untuk

mencampur bakteri dan air limbah.


25/88



Air baku dari air permukaan umumnya mengandung partikel tersuspensi.

Partikel tersuspensi dalam air dapat berupa partikel bebas dan koloid dengan

ukuran yang sangat kecil, antara 0,001 mikron (10-6 mm) sampai 1 mikron (10-3

mm). Partikel yang ditemukan dalam kisaran ini meliputi (1) partikel anorganik,

seperti serat asbes, tanah liat, dan lanau/silt, (2) presipitat koagulan, dan (3)

partikel organik, seperti zat humat, virus, bakteri, dan plankton. Dispersi koloid

mempunyai sifat memendarkan cahaya. Sifat pemendaran cahaya ini terukur

sebagai satuan kekeruhan.

Partikel tersuspensi sangat sulit mengendap langsung secara alami (lihat Tabel

2.3). Hal ini karena adanya stabilitas suspensi koloid. Stabilitas koloid terjadi

karena:

Gaya van der Waals. Gaya ini merupakan gaya tarik-menarik antara duamassa, yang besarnya tergantung pada jarak antar keduanya.

Gaya Elektrostatik. Gaya elektrostatik adalah gaya utama yang menjagasuspensi koloid pada keadaan yang stabil. Sebagian besar koloid mempunyai

muatan listrik. Oksida metalik umumnya bermuatan positif, sedangkan oksida

nonmetalik dan sulfida metalik umumnya bermuatan negatif. Kestabilan koloid

terjadi karena adanya gaya tolak antar koloid yang mempunyai muatan yang

sama. Gaya ini dikenal sebagaizeta potensial.

Gerak Brown. Gerak ini adalah gerak acak dari suatu partikel koloid yangdisebabkan oleh kecilnya massa partikel.

Gaya van der Waals dan gaya elektrostatik saling meniadakan. Kedua gaya

tersebut nilainya makin mendekati nol dengan makin bertambahnya jarak antar

koloid. Resultan kedua gaya tersebut umumnya menghasilkan gaya tolak yang

lebih besar (Gambar 2.3). Hal ini menyebabkan partikel dan koloid dalam

keadaan stabil.


26/88



Tabel 2.1 Pengendapan Partikel Dalam Air

Gambar 2.3 Gaya-gaya pada koloid

Koagulasi-flokulasi merupakan dua proses yang terangkai menjadi kesatuan

proses tak terpisahkan. Pada proses koagulasi terjadi destabilisasi koloid dan

partikel dalam air sebagai akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan

bahan kimia (disebut koagulan). Akibat pengadukan cepat, koloid dan partikel

yang stabil berubah menjadi tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang

bermuatan positif dan negatif. Pembentukan ion positif dan negatif jugadihasilkan dari proses penguraian koagulan. Proses ini berlanjut dengan

pembentukan ikatan antara ion positif dari koagulan (misal Al3+) dengan ion

negatif dari partikel (misal OH-) dan antara ion positif dari partikel (misal


27/88



Ca2+) dengan ion negatif dari koagulan (misal SO42-) yang menyebabkan

pembentukan inti flok (presipitat).

Segera setelah terbentuk inti flok, diikuti oleh proses flokulasi, yaitu

penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar yang

memungkinkan partikel dapat mengendap. Penggabungan flok kecil menjadi

flok besar terjadi karena adanya tumbukan antar flok. Tumbukan ini terjadi

akibat adanya pengadukan lambat. Proses koagulasi-flokulasi dapat

digambarkan secara skematik pada Gambar 2.1.

Gambar 2.4 Gambaran proses koagulasi-flokulasi

Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk

lambat. Pada bak pengaduk cepat, dibubuhkan koagulan. Pada bak pengaduk

lambat, terjadi pembentukan flok yang berukuran besar hingga mudah

diendapkan pada bak sedimentasi.

Koagulan yang banyak digunakan dalam pengolahan air minum adalah

aluminium sulfat atau garam-garam besi. Kadang-kadang koagulan-pembantu,

seperti polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar


28/88



atau lebih cepat mengendap. Faktor utama yang mempengaruhi proses

koagulasi-flokulasi air adalah kekeruhan, padatan tersuspensi, temperatur, pH,

komposisi dan konsentrasi kation dan anion, durasi dan tingkat agitasi selama

koagulasi dan flokulasi, dosis koagulan, dan jika diperlukan, koagulan-

pembantu. Beberapa jenis koagulan beserta sifatnya dapat dilihat pada Tabel

2.1. Pemilihan koagulan dan konsentrasinya dapat ditentukan berdasarkan

studi laboratorium menggunakan jar test apparatus (Gambar 2.5) untuk

mendapatkan kondisi optimum.

Reaksi kimia untuk menghasilkan flok adalah:

Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3+ 3CaSO4+ 14H2O + 6CO2

Pada air yang mempunyai alkalinitas tidak cukup untuk bereaksi dengan

alum, maka perlu ditambahkan alkalinitas dengan menambah kalsium

hidroksida.

Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3+ 3CaSO4+ 14H2O

Derajat pH yang optimum untuk alum berkisar 4,5 hingga 8, karena

aluminium hidroksida relatif tidak terlarut.

Gambar 2.5 Peralatan Jar test


29/88



Ferro sulfat membutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida agar

menghasilkan reaksi yang cepat. Untuk itu, Ca(OH)2 ditambahkan untuk

mendapatkan pH pada level di mana ion besi diendapkan sebagi Fe(OH)3,

lihat Gambar 2.6. Reaksi ini adalah reaksi oksidasi-reduksi yang

membutuhkan oksigen terlarut dalam air. Dalam reaksi koagulasi, oksigen

direduksi dan ion besi dioksidasi menjadi ferri, di mana akan mengendap

sebagai Fe(OH)3.

