Download - 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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
2/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 2
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
3/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 3
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
4/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 4
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
5/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 5
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
6/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 6
Tabel 1.3. Perbandingan Pengukuran Air Buangan
Dengan Baku Mutu
NO PARAMETER SATUAN HASIL
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
NO PARAMETER SATUAN HASIL
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
7/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 7
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,
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
8/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 8
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
9/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 9
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
10/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 10
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
11/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 11
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
12/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 12
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
13/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 13
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
14/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 14
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 :
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
15/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 15
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
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 100%
Total coliformHasil pengujian adalah 430 jml/100 ml
Baku mutu adalah 0 jml/100 ml
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 100%
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
16/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 16
1.4.2Sampel air buangan
BODHasil pengukuran BOD adalah 350 mg/L.
Baku mutu untuk BOD adalah 100 mg/L
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 72%
Minyak dan LemakHasil pengukuran Minyak dan lemak adalah 15 mg/L.
Baku mutu untuk Minyak dan lemak adalah 10 mg/L
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 34%
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
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 65%
BODHasil pengukuran BOD adalah 30.5 mg/L.
Baku mutu untuk BOD adalah 2 mg/L
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 94%
CODHasil pengukuran COD adalah 37.5 mg/L.
Baku mutu untuk COD adalah 10 mg/L
Efisiensi pengolahan penyisihan adalah 74%
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
17/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 17
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
18/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 18
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
19/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 19
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
20/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 20
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)
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
21/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 21
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
22/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 22
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
23/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 23
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)
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
24/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 24
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
25/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 25
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
26/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 26
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
27/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 27
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
28/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 28
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
29/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 29
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
30/88
Desain Fisika Kimia II
Riska Pratiwi (252010009) 30
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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)
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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).
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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:
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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,
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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 :
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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.
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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).
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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)
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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).
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
68/88
Gambar 2.31 Sistem Underdrain dengan model block f il ter
-
7/22/2019 defiki riska pratiwi
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