BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air bersih merupakan salah satu kebutuhan yang mendasar bagi

kehidupan manusia. Kebutuhan air bersih dari waktu ke waktu meningkat

dengan pesat, sejalan dengan bertambahnya jumlah penduduk dan semakin

meningkatnya kegiatan manusia sesuai dengan tuntutan kehidupan yang terus

berkembang. Akibatnya pemenuhan kebutuhan air yang mutunya baik dan

dalam jumlah yang mencukupi untuk berbagai keperluan, dari waktu ke waktu

dihadapkan pada permasalahan yang sangat mendasar yaitu belum dapat

terpenuhinya kebutuhan air bersih khususnya air minum bagi masyarakat,

yang sesuai dengan syarat-syarat kesehatan. Air bersih yang memenuhi

standar atau persyaratan kesehatan adalah air minum yang tidak berbau,

berwarna dan berasa serta memenuhi baku mutu yang dipersyaratkan.

Saat ini kondisi pengelolaan air bersih di Indonesia masih

memprihatinkan, permasalahan air bersih terjadi baik di wilayah perkotaan

mauoun di wilayah pedesaan. Walaupun penyebab permasalahnnya berbeda

namun pada dasarnya masalah yang terjadi adalah kurang/tidak adanya

sumber air yang memenuhi syarat air bersih. Oleh karena itu pengolahan air

bersih merupakan hal yang sangat penting dan harus diperhatikan agar bisa

menghasilkan air bersih yang sesuai dengan standar keamanan dan dapat

digunakan masyarakat untuk memenuhi kebutuhannya sehari-hari.

Salah satu hal penting dalam proses pengolahan air adalah

memperhatikan setiap tahap-tahapnya. Salah satu tahap dalam proses

pengolahan air bersih adalah koagulasi-flokulasi. Koagulasi dan flokulasi

merupakan awal proses pengolahan lengkap dan aspek penting dalam SPAM

(Sistem Pengolahan Air Minum) yang memanfaatkan air baku berupa air

permukaan.

Koagulasi adalah metode untuk menghilangkan bahan-bahan limbah

dalam bentuk koloid, dengan menambahkan koagulan sehingga partikel-

partikel koloid akan saling menarik dan menggumpal membentuk flok.

Sedangkan flokulasi terjadi setelah koagulasi dan berupa pengadukan pelan

pada air limbah. Hasil dari proses koagulasi dan flokulasi ini akan

berpengaruh pada tahap selanjutnya karena koagulasi dan flokulasi merupakan

tahap awal sebelum melakukan tahap lebih lanjut yaitu proses sedimentasi dan

atau filtrasi. Sehingga proses koagulasi dan flokulasi penting diperhatikan agar

tahap pengolahan air selanjutnya bisa berjalan dengan lancar dan sesuai

dengan standar.

1.2 Rumusan Masalah

1. Apa definisi dari koagulasi dan flokulasi?

2. Apa fungsi koagulasi dan flokulasi?

3. Bagaimana proses koagulasi dan flokulasi?

1.3 Tujuan

1. Apa definisi dari koagulasi dan flokulasi?

2. Apa fungsi koagulasi dan flokulasi?

3. Bagaimana proses koagulasi dan flokulasi?

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 KOAGULASI

2.1.1 Definisi Koagulasi

Koagulasi berdasarkan SNI 6774:2008 adalah proses

pencampuran bahan kimia (koagulan) dengan air baku sehingga

membentuk campuran yang homogen.

Menurut Reynold ( 1982 ), koagulasi adalah penambahan dan

pengadukan cepat (flash mixing) koagulan yang bertujuan untuk

mendestabilisasi partikel -partikel koloid dan suspended solid.

Menurut Kawamura (2001) koagulasi didefinisikan sebagai proses

destabilisasi muatan koloid dan padatan tersuspensi termasuk bakteri dan

virus, dengan suatu koagulan.

Sedangkan menurut pendapat kelompok kami, koagulasi

merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid, suspended solid

halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat

untuk mendispersikan bahan kimia secara merata.

2.1.2 Fungsi Koagulasi

Koagulasi bertujuan untuk mendispersikan bahan kimia secara

merata.