2FeSO4.7H2O + 2Ca(OH)2 + 1/2 O2 2Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 13H2O

Untuk berlangsungnya reaksi ini, pH harus sekitar 9,5 dan kadang-kadang

stabilisasi membutuhkan kapur berlebih. Penggunaan ferri sulfat sebagai

koagulan berlangsung mengikuti reaksi:

Fe2(SO4)3+ 3Ca(HCO4)2 2Fe(OH)3+ 3CaSO4+ 6CO2

Reaksi ini biasanya menghasilkan flok yang padat dan cepat mengendap. Jika

alkalinitas alami tidak cukup untuk reaksi, diperlukan penambahan kapur.

Rentang pH optimum adalah sekitar 4 hingga 12, karena ferri hidroksida

relatif tidak larut dalam rentang pH ini. Reaksi ferri klorida sebagai koagulan

berlangsung sebagai berikut:

2FeCl3+ 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3+ 3CaCl2+ 6CO2

Penambahan kapur diperlukan bila alkalinitas alami tidak mencukupi.

2FeCl3+ 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3+ 3CaCl2

Reaksi ferri klorida berlangsung pada pH optimum 4 sampai 12. Flok yang

terbentuk umumnya padat dan cepat mengendap.


30/88



Tabel 2.2 Beberapa Jenis Koagulan dalam Praktek Pengolahan Air

Sumber: Qasim, dkk. (2000)

Nama KimiaNama

LainRumus Kimia

Berat

MolekulWujud

Densitas

bulk,

kg/m3

Specific

Gravity

Kelarutan

dalam Air,

kg/m3

Kadar Kimia

%w/w

Kadar Air

% w/w

pH

larutan

Aluminium

sulfat

AlumAl2(SO4)3.14,

3H2O599,77

Putih terang,

padat

1000-

1096

1,25-

1,36Sekitar 872 Al: 9,0-9,3

Sekitar 3,5

Alum cair Al2(SO4)3.49,6H2O 1235,71

Putih atau

terang- abu

abukekuningan,

cair

1,30-1,34 Sangat larut Al: 4,0-4,5

71,2-74,5

Ferri klorida

Besi (III)

klorida, Besi

triklorida

FeCl3 162,21Hijau-hitam,

bubuk721-962 Sekitar 719 Fe: kira-kira 34

erri klorin

cair

FeCl3.6H2O 270,30

Kuning-

coklat,

bongkahan

962-1026Sekitar

814

Fe: 20,3-

21,0FeCl3.6H2O

FeCl3.13,1H2O 398,21

Coklat

kemerahan,

cair

1,20-

1,48Sangat larut Fe: 12,7-14,5 56,5-62,0 0,1-1,5

Ferri sulfat

Besi (III)

sulfat, Besi

persulfat

Fe32(SO4)3.9H2O

562,02

Merah-

coklat,

bubuk

1122-

1154

Fe: 17,9-18,7

Ferri sulfat

cair

Fe2(SO4)3.36,9H

2O

1064,64

Coklat

kemerahan,

cair

1,40-

1,57

Sangat larut Fe: 10,1-12,0 56,5-64,0 0,1-1,5

Ferro sulfat Copperas FeSO4.7H2O 278,02

Hijau,

bongkahan

kristal

1010-

1058

Fe: Sekitar 20


31/88

Gambar 2.6 Pengaruh pH terhadap kelarutan Fe(III) pada temperatur 25oC

(diambil dari Fair dkk, 1981)

2.3.1. Pengadukan

Pengadukan merupakan operasi yang mutlak diperlukan pada proses

koagulasi-flokulasi. Pengadukan cepat berperan penting dalam

pencampuran koagulan dan destabilisasi partikel. Pengadukan lambat

berperan dalam upaya penggabungan flok.


32/88

2.3.1.1. Jenis Pengadukan

Jenis pengadukan dapat dikelompokkan berdasarkan kecepatan

pengadukan dan metoda pengadukan. Berdasarkan kecepatannya,

pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan

lambat. Berdasarkan metodanya, pengadukan dibedakan menjadi

pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan

pneumatis.

Kecepatan pengadukan merupakan parameter penting dalam

pengadukan yang dinyatakan dengan gradien kecepatan. Gradien

kecepatan merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai (P):

G =

dalam hal ini:

P = suplai tenaga ke air (N.m/detik)

V = volume air yang diaduk, m3

= viskositas absolut air, N.detik/m2

Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai P bergantung padametoda pengadukan yang digunakan.

a. Pengadukan CepatTujuan pengadukan cepat dalam pengolahan air adalah untuk

menghasilkan turbulensi air sehingga dapat mendispersikan

bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air.

Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu:

1. Pengadukan mekanis

2. Pengadukan hidrolis

3. Pengadukan pneumatis

b. Pengadukan LambatTujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk

menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi

kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel

hingga berukuran besar. Pengadukan lambat adalah


33/88

pengadukan yang dilakukan dengan gradien kecepatan kecil

(20 sampai 100 detik-1) selama 10 hingga 60 menit atau nilai

GTd (bilangan Champ) berkisar 48000 hingga 210000. Untuk

menghasilkan flok yang baik, gradien kecepatan diturunkan

secara bertahap agar flok yang telah terbentuk tidak pecah lagi

dan berkesempatan bergabung dengan yang lain membentuk

gumpalan yang lebih besar.

Pengadukan lambat dapat dilakukan dengan beberapa cara

antara lain:

1. Pengadukan mekanis

2. Pengadukan hidrolis

c. Pengadukan MekanisPengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan

peralatan mekanis yang terdiri atas motor, poros pengaduk

(shaft), dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut

digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan

bentuknya, ada tiga macam impeller, yaitu paddle (pedal),

turbine, dan propeller (baling-baling). Bentuk ketiga impeller

tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.7 dan Gambar 2.8.

Kriteria impeller dapat dilihat pada Tabel 2.2.

Gambar 2.7 Tipe paddle (a) tampak atas, (b) tampak samping


34/88

Tabel 2.3 Kriteria Impell er

Tipe ImpellerKecepatan

Putaran Dimensi Keterangan

Paddle 20 - 150 rpm diameter: 50-

80% lebar bak

lebar: 1/6-1/10

diameter paddle

Turbine 10-150 rpm diameter:30-50%

lebar bak

Propeller 400-1750 rpm diameter: max.

