TIK 215 UTILITAS Semester 3 : 3 SKS
TIU : Setelah mengikuti kuliah mahasiswa mampu memahami
boiler dan penyediaan steam, penyedian air, bahan bakar, listrik, sistem refrigerasi, dan penyediaan udara tekan
SILABUS : Modul 1. boiler dan penyediaan steam, penyedian air, bahan bakar -- Ir. Budiyono, MSi Modul 2. penyediaan listrik, sistem refrigerasi, dan penyediaan udara tekan --- Ir. Slamet Priyanto, MS
DAFTAR PUSTAKA Pada dasarnya tidak ada buku
yang membahas khusus mengenai unit utilitas.
Buku pustaka diambil berdasarkan topik yang sesuai dengan pokok bahasan yang ada, antara lain :
DAFTAR PUSTAKA Anonimous, (1985), Kurita Handbook of Water Treatment, Kurita Water Industries ltd., Tokyo Droste, R.l., (1997), Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley and
Sons, Inc., Canada Fair, G. M dan J. C. Geyer, (1961), Water Supply and Wastewater Disposal, John Wiley & Sons,
Inc., New York Huchler, L.A., (1998), “Select the Best Bioler-Water Chemical Treatment Program”, Chemical
Engineering Progress, August Kamala, A. dan D.L Kanth Rao, (1988), Environmental Engineering : Water Supply, Sanitary
Engineering and Pollution, Tata Mc Graw-Hill Publishing Co. Ltd., New Delhi Kawamura, S., (1991), Integrated Design of Water Treatment Facilities, John Wiley and Sons.,
Inc., New York Kemmer, F.N., (1988), The Nalco Water Handbook, 2-nd edition, McGraw-Hill Book Company,
New York Li K. W dan A. P Priddy, (1985), Power Plant System Design, John Wiley & Sons, Inc., Canada Linsley, R.K dan J.B. Franzini, (1979), Water Resources Engineering, 3-rd edition, McGraw-Hill
Book Co., New York Mangku Sitepoe, (1997), Air Untuk Kehidupan, Penerbit PT Gramedia Widiasarana Indonesia,
Jakarta Mallevialle, J., Odendaal, P.E., dan Wiesner, M.R., (1996), Water Treatment Membrane
Processes, McGraw-Hill, New York Reynolds, T.D., (1982), Unit Operation and Processes in Environmental Engineering,
Brooks/Cole Engineering Division, monterey, Caalifornia Setiadi, T., (1993), Teknologi Air (tidak diterbitkan), Jurusan Teknik Kimia Fak. Teknologi
Industri, ITB, Bandung Sundstrom, D.W. dan Klei, H.E., (1979), Wastewater Treatment, Prentice-Hall, Inc., Englewood
Cliffs Suriawiria, U., (1996), Air Dalam Kehidupan dan Lingkungan Yang Sehat, Penerbit Alumni,
Bandung Treybal, R.E., (1955), Mass Transfer Operations, McGraw-Hill, New York Vila, R.C. dan S. Gopinathan, (1982), Air dan Kehidupan, PN Balai Pustaka, Jakarta
Sistem evaluasi Test Modul I setelah selesai modul 1 Test Modul Ii setelah selesai modul 2
Hasil test modul 1 dan 2 di rata-rata, bila sudah lulus tidak perlu mengikuti ujian, atau bila dikehendaki bisa mengikuti ujian untuk perbaikan
Mahasiswa mengambil perbaikan : diambil nilai yang lebih baik
UNIT UTILITASUnit pendukung proses di Industri dengan
tugas utama menyediakan :1. Air : steam, domestik, air pendingin,
proses2. Bahan bakar3. Listrik4. Udara tekan5. Sistem refrigerasi6. Sistem pelumasan7. Sistem pengolahan limbah
PENYEDIAAN AIRDari berbagai bahan baku (air laut; air sungai; sumur dangkal dan sumur dalam; air hujan, danau, dsb)
- Steam ---- ketel
- Air pendingin ------ cooling tower
- Chilled water ------ sistem refrigerasi
- Domestik
- Proses
Penguapan
Air permukaan
Air bawah tanah
hujan
Kondensasi
salju
Perkolasi air dalam batuan
KUALITAS AIR
“Water, water, everywhere, but nor any drop to drink”
(Air, air, dimana-mana air, tetapi setetespun tidak ada untuk minum, Sundstrom, 1979; Vila R.C., 1982)
Perlu teknologi pengolahan air !!!