2.1.3 Proses Koagulasi

Secara umum proses koagulasi adalah pembubuhan bahan kimia ke

dalam air yang akan diolah dengan maksud agar partikel - partikel yang

susah mengendap dalam air mengalami destabilisasi dan saling

berikatan membentuk flok yang lebih besar dan tentu lebih berat

sehingga mudah mengendap di bak sedimentasi dan atau bak filtrasi.

Apabila kekuatan ionic dalam air cukup besar, maka keberadaan

koloid dalam air sudah dalam bentuk terdestabilasasi, Desatabilisasi ini

disebabkan oleh ion monovalen dan divalen yang berada dalam air.

Yang menjadi masalah adalah apabila kekuatan ionic dalam air sangat

kecil sehingga menyebabkan koloid dalam air dalam kondisi stabil,

sehingga susah saling berikatan karena seluruh koloid memiliki muatan

yang sama. Untuk itulah sangat diperlukan proses koagulasi untuk

mendestabilkan koloid – koloid tersebut.

Suatu zat kimia yang disebut koagulan tidak larut dalam air

bahkan dapat membentuk flok-flok presipital. Proses ini relatif

cepat. Proses ini dapat mengurangi warna, bau, dan rasa.

Ada 3 faktor yang menentukan keberhasilan suatu proses

koagulasi :

a. Jenis bahan koagulan yang dipakai

b. Dosis pembubuhan bahan kimia

c. Pengadukan dari bahan kimia

Beberapa zat kimia koagulan antara lain : alumunim sulfat,

PAC, Natrium Aluminat, Koagulan besi.Tipe bak koagulasi,

yaitu : pengaduk mekanis dan deflektor plate mixer.

Koagulasi juga dapat terjadi secara fisik seperti :

1. Pemanasan, Kenaikan 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

2. Pengadukan, contoh: tepung kanji

3. Pendinginan, contoh: agar-agar

2.2 FLOKULASI

2.2.1 Definisi Flokulasi

Flokulasi berdasarkan SNI 6774:2008 adalah proses pembentukan

partikel flok yang besar dan padat agar dapat diendapkan. Menurut

kawamura (1991), flokulasi merupakan pengadukan lambat yang

mengiringi dispersi koagulan secara cepat melalui pengadukan cepat.

2.2.2 Fungsi Flokulasi

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 besar serta mudah

mengendap.

2.2.3 Proses Flokulasi

Dilakukan setelah proses koagulasi. Di dalam proses

flokulasi terjadi pembentukkan makroflok-makroflok dari

mikroflok-mikroflok yang telah terbentuk pada proses koagulasi.

Flokulator berjalan dengan kecepatan lambat dengan maksud

terjadi pembentukan flok yang siap untuk diendapkan. Di dalam

proses flokulasi ini pengadukan dilakukan secara bertahap yaitu

dari kekuatan besar kemudian mengecil supaya flok yang sudah

dibentuk tidak terpecah kembali.

Mekanisme terjadinya gumpalan

Aluminium atau besi akan bereaksi dengan alkalinitas dalam air.