45 cm

jumlahpitch

1-2 buahSumber: Reynold & Richards (1996)

Gambar 2.8 Tipe turbine dan propeller. (a) turbine blade lurus,

(b) turbine blade dengan piringan, (c) turbin dengan blade

menyerong, (d) propeller 2 blade, (e) propeller 3 blade

(Qasim, dkk., 2000)

Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan cepat

umumnya dilakukan dalam waktu singkat dalam satu bak.


35/88

Faktor penting dalam perancangan alat pengaduk mekanis

adalah dua parameter pengadukan, yaitu G dan td. Sekadar

patokan, Tabel 2.4 dapat digunakan dalam pemilihan nilai

G dan td. Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan

lambat umumnya memerlukan tiga kompartemen dengan

ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di

kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang

paling kecil (Gambar 2.10). Pengadukan mekanis yang

umum digunakan untuk pengadukan lambat adalah tipe

paddle yang dimodifikasi hingga membentuk roda (paddle

wheel), baik dengan posisi horisontal maupun vertikal

(Gambar 2.11).

Gambar 2.9 Pengadukan cepat dengan alat pengaduk

Tabel 2.4 Nilai Gradien Kecepatan dan WaktuPengadukan

Waktu Pengadukan, td

(detik)

Gradien Kecepatan (1/detik)

20 1000

30 900

40 790

50> 700

Sumber: Reynold & Richards (1996)


36/88

Gambar 2.10 Pengadukan lambat dengan alat pengaduk

Gambar 2.11 Flokulator paddle wheel dengan blade tegak lurus aliran

air

(tipe horizontal shaft)

d. Pengadukan hidrolisPengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan

aliran air sebagai tenaga pengadukan. Tenaga pengadukan ini

dihasilkan dari energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran

hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energi

potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu

aliran.

Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan

cepat haruslah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik

yang besar. Dalam hal ini dapat dilihat dari besarnya


37/88

kehilangan energi (headloss) atau perbedaan muka air. Dengan

tujuan menghasilkan turbulensi yang besar tersebut, maka jenis

aliran yang sering digunakan sebagai pengadukan cepat adalah

terjunan (Gambar 2.11), loncatan hidrolik, danparshall flume.

Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan

lambat adalah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik

yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif lebih tenaga dan

dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak

pecah lagi. Beberapa contoh pengadukan hidrolis untuk

pengadukan lambat adalah kanal bersekat (baffled channel,

Gambar 2.12), perforated wall, gravel bed dan sebagainya.

Gambar 2.12 Pengadukan cepat dengan terjunan


38/88

Gambar 2.13 Denah pengadukan lambat dengan

baffl ed channel

e. Pengadukan pneumatisPengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan

udara (gas) berbentuk gelembung sebagai tenaga pengadukan.

Gelembung tersebut dimasukkan ke dalam air dan akan

menimbulkan gerakan pada air (Gambar 2.14). Injeksi udara

bertekanan ke dalam air akan menimbulkan turbulensi, akibat

lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Aliran udara yang

digunakan untuk pengadukan cepat harus mempunyai tekanan

yang cukup besar sehingga mampu menekan dan

menggerakkan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan

gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh

turbulensi yang makin besar pula.

Gambar 2.14 Pengadukan cepat secara pneumatic


39/88

2.4. SEDIMENTASI

Sedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan

secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid. Pada umumnya,

sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum, pengolahan air

limbah, dan pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan. Pada pengolahan

air minum, terapan sedimentasi khususnya untuk:

1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan denganfilter pasir cepat.

2. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelumdisaring dengan filter pasir cepat. pengendapan flok hasil

penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur. Pengendapan

lumpur pada penyisihan besi dan mangan.

Pada pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan untuk:

1. Penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau).2. Penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama.3. Penyisihan flok / lumpur biologis hasil proses activated sludge

pada clarifier akhir.

4. Penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter.Pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan, sedimentasi ditujukan

untuk penyisihan lumpur setelah koagulasi dan sebelum proses filtrasi.

Selain itu, prinsip sedimentasi juga digunakan dalam pengendalian

partikel di udara. Prinsip sedimentasi pada pengolahan air minum dan

air limbah adalah sama, demikian juga untuk metoda dan peralatannya.

2.4.1 Bak Sedimentasi

Bak sedimentasi umumnya dibangun dari bahan beton bertulang dengan

bentuk lingkaran, bujur sangkar, atau segi empat. Bak berbentuk lingkaran

umumnya berdiameter 10,7 hingga 45,7 meter dan kedalaman 3 hingga 4,3

meter. Bak berbentuk bujur sangkar umumnya mempunyai lebar 10 hingga

70 meter dan kedalaman 1,8 hingga 5,8 meter. Bak berbentuk segi empat

umumnya mempunyai lebar 1,5 hingga 6 meter, panjang bak sampai 76


40/88

meter, dan kedalaman lebih dari 1,8 meter (Reynold & Richards, 1996 ).

Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan

kemampuan partikel untuk berinteraksi.

Bentuk bak sedimentasi:

segi empat (rectangular). Pada bak ini, air mengalir horisontal dariinlet menujuoutlet, sementara partikel mengendap ke bawah

(Gambar 2.15).

Gambar 2.15 Bak sedimentasi berbentuk segi empat:

(a)denah, (b) potongan memanjang lingkaran (circular) - center feed. Pada bak ini, air masuk melalui

pipa menuju inlet bak di bagian tengah bak, kemudian air mengalir

horisontal dari inlet menuju outlet di sekeliling bak, sementara

partikel mengendap ke bawah (Gambar 2.16). Secara tipikal bak

persegi mempunyai rasio panjang : lebar antara 2 : 13 : 1.

Gambar 2.16 Bak sedimentasi berbentuk lingkaran center feed:

(a)denah, (b) potongan memanjang

Lingkaran circular) - periferal feed. Pada bak ini, air masukmelalui sekeliling lingkaran dan secara horisontal mengalir menuju

ke outlet di bagian tengah lingkaran, sementara partikel mengendap


41/88

ke bawah (Gambar 2.17). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tipe

periferal feed menghasilkan short circuit yang lebih kecil

dibandingkan tipe center feed, walaupun center feed lebih sering

digunakan. Secara umum pola aliran pada bak lingkaran kurang

mendekati pola ideal dibanding bak pengendap persegi panjang.