JUMLAH AIR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)
Jenis Air Jumlah, km3 %
Air Laut 1.338 x 106
96,5
Air Tawar 35,03 x 103 2,53
Lain-lain 12,97 x 103
0,97
Total 1.386 x 106 100
AIR TAWAR DUNIA(Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)
Jenis Air Tawar
Jumlah, km3 %
Salju 24,06 x 103 68,7
Air tanah 10,85 x 103 31,0
Uap air (di udara)
0,01 x 103 0,03
Danau 0,108 x 103 0,29
Sungai 0,002 x 103 0,006
CADANGAN AIR ANTAR BENUA(Suara Merdeka, 24 Jan 04)
BENUA JML PENDUDUK, %
dunia
CADANGAN AIR TAWAR,
% dunia
ASIA 80 1
AUSTRALIA 2 3
Lainnya ? ?
Utilitas :TEKNOLOGI PENGOLAHAN
AIR
Ir. Budiyono, MSi
PENTINGNYA AIR(PENGOLAHAN AIR)
“Tidak ada kehidupan tanpa adanya air”.
“ The Best of All Things is Water (Air adalah yang terbaik dari segalanya)”
“Water, water, everywhere, nor any drop to drink” (penyair terkenal Coloridge, seorang Pelaut Kuno)
Mendapatkan air bersih termasuk hak asasi manusia (Resolusi PBB th 2000 melalui UNESCO)
KUALITAS AIR :PARAMETER PENCEMAR
T E R L A R U T
T E R S U S P E N S I
K O L O ID
T A K M E N G E N D A P(N O N S E T L E A B L E S O L ID )
M E N G E N D A P(S E T L E A B L E S O L ID )
P A D A T C A IR G A S
PAR AM ETER PEN C EM A R
ORGANIK DAN ANORGANIK
- Air yang murni tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau
- Karena siklus hidrologi, air mengandung berbagai bahan pencemar/kontaminan
KONTAMINAN AIR
IO N P O S IT IP IO N N E G A T IF
IO N IK & T E R L A R U T
S U S P E N S I K O L O ID G A S
N O N IO N IK & T ID A K T E R L A R U T
KO N TAM IN AN A IR
Ca2+, Mg2+,
Fe2+,
Mn2+,Na+, K+, dsb
SO4=, Cl-, NO3-,
HCO3-,
OH-,
CO3=
Tanah liat,
Debu, dsb
Tanah liat, virus, bakteri, alga
CO2, O2, N2,
H2S,
dsb
KONTAMINAN AIR
F IS IK A K IM IA B IO LO G I
KONTAMINAN AIR
T,
Padatan Tersuspensi,
Padatan terlarut,
Padatan total,
Konduktifitas, dll
pH,
Kation terlarut,
Anion terlarut,
Alkalinitas,
Kesadahan, dsb
Jml bakteri koli, dsb
ANALISA KIMIA
Kandungan kontaminan dinyatakan dengan :
1. miligram per liter (mg/l), bagian per juta (part per million, ppm), dan ppb (part per billion).