Alkalinitas adalah kemampuan untuk menetralkan asam. Poly

Aluminium Chlorida bekerja pada interval pH 6-9 dengan pH netral

adalah 7. Reaksi ini menghasilkan Al(OH)3 yang mengendap. Pada

reaksi ini akan membebaskan asam yang menurut pH larutan dan

bereaksi dengan alkalinitas. Reaksi tersebut tidak sederhana karena

hidroksida-hidroksida Al dan Fe ternyata terbentuk ion-ion yang lain

menunjukkan reaksi yang amat kompleks. Pada penambahan garam

Aluminium atau besi, akan segera terbentuk ion-ion polimer dan dapat

terserap oleh partikel-pertikel. PAC benar-benar menggumpalkan zat-

zat tersuspensi dan koloid dalam air untuk menghasilkan flok yang

belum sempurna, lalu Ca(OH)2 berperan untuk mengikat flok-flok yang

belum sempurna tersebut menjadi flok-flok yang lebih sempurna,

dengan perbandingan 0,30 ml PAC dan 0,90 ml Ca(OH)2 dalam 500 ml

air baku pada uji jar test di laboratorium.Ca(OH)2 bekerja pada pH basa

sebagai flokulan yang menetralisir pH asam yaitu PAC sebagai

koagulan, yang kemudian membentuk flok-flok yang lebih sempurna

dan mempercepat pengendapan dalam penyaringan partikel koloid,

yang akan terselubungi oleh koagulan. Muatan partikel koloid dan hasil

hidrolisa akan saling menetralkan sehingga muatan dari partikel ini

mengecil, hingga tergantung dari pH serta semacam dosis koagulan,

maka besarnya zat potensial yang akan diturunkan atau diubah dari

sedikit negatif menjadi netral dan akhirnya posif, dan suspensi ini tidak

stabil sehingga terjadi penggumpalan sampai ukuran yang dapat

mengendap.

Bahkan koagulan dapat terhidrolisa dan dapat terbentuk masa

yang lebih besar, dalam hal ini partikel koloid menarik dan

menggabungkan sehingga terbentuk gumpalan dan terjadilah

pengendapan yang sempurna dalam tangki flokulator.

Terdapat 2 perbedaan pada proses flokulasi yaitu :

1. Flokulasi perikinetik, adalah Aglomerasi partikel-partikel sampai

ukuran µm dengan mengandalkan gerakan Brownian, biasanya

koagulan ditambahkan untuk meningkatkan flokulasi perikinetik.

2. Flokulasi ortokinetik, adalah Aglomerasi partikel-partikel sampai

ukuran diatas 1 µm, dimana gerakan Brownian diabaikan pada

kecepatan tumbukan antar partikel, tetapi memerlukan pengaduk

buatan ( artificial mixing ). dapat dikurangi dengan proses

koagulasi (proses destabilisasi) melalui penambahan bahan kimia

dengan muatan berlawanan. Terjadinya muatan pada partikel

menyebabkan antar partikel yang berlawanan cenderung

bergabung membentuk inti flok. Proses koagulasi selalu diikuti

oleh proses flokulasi, yaitu penggabungan inti flok atau flok kecil

menjadi flok yang berukuran besar.

2.3 KOAGULASI – FLOKULASI

2.3.1 Proses Koagulasi – Flokulasi

Aplikasi dari Koagulasi dan Flokulasi dilaksanakan dalam dua

reaktor yang berbeda yaitu Koagulator dan Flokulator. Pada proses

Koagulasi, zat kimia koagulan dicampur dengan air baku selama

beberapa saat hingga merata di suatu reaktor koagulator, pada proses ini

terjadi destabilisasi dari koloid zat padat yang ada di air baku. Keadaan

ini menyebabkan tergumpalnya koloid-koloid tersebut menjadi ukuran

yang lebih besar. Setelah proses koagulasi, partikel-partikel

terdestabilisasi dapat saling bertumbukan membentuk agregat sehingga

terbentuk flok, tahap ini disebut “Flokulasi”. Flokulasi adalah suatu

proses aglomerasi ( penggumpalan ) partikel-partikel terdestabilisasi

menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh

proses sedimentasi dan filtrasi. Dengan kata lain proses flokulasi adalah

adalah proses pertumbuhan flok (partikel terdestablisasi atau mikroflok)

menjadi flok dengan ukuran yang lebih besar ( makroflok ).

Proses koagulasi – flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan

pengaduk lambat. Pada bak pengaduk cepat, dibubuhkan bahan kimia

(disebut koagulan). Pengadukan cepat dimaksudkan agar koagulan yang

dibubuhkan dapat tercampur secara merata/homogen. 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

menggunakan koagulan pembantu, seperti polielektrolit yang

dibutuhkan untuk memproduksi flok yang cepat mengendap. Faktor

utama yang mempengaruhi koagulasi dan 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 diantaranya yaitu aluminium sulfat,

ferri klorida, ferri sulfat, ferro sulfat.

Pemilihan koagulan dan kadarnya membutuhkan studi

laboratorium atau pilot plant ( menggunakan jar test apparatus) 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(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 14H2O

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

aluminium hidroksida relatif tidak terlarut.

Ferro sulfat membutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida

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

untuk mendapatkan pH pada level dimana ion besi diendapkan sebagai

Fe(OH)3. Reaksi ini adalah reaksi oksidasi-reduksi yang membutuhkan

oksigen terlarut air. Dalam reaksi koagulasi, oksigen direduksi dan ion

besi dioksida menjadi ferri, dimana akan mengendap sebagai Fe(OH)3.