Meskipun demikian, bak lingkaran lebih sering digunakan karena

penggunaan peralatan pengumpul lumpurnya lebih sederhana.

Gambar 2.17 Bak sedimentasi berbentuk lingkaran peri feral feed:

(a) denah, (b) potongan melintang

Bagian-bagian dari bak sedimentasi (Gambar 2.18):

1. Inlet: tempat air masuk ke dalam bak.2. Zona pengendapan: tempat flok/partikel mengalami proses

pengendapan.

3. Ruang lumpur: tempat lumpur mengumpul sebelum diambil ke luarbak. Kadang dilengkapi dengan sludge collector/scrapper

4. Outlet: tempat di mana air akan meninggalkan bak, biasanya berbentukpelimpah (weir).


42/88

Gambar 2.18 Bagian-bagian Bak Sedimentasi

o Zona Inlet atau struktur influen.Zona inlet mendistribusikan aliran airsecara merata pada bak sedimentasi dan menyebarkan kecepatan aliran

yang baru masuk. Jika dua fungsi ini dicapai, karakteristik aliran hidrolik

dari bak akan lebih mendekati kondisi bak ideal dan menghasilkan

efisiensi yang lebih baik. Zona influen didesain secara berbeda untuk

kolam rectangular dan circular. Khusus dalam pengolahan air, bak

sedimentasi rectangular dibangun menjadi satu dengan bak flokulasi.

Sebuah baffleatau dinding memisahkan dua kolam dan sekaligus sebagai

inlet bak sedimentasi. Disain dinding pemisah sangat penting, karena

kemampuan bak sedimentasi tergantung pada kualitas flok.

o Zona pengendapan.Dalam zona ini, air mengalir pelan secara horisontalke arah outlet, dalam zona ini terjadi proses pengendapan. Lintasan

partikel tergantung pada besarnya kecepatan pengendapan.

o Zona lumpur. Dalam zona ini lumpur terakumulasi. Sekali lumpurmasuk area ini ia akan tetap disana

o Zona outlet atau struktur efluen. Seperti zona inlet, zona outlet ataustruktur efluen mempunyai pengaruh besar dalam mempengaruhi pola

aliran dan karakteristik pengendapan flok pada bak sedimentasi. Biasanya


43/88

weir/pelimpah dan bak penampung limpahan digunakan untuk mengontrol

outlet pada bak sedimentasi. Selain itu, pelimpah tipe V-notchatau orifice

terendam biasanya juga dipakai. Diantara keduanya, orifice terendam yang

lebih baik karena memiliki kecenderungan pecahnya sisa flok lebih kecil

selama pengaliran dari bak sedimentasi menuju filtrasi.

Selain bagian-bagian utama di atas, sering bak sedimentasi dilengkapi

dengan settler. Settler dipasang pada zona pengendapan (Gambar 2.18)

dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi pengendapan.

Gambar 2.19 Settlerpada bak sedimentasi

2.4.2 Tipe Sedimentasi

Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan

kemampuan partikel untuk berinteraksi. Klasifikasi ini dapat dibagi ke

dalam empat tipe (Gambar 2.19), yaitu:

- Settling tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikel mengendap secaraindividual dan tidak ada interaksi antar-partikel

- Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antarpartikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan

bertambah Settling tipe III: pengendapan pada lumpur biologis, dimana

gaya antar partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap

- Settling tipe IV: terjadi pemampatan partikel yang telah mengendapyang terjadi karena berat partikel


44/88

Gambar 2.20 Empat tipe sedimentasi

Tipe sedimentasi yang sering ditemui pada proses pengolahan air minum

adalah sedimentasi tipe I dan tipe II. Sedimentasi tipe I dapat ditemui pada

bangunan grit chamber dan prasedimentasi (sedimentasi I). Sedimentasi

tipe II dapat ditemui pada bangunan sedimentasi II.

1. Sedimentasi Tipe ISedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskrit, yaitu

partikel yang dapat mengendap bebas secara individual tanpa

membutuhkan adanya interaksi antar partikel. Sebagai contoh

sedimentasi tipe I adalah pengendapan lumpur kasar pada bak

prasedimentasi untuk pengolahan air permukaan dan pengendapan

pasir padagrit chamber.

Sesuai dengan pengertian di atas, maka pengendapan terjadi karena

adanya interaksi gaya-gaya di sekitar partikel, yaitu gaya drag dan

gaya impelling. Massa partikel menyebabkan adanya gaya drag dan

diimbangi oleh gaya impelling, sehingga kecepatan pengendapan

partikel konstan.


45/88

Gaya impelling adalah resultan dari gaya yang disebabkan oleh gaya

berat partikel atau gaya gravitasi (ke arah bawah) dan gaya apung

(bouyant, ke arah atas), lihat Gambar 2.20. Arah gaya impellingadalah

ke bawah dan dinyatakan dengan persamaan:

FI= FgFb = (s) g V

Dimana:

FI = gaya impelling, N

s= densitas massa partikel, kg/m3

= densitas massa air, kg/m3

V = volume partikel, m3

g = percepatan gravitasi, m/detik2

Gambar 2.21 Gaya-gaya yang bekerja pada partikel di air

Gaya drag adalah gaya yang melawan gaya impelling sehingga

partikel dalam kondisi setimbang. Arah gaya ini adalah ke atas dan

dinyatakan dengan persamaan:


46/88

FD= CDAC (vs2/2)

Dimana:

FD= gaya drag, N

CD= koefisien drag

AC= luas potongan melintang partikel, m2

vs = kecepatan pengendapan, m/detik

dalam kondisi yang seimbang, maka FD = FI, maka

diperoleh persamaan:

(s) g V= CDAC (vs2/2)

atau

vs= Bila V/AC= (2/3) d, maka diperoleh:

vs= atau

vs= ( )2. Sedimentasi Tipe II

Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam

suspensi, di mana selama pengendapan terjadi saling interaksi antar

partikel. Selama operasi pengendapan, ukuran partikel flokulen

bertambah besar, sehingga kecepatannya juga meningkat. Sebagai

contoh sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel hasil proses

koagulasi-flokulasi pada pengolahan air minum.