2. mol per liter 3. miliekuivalen per liter (meq/l). Jumlah ekuivalen solut
per liter larutan disebut juga dengan normalitas (N). 4. persen berat : massa zat terlarut per massa total
larutan dikalikan 100 %5. milligram per liter sebagai CaCO3 (mg/l sebagai
CaCO3). = Konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam miligram per liter sebagai CaCO3
Contoh Parameter Analisa AirNo Uji Keterangan /
Simbol Penggunaan Hasil
Pengujian
1
2
PH
Kation terlarutKalsiumMagnesiumKaliumNatrium
Ca2+Mg2+
K+Na+
Untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan encerUntuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.
Contoh Parameter Analisa Air
No Uji Keterangan / Simbol
Penggunaan Hasil Pengujian
3
4
Anion terlarut Bikarbonat Karbonat Klorida Hidroksida Nitrat SulfatAlkalinitas
HCO3-CO3=Cl-OH-NO3-SO4=HCO3- + CO3= + OH-
Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.Untuk mengukur kapasitas air untuk menetralkan asam
Contoh Parameter Analisa Air
No Uji Keterangan / Simbol
Penggunaan Hasil Pengujian
5
6
Kesadahan
Konduktifitas
kation multivalensi
mhos (micromhos)/c
m pada 25oC
Untuk mengukur kapasitas konsumsi sabun dan kecenderungan air untuk membentuk kerakUntuk memperkirakan total padatan terlarut atau check terhadap hasil analisa lengkap (Total Padatan Terlarut atau TDS = 0,55 - 0,7 x konduktifitas sampel)
Kation ANION Terlarut :Kesetimbangan muatan
1. Jumlah ekuivalen kation =
jumlah ekuivalen anion2. Jumlah kation dan anion dalam mg/L =
Total padatan terlarut
Review hasil analisa kimiaAnggap bahwa analisa kimia air permukaan sebagai berikut :
Ion Konsentrasi, mg/l
Ca 2+
Mg2+
Na+
K+
Cl-
SO4=
HCO3-
9030726
120225165
pH 7,5
(a). Periksa ketelitian hasil analisa di atas; (b) tentukan alkalinitas air dinyatakan sebagai CaCO3;
(c) tentukan kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO3; dan
(d) perkirakan kandungan padatan terlarut total.
Penyelesaian:Neraca kation-anion digunakan untuk memeriksa ketelitian analisa.
KationAnion
Ion
Konsentrasi
Ion
Konsentrasi
mg/l mg/meq meq/l mg/l mg/meq meq/l
Ca2+
Mg2+
Na+
K+
9030726
2012,223,039,1
4,502,463,130,15
Cl-
SO4=
HCO3-
120225165
35,54861
2,824,692,70
Total 198 10,24 490 10,21
Keterangan : mg/meq = miligram/miliequivalen. Untuk
Kalsium, berat eqivalen = 20 yaitu gram/equivalen (40/2) = 20 miligram/miliequivalen.
meq/l = miliequivalen/liter. Untuk kalsium, meq/l = 90mg/l) / 20 mg/meq = 4,50
(a). Karena jumlah kation dan anion sama maka hasil analisa dapat diterima.
(b). Menentukan alkalinitas. Dari hasil analisa diatas, alkalinitas hanya disebabkan oleh ion HCO3-.
Alkalinitas dinyatakan sebagai CaCO3= 2,70 meq/l x 50 mg CaCO3/meq
= 135,3 mg/l sebagai CaCO3Catatan : berat equivalen CaCO3 = 100 g/2
= 50 g/eq = 50 mg/meq
(c). Menentukan kesadahan. Untuk hasil analisa yang disajikan, kesadahan air
disebabkan oleh ion kalsium dan magnesium.Kesadahan dinyatakan sebagai CaCO3
= (4,5 meq/l + 2,46 meq/l) x 50 mg CaCO3 /meq= 348,0 mg/l sebagai CaCO3
(d). Perkiraan total padatan terlarut (TDS)TDS= kation + anion dinyatakan dalam mg/l
= 198 mg/l + 490 mg/l= 688 mg/l
PENGOLAHAN AIR
TEKNOLOGI PENGOLAHAN
BAHAN BAKU AIR(KUALITAS AIR)
Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll
TUJUAN PENGGUNAAN(SPESIFIKASI)
Air minum, MCK, proses, pendingin, ketel / steam, dll
I. SATUAN PROSES
II. SATUAN OPERASI
KOAGULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, dll
MIXING, SEDIMENTASI, FILTRASI,ADSORPSI, FLOKULASI, DEAERASIdll
PENGOLAHAN AIR
CONTOH SEDERHANA:
Pengolahan air sumur menjadi air minum
Air sumur Air minum TEKNOLOGI PENGOLAHAN ???