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

Untuk berlangsungmya 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(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Reaksi ini biasanya menghasilkan flok yang padat dan cepat

mengendap. Jika alkilinitas 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(OH)2 2Fe(OH)3+CaCl2+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.

Alat dan bahan

Alat :

1. Terjunan hidrolis

Metode pengadukan terjunan air merupakan metode pengadukan

hidrolis yang simple dalam operasional. Besar headloss selama

pengadukan dipengaruhi oleh tinggi jarak terjunan yang

dirancang. Metode ini tidak membutuhkan peralatan yang

bergerak dan semua peralatan yang digunakan berupa peralatan

diam/statis.

2. loncatan hidrolis

3. parshall flume

4. baffle basin ( baffle channel )

Bentuk aliran dalam saluran baffle ada dua macam, yang paling

umum digunakan yaitu pola aliran mendatar (round end baffle

channel) dan pola aliran vertikal (over and under baffle).

5. perforated wall

6. gravel bed

2.3.2 Pengadukan

Faktor penting pada proses koagulasi-flokulasi adalah

pengadukan. Tujuan pengadukan adalah untuk menciptakan tumbukan

antar partikel yang ada dalam air baku. Dalam proses koagulasi,

pengadukan akan membantu meratakan koagulan yang telah

dibubuhkan dengan partikel-partikel koloid. Sedangkan pada proses

flokulasi, pengadukan akan menumbukkan partikel-partikel flok yang

telah terbentuk hingga menjadi suatu gumpalan yang cukup besar untuk

diendapkan. Dengan demikian, yang menjadi fokus utama dalam

pengadukan adalah proses tumbukan.

Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi dua,

yaitu pengadukan cepat dan pengadukan lambat.

Pengadukan cepat (flash mixing) merupakan bagian integral dari

proses koagulasi. Tujuan pengadukan cepat adalah untuk mempercepat

dan menyeragamkan pe nyebaran zat kimia melalui air yang diolah.

Pengadukan cepat yang efektif sangat penting ketika menggunakan

koagulan logam seperti alum dan ferric chloride, karena

proses hidrolisisnya terjadi dalam hitungan detik dan selanjutnya terjadi

adsorpsi partikel koloid.

Kecepatan pengadukan dinyatakan dengan gradient kecepatan

(G), yang merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai (P)

Rumus : √

Dalam hal ini :

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

V = volume air yang diaduk, m3

µ = viskositas absolute air, N.detik/m2

Pengadukan cepat adalah pengadukan yang dilakukan dengan

gradient kecepatan besar ( 300 sampai 1000 detik -1 ), sementara

pengadukan lambat adalah pengadukan yang dilakukan dengan gradient

kecepatan kecil ( 20 sampai 100 detik-1 ). Waktu pengadukan juga

berbeda. Pada pengadukan cepat, waktu yang diperlukan tidak lebih

dari 1 menit, sementara pengadukan lambat membutuhkan waktu 15

hingga 60 menit.

Pengadukan dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu cara mekanis,

hidrolis dan pneumatik. Pengadukan mekanis adalah metode

pengadukan dengan menggunakan alat pengaduk berupa impeller yang

digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya pengadukan

mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk

( impeller ). Pengadukan lambat secara mekanis 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 5.3 Pengadukan cepat dengan alat pengaduk

Gambar 5.4 Pengadukan lambat dengan alat pengaduk

Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan

gerakan air sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini

menggunakan energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik.

Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energi potensial (jatuhan)

atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran. Beberapa contoh

pengadukan hidrolis adalah terjunan, loncatan hidrolis, parshall flume,

baffle basin (baffle channel), perforated wall, gravel bed, dan

sebagainya.

Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan

udara ( gas ) berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air

sehingga menimbulkan gerakan pengadukan pada air. Injeksi udara

bertekanan ke dalam suatu badan air akan menimbulkan turbulensi,

akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Makin besarnya

tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar

dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula.