47/88

Pengendapan material koloid dan solid tersuspensi terjadi melalui

adanya penambahan koagulan, biasanya digunakan untuk

mengendapkan flok-flok kimia setelah proses koagulasi dan flokulasi.

Pengendapan partikel flokulen akan lebih efisien pada ketinggian bak

yang relatif kecil. Karena tidak memungkinkan untuk membuat bak

yang luas dengan ketinggian minimum, atau membagi ketinggian bak

menjadi beberapa kompartemen, maka alternatif terbaik untuk

meningkatkan efisiensi pengendapan bak adalah dengan

memasang tube settlerpada bagian atas bak pengendapan untukmenahan flokflok yang terbentuk.

Faktor-faktor yang dapat meningkatkan efisiensi bak pengendapan

adalah:

Luas bidang pengendapan; Penggunaan bafflepada bak sedimentasi; Mendangkalkan bak; Pemasangan plat miring.Kecepatan pengendapan partikel tidak bisa ditentukan dengan

persamaan Stoke's karena dan kecepatan pengendapan tidak tetap.

Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan column settling test

dengan multiple withdrawal ports (Gambar 2.21). Dengan

menggunakan kolom pengendapan tersebut, sampling dilakukan pada

setiap port pada interval waktu tertentu, dan data REMOVAL partikel

diplot pada grafik seperti pada Gambar 2.22.


48/88

Gambar 2.22 Sketsa kolom sedimentasi tipe II

Gambar 2.23 grafik isoremoval

3. Sedimentasi Tipe IIIMerupakan pengendapan dengan konsentrasi koloid dan partikel

tersuspensi adalah sedang, di mana partikel saling berdekatan sehingga

gaya antar pertikel menghalangi pengendapan paertikel-paertikel di

sebelahnya. Partikel berada pada posisi yang relatif tetap satu sama

lain dan semuanya mengendap pada suatu kecepatan yang konstan. Hal

ini mengakibatkan massa pertikel mengendap sebagai suatu zona, dan

menimbulkan suatu permukaan kontak antarasolid danliquid.


49/88

4. Sedimentasi Tipe IVMerupakan unit lanjutan dari sedimentasi tipe III, dimana terjadi

pemampatan (kompresi) massa partikel hingga diperoleh konsentrasi

lumpur yang tinggi.

Gambar 2.24 Contoh Pengendapan pada final clarifier

untuk proses lumpur aktif

Jenis sedimentasi yang umum digunakan pada pengolahan air bersih

adalah sedimentasi tipe satu dan dua, sedangkan jenis ketiga lebih

umum digunakan pada pengolahan air buangan.

2.5. FILTRASI

Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun

gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan

berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang

tersuspensi dan koloid. Pada pengolahan air minum, filtrasi digunakan

untuk menyaring air hasil dari proses koagulasi-flokulasi-sedimantasi

sehingga dihasilkan air minum dengan kualitas tinggi. Disamping

mereduksi kandungan zat padat, filtrasi dapat pula mereduksi kandungan

bakteri, menghilangkan warna, rasa, bau, besi dan mangan.


50/88

2.5.1 Tipe Filtrasi

Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat

dibedakan menjadi dua yaitu Saringan pasir cepat dan Saringan pasir

lambat. Saringan pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori :

1. Menurut jenis media yang dipakai

2. Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi

3. Menurut arah aliran

4. Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan

5. Menurut pretreatment yang diperlukan.

2.5.1.1 Jenis filter berdasar media yang digunakan

a. Jenis media Filter :1. Single media : Satu jenis media seperti pasir silika, atau

dolomite. Filter single media merupakan filter cepat tradisional

biasanya menggunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan

suspended solidterjadi pada lapisan paling atas sehingga dianggap

kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.

2. Dual media : misalnya digunakan pasir silika, dan anthrasit.

Filter dual media, sering digunakan filter dengan media pasir

kwarsa di lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas.

Keuntungan dual media:

a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (1015 m/jam)

b. Periode pencucian lebih lama

c. Merupakan peningkatan filter single media (murah).

3. Multi media : misalnya digunakan pasir silika, anthrasit dan

garnet.Multi mediafilter terdiri dari anthrasit , pasir dan garnet

atau dolomit, fungsi multi media adalah untuk memfungsikan

seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring.


51/88

Gambar 2.25 : Filter aliran secara gravitasi dengan

kelengkapannya (Tom D.Reynolds, 1992)

2.5.1.2 Jenis filter berdasar sistem operasi

Pengolahan dengan menggunakan metode filtrasi atau penyaringan

merupakan metode fisik yang dilakukan dalam mengolah air

sebagai air minum. Proses filtrasi ini cara kerjanya bisa

dipengaruhi oleh gravitasi ataupun tenaga putar. Ada beberapa

jenis filtrasi yang digunakan dalam pengolahan air untuk air

minum. Proses filtrasi dibagi menjadi beberapa jenis yaitu filter

pasir lambat, filter pasir cepat, filter karbon aktif dan filter karbon

membrane.


52/88

Gambar 2.26 Skema Metode Filter Pada Proses Filtrasi

Berdasarkan kecepatan penyaringan, filtrasi dibagi menjadi dua

yaitu :

1. Slow Sand F i lter(Saringan Pasir Lambat)Filtrasi dengan metode Slow Sand Filter merupakan

penyaringan partikel yang tidak didahului oleh proses

pengolahan kimiawi (koagulasi). Kecepatan aliran dalam media

pasir ini kecil karena ukuran media pasir lebih kecil. Saringan

pasir lambat lebih menyerupai penyaringan air secara alami.

Filter pasir lambat adalah filter yang mempunyai kecepatan

filtrasi lambat. Kecepatan filtrasi pada filter lambat sekitar 20

50 kali lebih lambat, yaitu sekitar 0,1 hingga 0,4 m/jam.

Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan ukuran media

pasir juga lebih kecil (effective size = 0,15 0,35 mm). Filter

lambat digunakan untuk menghilangkan kandungan organic

dan organism pathogen dari air baku. Filter pasir lambat ini

efektif digunakan dengan kekeruhan relatif rendah yaitu

dibawah 50 NTU tergantung distribusi ukuran partikel pasir,


53/88

ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan

filtrasi.

Filter pasir lambat bekerja dengan cara pembentukan lapisan

gelatin atau biofilm yang disebut lapisan hypogeal atau

Schmutzdecke. Lapisannya mengandung bateri, fungsi,

protozoa, rotifer, dan larva serangga air. Schmutzdecke

merupakan lapisan yang melakukan pemurnian efektif dalam

pengolahan air minum. Dalam Schmutzdecke, partikel

terperangkap dan organic yang terlarut akan terabsorbsi,

diserap dan dicerna oleh bakteri, fungi, an protozoa. Proses

utama Schmutzdecke adalah mechanical straining terhadap

bahan tersuspensi dalam lapisan tipis yang berpori sangat kecil.

Keuntungan dari filter lambat yaitu :

a. Biaya kontruksi yang murahb. Rancangan dan operasinya sederhanac. Tidak perlu tambahan bahan kimiad. Variasi kualitas air baku tidak menggangue. Tidak perlu banyak air untuk pencucian karena hanya

dilakukan di bagian atas media tanpa backwash

Sedangkan kerugiannya adalah filter pasir lambat adalah

besarnya kebutuhan lahan sebagai akubat lambatnya kecepatan

proses filtrasi.


54/88

Gambar 2.27 Skema filter pasir lambat

2. Rapid Sand Fi lter(Saringan Pasir Cepat)Filter pasir cepat atau Rapid Sand Filter adalah filter yang

mempunyai kecepatan filter cepat, berkisar hingga 4 hingga 21

m/jam. Filter ini selalu didahului proses koagulasi-flokulasi dan

pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspensi. Jika

kekeruhan pada influen filter pasir cepat berkisar 5-10 NTU

maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90-

98%. Bagian-bagian dari filter pasir cepat meliputi (gambar

2.26):

Gambar 2.28 Bagian-bagian filter


55/88

Dari gambar tersebut, dapat digambarkan bahwa bagian-bagian

filter terdiri dari :

1. Bak FilterBak filter merupakan tempat proses filtrasi berlangsung.

Jumlah dan ukuran bak tergantung debit pengolahan

(minimum menggunakan dua bak).

2. Media filterMedia filter adalah bahan berbutir/granular yang

mempunyai pori-pori. Air mengalir diantara pori-pori danbutiran maka terjadilah proses penyaringan disini. Media

dapat tersusun oleh satu macam bahan (single media),dua

macam (dual media), atau banyak media (multi media).

Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi :

a. Seragam (uniform)b. Gradasi (stratified)c. Tercampur (mixed)

3. Under DrainUnderdain merupakan bahan sistem pengaliran air yang

telah melewati proses filtrasi yang terletak di bawah media

filter.

Underdrain terdiri atas:

1. Orifice, yaitu lubang pada sepanjang pipa lateralsebagai jalan masuknya air dari media filter ke dalam

pipa.

2. Lateral, yaitu pipa cabang yang terletak di sepanjangpipa manifold.

3. Manifold, yaitu pipa utama yang menampung air darilateral dan mengalirkannya ke bangunan penampung air


56/88

Fungsi under drain :

a. Untuk mengalirkan air hasil penyaringan (air bersih)dan dialirkan ke clear well.

b. Untuk mendistribusikan air keperluan back wash meratakeseluruh media pasir.

Proses filtrasi dengan cara ini merupakan jenis unit filtrasi yang

mampu menghasilkan debit air yang lebih banyak, namun

kurang efektif untuk mengatasi bau dan rasa yang ada pada air

yang disaring. Debit air yang cepat tersebut menyebabkan

lapisan bakteri yang berguna untuk menghilangkan patogen

namun membutuhkan proses desinfeksi yang lebih intensif.

Arah aliran airnya dari bawah ke atas. Pada proses ini

umumnya melakukan backwash atau pencucian saringan tanpa

membongkar keseluruhan saringan.

Media yang digunakan untuk proses Rapid Sand Filter tersusun

dari pasir silica alami, anthrasit, atau pasir garnet yang

memiliki variasi ukuran, bentuk dan komposisi kimia.

Dasar filternya terdiri dari sistem pipa yang tersusun dari lateral

dan manifold untuk mengalirkan air terolah yang penerimaan

airnya diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada

pipa lateral. Penggunaan manifold dan lateral bertujuan agar

ditribusinya merata.

Saat proses filtrasi berlangsung, terjadi penurunan debit air

produksi akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang

tersaring dan tertahan pada media yang menyebabkan diameter

pori mengecil. Hal ini ditandai oleh :

1. Penurunan kapasitas produksi

2. Peningkatan kehilangan energi (headloss) yang diikuti oleh

kenaikan muka air di atas media filter.


57/88

3. Penurunan kualitas air terproduksi.

Teknik pencucian ini dapat dilakukan dengan

menggunakan back washing, dengan kecepatan tertentu agar

media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media

sehingga kotoran yang menempel pada media akan lepas dan

terbawa bersama aliran air.