Kualitas ???
KumanDesinfeksi !!!
Bebas kuman
Spesifikasi ????
Satuan pengolahan ???
== Pemilihan satuan-satuan operasi maupun proses untuk pengolahan air sangat tergantung pada kualitas dan jenis bahan baku serta tujuan penggunaan dari air yang telah diolah.
== bisa melibatkan bagian-bagian kecil dari satuan operasi dan proses, tetapi bisa juga melibatkan hampir semua satuan operasi dan proses yang ada.
BEBERAPA SATUAN OPERASI DAN SATUAN PROSES
DALAM PENGOLAHAN AIR
Satuan operasi
1.Saringan (screening)
2.Saringan mikron
3. Aerasi
4.Mixing
5.Flokulasi
6.Sedimentasi
7.Filtrasi
Saringan kuarsa digunakan untuk melindungi pompa dari padatan mengapung. Saringan halus digunakan untuk menghilangkan padatan mengapung dan tersuspensiDigunakan menghilangkan impuritas yang halus seperti alga, pasir, dsb.Untuk menambah maupun mengeluarkan gas-gas dari air. Misal : aerasi untuk menghilangkan Fe2+ dan Mn2+ terlarut.Untuk mencampur bahan-bahan kimia dan gas-gas yang diperlukan untuk pengolahan.Untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan sangat lambat.
Untuk menghilangkan partikel-partikel seperti tanah dan pasir atau padatan (flok) tersuspensi.
Untuk menyaring padatan yang masih tersisa setelah pengendapan/sedimentasi
Satuan Proses
1.Koagulasi
2.Disinfeksi
3.Presipitasi
4.Ion exchange
5.Adsorpsi
6.Oksidasi kimia
Proses penambahan bahan-bahan kimia untuk membentuk gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses flokulasi.Digunakan untuk mematikan bakteri patogen yang ada dalam air.Penghilangan komponen ion terlarut seperti kalsium dan magnesium (kesadahan) dengan penambahan bahan-bahan kimia sehingga akan menimbulkan endapanUntuk penghilangan sebagian maupun keseluruhan kation dan anion terlarut dalam airUntuk penghilangan senyawa-senyawa organik yang menyebabkan warna, rasa dan bau.Untuk mengoksidasi berbagai senyawa yang ditemukan di dalam air, yang menyebabkan rasa, warna dan kerak.
No.
Komponen Rumus Masalah yang ditimbulkan Cara pengolahan
1 Turbidity Tidak ada Air menjadi keruh, membentuk deposit pada pipa-pipa, alat-alat, ketel dan lain-lain
Koagulasi, pengendapan dan filtrasi
2 Warna Tidak ada Timbul buih dalam ketel, menghambat proses pengendapan pada penghilangan besi dan hot phosphate softening
Koagulasi, filtrasi, khlorinasi, adsorbsi dengan karbon aktif
3 Hardness (kesadahan)
Kalsium dan magnesium yang dinyatakan sebagai CaCO3
Membentuk Scale / kerak pada sistem penukar panas, ketel, pipa menghambat daya cuci dengan sabun
Pelunakan, destilasi, pengolahan internal
4 Alkalinity (alkalinitas)
Bikarbonat (HCO3)
Karbonat (CO3)
Hidroksida (OH)Dinyatakan sebagai CaCO3
Timbul buih dan carry over (lolosnya) padatan ke dalam uap panas mengakibatkan karatan pada pipa ketel, bikarbonat dan karbonat menghasilkan CO2 dalam uap panas,
sehingga bersifat korosif.