2.3.3 Faktor yang mempengaruhi proses koagulasi:

1. Pengontrolan pH

pH merupakan salah satu faktor yang menentukan proses

koagulasi, pada koagulan ada daerah optimum, dimana koagulasi

akan terjadi dalam waktu yang singkat dengan dosis koagulan

tertentu. Setiap koagulan mempunyai range pH yang spesifik

dimana presipitasi yang maksimum akan terbentuk sekaligus titik

kelarutan maksimum, pH yang optimum tergantung pada

penggunaan koagulan tersebut dan karakteristik kimiawi dari air

baku. Proses koagulasi akan sempurna pada pH 6-9 sesuai dengan

standart. Untuk proses koagulasi pH terbaik berkisar 7,0 (pH

netral).

2. Temperatur

Pada temperatur yang rendah kecepatan reaksi lebih lambat

dan viskositas air lebih besar sehingga flok lebih sukar

mengendap. Air dengan turbiditi tinggi memerlukan dosis

koagulan yang lebih banyak. Dosis koagulan persatuan unit

turbiditi tinggi, akan lebih kecil dibandingkan dengan dosis

persatuan untuk air dengan turbiditi rendah. Hal ini disebabkan

karena dalam air yang memiliki turbiditi tinggi, kemungkinan

terjadi tumbukan antara partikel akan lebih besar. Dosis koagulan

yang kurang akan menyebabkan tumbukan antara partikel akan

kurang sempurna. Netralisasi muatan listrik sempurna, sehingga

flok yang terbentuk hanya sedikit, akibatnya turbiditi naik. Dosis

koagulan yang berlebihan dan menimbulkan efek samping pada

partikel sehingga turbiditi akan naik.

3. Dosis koagulan

Air dengan turbiditi tinggi memelukan dosis koagulan yang

lebih banyak. Dosis koagulan persatuan unit turbiditi tinggi, akan

lebih kecil dibandingkan dengan dosis persatuan untuk air dangan

turbiditi rendah. Hal ini disebabkan karena dalam air yang

mempunyai turbiditi tinggi. Kemungkinan terjadinnya tumpukan

antara partikel akan lebih besar.

4. Pengadukan (Mixing)

Baiknya proses koagulasi juga ditentukan oleh pengadukan.

Pengadukan ini diperlukan agar tumbukan antara partikel untuk

netralisasi menjadi sempurna, Distribusi dalam air cukup baik dan

merata, serta masukan energi yang cukup. Untuk tumbukan antara

partikel-partikel yang telah netral sehingga terbentuk mikroflok.

Dalam proses koagulasi ini pengadukan dilakukan dengan cepat.

Air yang memiliki turbiditi rendah memerlukan pengadukan yang

lebih banyak dibandingkan dengan air yang memiliki turbiditi

tinggi.

5. Pengaruh garam

Garam-garam ini dapat mempengaruhi proses suatu

penggumpalan. Pengaruh yang diberikan akan berbeda-beda

tergantung dengan macam garam (ion) dan konsentrasi. Semakin

besar valensi ion maka akan semakin besar pengaruh terhadap

koagulan atau penggumpalan. Pengaruh ion pada

penggumpalannya dapat dinyatakan sebagai penggumpalan

dengan garam Fe dan Al akan banyak dipengaruhi anion

dibandingkan dengan kation. Jadi Natrium, Calsium, Magnesium

relatif tidak mempengaruhi. Aliminium dan besi akan bereaksi

dengan alkalinitas dalam air. Pada penambahn garam aluminium

atau besi akan segera terbentuk ion-ion polimer dan dapat terserap

oleh partikel-partikel.

BAB III

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Reaksi koagulasi dan flokulasi diawali dengan proses koagulasi yaitu

pencampuran zat kimia dengan air baku selama beberapa saat hingga merata

di suatu reaktor koagulator, pada proses ini terjadi destabilisasi dari koloid zat

padat yang ada di air baku. Keadaan ini menyebabkan tergumpalnya koloid-

koloid tersebut menjadi ukuran yang lebih besar. Setelah proses koagulasi,

partikel-partikel terdestabilisasi dapat saling bertumbukan membentuk agregat

sehingga terbentuk flok, tahap ini disebut “Flokulasi”. Flokulasi adalah suatu

proses aglomerasi ( penggumpalan ) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi

flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh proses

sedimentasi dan filtrasi

3.2 Saran

s