Dalam melakukan proses filtrasi dengan metode ini perlu

diperhatikan beberapa hal. Mekanisme filtrasi dengan filter

pasir cepat yaitu :

a. Penyaringan secara mekanis (mechanical straining)

b. Sedimentasi

c. Adsorpsi atau gaya elektrokinetik

d. Koagulasi di dalam filter bed

e. Aktivitas biologis

Pengoperasian filter pasir cepat adalah sebagai berikut:

a. Selama proses berlangsung, partikel yang terbawa airtersaring di media filter. Air terus mengalir melewati media

pasir dan penyangga kemudian masuk lubang/orifice, ke

pipa lateral, terkumpul di pipa manifold, dan akhirnya air

keluar menuju bak penampung (lihat Gambar 2.3).

b. Partikel yang tersaring di media lama kelamaan akanmenyumbat pori-pori media sehingga terjadi clogging

(penyumbatan). Clogging meningkatkan headloss aliran air

di media dan peningkatannya dapat dilihat dari

meningkatnya permukaan air di atas media atau

menurunnya debit filtrasi. Untuk menghilangkan clogging,

dilakukan pencucian media.

c. Pencucian dilakukan dengan cara memberikan aliran balikpada media (backwash), tujuannya untuk mengurai media

dan mengangkat kotoran yang menyumbat pori-pori media


58/88

filter. Aliran air dari manifold, ke lateral, keluar orifice,

naik ke media hingga media terangkat, dan air dibuang

melewati gutter yang terletak di atas media (lihat Gambar

4.4).

d. Jika media filter telah bersih, filter dapat dioperasikankembali.

` Gambar 2.29 Aliran air pada saat operasi filter

Gambar 2.30 Aliran air pada saat pencucian

filter

Filter pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori:

1. Tipe Filter Berdasarkan sistem control filtrasiBerdasarkan sistem control kecepatanya, filter dapat

dikelompokkan menjadi :


59/88

- Constant rate: debit hasil proses filtrasi konstansampai pada level tertentu. Hal ini dilakukan

dengan memberikan kebebasan kenaikan level

muka air di atas media filter.

- Declining rate atau constant head: debit hasil prosefiltrasi menurun seiring dengan waktu filtrasi, atau

level muka air di atas media filter dirancang pada

nilai yang tetap.

2. Tipe Filter Berdasarkan Arah AlirannyaBerdasarkan arah alirannya, filter dikelompokkan menjadi:

- Filter aliran down flow (ke bawah)- Filter aliran upflow(keatas)- Filter aliran horizontal

3. Tipe Filter Berdasarkan Sistem PengaliranBerdasarkan system pengalirannya, filter dikelompokkan

menjadi:

- Filter dengan aliran gravitasi- Filter dengan aliran bertekanan


60/88

Tabel 2.5 Perbandingan Slow Sand Fil terdan Rapid Sand Fil ter

3. Filter Karbon

Filter karbon merupakan metode karbon aktif dengan media

granular (Granular Activated Carbon) merupakan proses filtrasi

yang berfungsi untuk menghilangkan bahan-bahan organik,desinfeksi, serta menghilangkan bau dan rasa yang disebabkan

oleh senyawa-senyawa organik. Selain fungsi tersebut juga

digunakan untuk menyisihkan senyawa-senyawa organic dan

menyisihkan partikel-partikel terlarut.

Metode pengolahan karbon aktif prinsipnya adalah

mengadsorbsi bahan pencemar menggunakan media karbon.

Proses adsorbsi tergantung pada luas permukaan media yang


61/88

digunakan dan berhubungan dengan luas total pori-pori yang

terdapat dalam media. Agar proses absorbsi bisa dilakukan

secara efektif diperlukan waktu kontak yang cukup antara

permukaan media dengan air yang diolah sehingga nantinya zat

pencemar dapat dihilangkan.

Ada alternative lain yang bisa dilakukan jika waktu kontak tidak

mencukupi, caranya yaitu dengan menaikan luas permukaan

media dengan ukuran yang lebih kecil. Zat yang ada dalam air

yang mengalami absorbsi berupa senyawa organik

(menyebabkan bau dan rasa yang tidak

diinginkan), trihalometane, serta Volatile Organic

coumpunds(VOCs).

Instalasi pengolahan air minum biasanya menggunakan karbon

aktif yang dilakukan sebelum proses ozonisasi karena secara

umum unit pengolahan karbon aktif tidak dapat menyisihkan

mikroorganisme patogen seperti virus dan bakteri. Selain itu,

juga tidak efektif dalam menyisihkan kalsium (Ca) dan

magnesium (Mn) yang menimbulkan kesadahan pada air, flour

dan nitrat. Sedangkan media yang digunakan dapat berupa arang

kayu, batok kelapa dan batubara.

Batubara merupakan media yang sering digunakan dalam unit

pengolahan dengan menggunakan karbon aktif. Namun batubara

yang digunakan yang telah mengalami proses pembakaran

dengan temperature sedang dalam kondisi anaerob. Sehingga

batubara tidak akan terbakar tetapi mengalami perubahan

menjadi material karbon yang berpori (porous). Batubara

tersebut diaktifkan melalui proses pemanasan dengan uap ar dan

udara pada temperatur 1500 oF dan proses ini akan

mengoksidasi permukaan dan pori-pori media.


62/88

Hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan karbon aktif ini

adalah debit pengolahan dan headloss yang tersedia, senyawa-

senyawa organik yang terdapat dalam air baku, media yang

digunakan, ukuran media karbon aktif, kecepatan filtrasi, waktu

kontak, dan waktu pembersihan media karbon aktif. Media

karbon aktif harus dibersihkan atau di regenerasi kembali dalam

waktu tertentu karena media ini akan mengalami keadaan jenuh

dimana kemampuan media untuk mengabsorbsi senyawa-

senyawa organik dan polutan akan berkurang. Proses regenerasi

karbon aktif ini dilakukan dengan tiga cara yaitu penguapan,

pemanasan dan penggunaan bahan kimia.

4. Filter Membran

Filtrasi dengan menggunakan membran ini merupakan

alternative yang digunakan untuk menggantikan filtrasi pasir

lambat (slow sand filtration). Teknologi ini mengurangi biaya

operasional dan instalasi. Teknologi membrane ini digunakandalam instalasi pengolahan air dengan tujuan untuk

menghasilkan air layak minum.

Keunggulan dari membran ini adalah mempunyai ukuran yang

lebih kecil, kapasitas pengolahan lebih besar, serta mampu

menghasilkan air layak minum. Sistem membran ini umumnya

dibedakan menjadi empat jenis yaitu Reverse osmosis (RO),

Elektrodialisis (ED), Ultrafiltrasi (UF), dan Mikrofiltrasi (MF).