Pelunakan dengan kapur dan kapur-soda, demineralisasi, penambahan asam, dealkilasi dengan penukar ion, distilasi
5 Asam mineral bebas
H2SO4 ,HCl dan
sebagainya dinyatakan sebagai CaCO3
Korosif Netralisasi dengan alkali
Cara pengolahan air dari berbagai zat pengotor ( Setiadi, 1993)
6 Karbondioksida
CO2 Korosif terhadap jaringan pipa Aerasi, deaerasi, netralisasi dengan alkali, filming dan neutralizing amines
7 PH Konsentrasi ion hydrogen pH = -log (H+)
Perubahan pH dipengaruhi oleh keasaman atau kebasaan dalam air. Air dalam biasanya pH = 6-8
PH dapat dinaikkan dengan penambahan Al dan sebaiknya dengan asam
8 Sulfat SO4= Menaikkan kandungan padatan dalam
air, bereaksi dengan Ca membentuk kerak CaSO4
Demineralisasi, distilasi
9 Chlorida Cl- Menaikkan kandungan padatan dalam air dan bersifat korosif
10 Silika SiO2 Membentuk kerak pada ketel dan sudut-sudut turbin
11 Besi Fe2+ (ferro)Fe3+
Terbentuk deposit pada pipa-pipa dan boiler
Aerasi, koagulasi dan filtrai pelunakan kapur, penukar kation
12 Mangan Mn Terbentuk deposit Aerasi, pelunakan kapur
13 Minyak Dinyatakan sebagai oil atau Ichloroform extractible matter
Terbentuk kerak, lumpur dan buih dalam ketel
Raffle reparation stainers koagulan dan filktrasi, filtrasi dengan diatamaceous earth
14 Oksigen O2 Korosi Deaerasi, sodium sulfate, hyrazine, zat pencegah korosi
15 Hidrogen Sulfida
H2S Bau telur busuk, korosi Aerasi, khlorinasi, penukar anion berbasa tinggi
16 Amoniak NH3 Korosi pada tembaga dan seng Penukar kation dengan zeolite hidrogen, khlorination, daeaerasi
17 Konduktivitas
Dinyatakan dalam Micrombos, konduktansi spesifik
Konduktivitas yang tinggi maka sifat korosi makin tinggi
Demineralisasi, pelunakan kapur, dan sebagainya
18 Padatan terlarut
Tidak ada Padatan terlarut menunjukkan jumlah zat-zat yang terlarut, menyebabkan buih
Pelunakan kapur, penukar kation dengan zeolite hidrogen, demineralisasi, distilasi
19 Padatan tersuspensi
Tidak ada Menyebabkan deposit Pengendapan, filtrasi dan koagulasi
20 Padatan total Tidak ada Padatan total adalah padatan terlarut ditambah padatan tersuspensi
Sama dengan 19 dan 20
SATUAN OPERASI DAN PROSES SEDIMENTASI : MEMEMISAHKAN PADATAN
MENGENDAP
t = 0 t > t>>
padatan mengendap Padatan tak
mengendap
SEDIMENTASI KLARIFIER
THICKENER
FLOTASI (kebalikan sedimentasi)
SATUAN OPERASI DAN PROSES : SEDIMENTASI
Waktu Pengendapan Berbagai Ukuran Partikel
Diameter Partikel (mm)
Nama PartikelWaktu Pengendapan pada Ketinggian 1
kaki/ft
1010,10,010,0010,00010,00001
KerikilPasir kasarPasir halusLumpurBakteriPartikel tanah liatPartikel koloid
0,3 detik3 detik
38 detik33 menit35 jam230 hari63 tahun
SEDIMENTASI : Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)
(a) (b)
SATUAN OPERASI DAN PROSESKOAGULASI DAN FLOKULASI : memisahkan padatan
tersuspensi dan koloid
Padatan tersuspensiPadatan terlarut
koagulan koagulan
PRESIPITASI : menghilangkan kation/anion terlarut dengan penambahan bahan kimia
Bahan kimia
Kation/anion terlarut
ION EXCHANGE : menghilangkan kation/anion terlarut
Kation/anion
Padatan penukar ion
Kation/anion dalam air
Air
Air
Kolom penukar ion
KOAGULASI FLOKULASI : Definisi
Koagulasi : rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia
Flokulasi : slow mixing, kadang-kadang dengan penambahan koagulan aid (flokulan)
KOAGULASI FLOKULASI :
Diameter Ao
A. Sistem Koloidal- Warna - Koloid inert (tanah liat, garam anorganik)- Emulsi- Bakteri- AlgaB. Kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+)C. Polyelektrolit (BM 100.000 – 15.000.000)D. Air
50 - 1.000 1.000 - 30.000
2.000 - 100.000 5.000 - 100.000 50.000 - 8.000.000 1 - 2
250.000 - 40.000.000 4
Ukuran partikel yang terlibat dalam koagulasi
KOAGULASI FLOKULASI
Distribusi muatan lapisan ganda
KOAGULASI FLOKULASI :contoh pengukuran potensial
zeta
Koagulasi air menggunakan alum
KOAGULASI FLOKULASI
1. Tawas
Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 -----> 3CaSO4 + 2
Al(OH)3 + 18 H2O
2. Ferro sulfatFeSO4.7H2O + Ca(OH)2 -----> Fe(OH)2 + CaSO4 + 7
H2O
KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis koagulan
3. Ferri sulfatFe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ----> 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 +
6CO2
4. Ferri khlorida2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 ---------> 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3
5. PAC
KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis flokulan
KOAGULASI FLOKULASI : PE kationik
PE kationik seperti polyamine terhidrolisa dalam air
R R NH + H2O --- NH.H+ + OH-
R R == pada pH tinggi reaksi akan menyebabkan
reaksi bergeser ke kiri, dan polimer menjadi tidak bermuatan (non ionik). akan menurunkan kapasitas penukaran ion PE pada pH tinggi.
KOAGULASI FLOKULASI : PE anionik
Polymer anionik memiliki guhus karboksil dalam struktur molekulnya. Molekul ini akan terionisasi dalam air sebagai berikut.R-COOH === R-COO- + H+
Ion hydrogen akan memaksa reaksi ke kiri sehingga molekul ini akan menjadi non ionik pada pH rendah.
Contoh Diagram Alir : Pengolahan air sumber menajdi air minum dalam kemasan
Bak Tandon
Tanki UmpanOzone
Filter multimedia
Karbon Aktif
Cartridge filter 5, 3, 1 µ
Lampu Ultraviolet (UV)Tanki produk
Mesin Cup
Mesin Gallon
Mesin Botol
Generator Ozone
Air sumber
Bak Pencampur
Klarifier
Saringan Pasir
Bak Lumpur
Dekanter
Air
Lumpurpadat
Bak air terfiltrasi
Air Pendingin
Air sanitasi
Air untuk service
Filter karbon
Penukar kation
Dekarbonator
Penukar Anion
Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organikPenghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+
Peghilangan CO2
Penghilangan Cl-, NO3
-, SiO3-
Unit demineralisasi
Deaerator
Unit Injeksi Kimia
Air umpam boiler
Air Proses
Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)
Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll)
Alum, flokulan, NaOH, kaporit
Air baku (air sungai)
Contoh diagram penyediaan/pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri
Desinfeksi
KOLAMRENANG
kaporit
Air sumur artetis
overflow
Balancing tank
Saringan pasir
Kaporit, HCl, PAC,Soda abu
Contoh Blok Diagram pengolahan air di kolam renang