63/88

2.5.2 Media Filtrasi dan Distribusi media

Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir

garnet. Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan

komposisi kimia. Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan

dengan analisa ayakan (sieve analysis). Hasil ayakan suatu media filter

digambarkan dalam kurva akumulasi distribusi untuk mencari ukuran

efektif dan keseragaman media yang diinginkan.

Effective Size (ES) atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media

filter bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoranyang besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 %

dari fraksi berat, ini sering dinyatakan sebagai P (persentil 10). P yang

dapat dihitung 10

10 dari ratio ukuran rata- rata dan standar deviasinya.

Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka

keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara

ukuran diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran (size).

Kriteria untuk keperluan filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah :

Single media : Pasir UC = 1,31,7. ES = 0,450,7 mm

Untuk dual media : Antrasit UC = 1,41,9 ES = 0,50,7 mm

Kriterian nilai ukuran efektif dan keseragaman media untuk beberapa jenis

dan jumlah media filter dapat dilihat pada tabel 2.7. Bila suatu stok pasir

tidak memenuhi criteria, maka harus dilakukan pemilihan ukuran hingga

memenuhi criteria tersebut. Perhitungan persentase pasir yang dapat

digunakan, pasir yang terlalu kecil, pasir yang terlalu besar dapat dihitung

sebagai berikut:

Persentase stok pasir yang dapat digunakan:Puse= 2 (Pst60Pst10)

Persentase pasir yang terlalu kecil:Pf = Pst100,1 Puse = Pst100,2 (Pst60Pst10)


64/88

Persentase ukuran pasir yang terlalu besar:P

c= 100 - P

f- P

use

Keterangan

Pst10adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES sesuai kriteriayang diminta

Pst50adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES x UC sesuaikriteria yang diminta

Setelah dilakukan pemilihan ukuran butiran pasir stok, maka pasir stok

dapat digunakan sebagai media filter yang memenuhi kriteria.

Tabel 2.6 Kriteria Perencanaan Media Filter Untuk Pengolahan Air Minum


65/88

2.5.3 Hidrolika Filter

Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai

aliran dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat

gesekan aliran mengikuti persamaan DarcyWeisbach sbb :

=f Dengan:

Hl = Kehilangan tekanan akibat gesekan, m

F = koefisien kekasaran

L = panjang pipa, m

V = Kecepatan aliran m/detik

Dc = Diameter pipa,m

2.5.4 Hidrolika Pencucian (Backwashing)

Saringan pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan

mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh

media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh:

1. Penurunan kapasitas produksi

2. Peningkatan kehilangan energi (head loss) yang diikuti oleh kenaikan

muka air di atas media filter.

3. Penurunan kualitas air terproduksi.

Gambar 2.31 Kondisi filter saat terjadi penyumbatan

Jika keadaan ini telah tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang

negatif (Gb 2.29.), maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat


66/88

dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing), dengan

kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan

antar media.

Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel

pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa

bersam dengan

aliran air. Pencucian Filter

Tujuan pencucian filter adalah melepaskan Lumpur yang menempel pada

media pasir/antrasit dengan aliran ke atas (upflow) hingga pasir/antrasit

terekspansi. Lama pencuciannya adalah 3 15 menit. Untuk menghitung

head pompa pencucian / tinggi menara, maka harus dihitung headloss

melalui media, dasar (under drain), sistem perpipaan pada saat filter

mencapai clogging (penyumbatan). Ada tiga sistem pencucian filter :

a. Menggunakan menara air

b. Pipa distribusi

c. Interfilterd. Pompa backwash.

Jika keadaan ini telah tercapai, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian

filter cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back

washing), dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan

terjadi tumbukan antar media. Tumbukan antar media menyebabkan

lepasnya kotoran yang menempel pada media, selanjutnya kotoran yang

telah terkelupas akan terbawa bersama dengan aliran air.

2.5.5 Dasar Filter dan Underdrain

Persyaratan :

a. dapat mendukung media di atasnya

b. distribusi merata pada saat pencucian

Untuk pencucian interfilter : headloss 2030 cm (distribusi kurang

merata pada saat pencucian).


67/88

Dasar filter dapat terdiri dari sistem perpipaan yang tersusun darilateral dan manifold, dimana air diterima melalui lubang orifice

yang diletakkan pada pipa lateral.

Kecepatan pencucian 36 m/jam (600 l/m.menit), dengan tinggiekspansi 2 sebesar 15 cm sehingga headloss = 25 cm.

Manifold dan lateral ditujukan agar distribusi merata, headloss 13 m dengan kriteria sistem manifoldlateral :

a. Perbandingan luas orifice/filter = 0,00150,005

b. Perbandingan luas lateral/ orifice = 24

c. Perbandingan luas manifold/lateral = 1,53

d. Diameter orifice = 0,62 cm.

e. Jarak antara orifice = 7,530 cm

f. Jarak antara lateral = orifice.

Susunan media filter dan posisi underdrain dapat dilihat pada Gambar 4.1.

Gambar 2.32 Sistem Underdrain dengan model manifold pipe

Gambar 2.33 Sistem Underdrain dengan model perforated plate


68/88

Gambar 2.31 Sistem Underdrain dengan model block f il ter


69/88

BAB III

DIMENSIONEERINGUNIT PENGOLAHAN

3.1 Koagulasi

Pengadukan cepat yang akan direncanakan merupakan system pengadukan

secara mekanis dengan menggunakan impeller. Tipe impeller yang akan

digunakan adalah paddles. Bak pengaduk cepat diasumsikan berpenampang

persegi panjang dengan kedalaman (H) 1,25 m. Bak ini didesain untuk

mengolah air dengan debit (Q) 255 L/det, gradien kecepatan (G) 600/detik,

dan waktu detensi (td) 45 detik. Dalam penentuan bak koagulasi ini, kita harus

menentukan dimensi bak yang dibutuhkan untuk mengolah limbah dengan

karakteristik limbah

defiki riska pratiwi

Documents