Praktikum Limbah dan Utilitas

Laboratorium Operasi Teknik Kimia

SEDIMENTASI

DISUSUN OLEH

NAMA / NIM : Mauliditia Liris Nusandra (13 644 001)

Restu Adi Putra Manullang (13 644 005)

Andriana Juliyanti (13 644 007)

Aditya Krispurwanda (13 644 056)

KELOMPOK : I (Satu)

KELAS : V’A-S’1 Terapan

Mengetahui,

(Muh. Syahrir Syarifuddin, ST. MT) NIP. 19690204 199802 1 001

i

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Tujuan Percobaan

1. Mengenal alat sedimentasi sederhana dalam proses pengendapan melalui

percobaan system batch dalam suatu bak berbentuk silinder

2. Dapat menjelaskan bagaimana hubungan antara konsentrasi padatan dengan laju

sedimentasi

3. Dapat membandingkan proses sedimentasi secara mannual dan otomatis

4. Menghitung laju sedimentasi dengan menggunakan variasi kapur tanpa adanya

penambahan flokulan dan adanya penambahan flokulan

1.2. Dasar Teori

Banyak metoda pemisahan secara mekanik didasarkan pada pergerakan partikel

solid atau tetesan liquid dalam fluida. Fluida ialah zat yang tidak dapat menahan perubahan

bentuk (distorsi) secara permanen, dapat berupa gas atau cairan baik dalam keadaan diam

ataupun bergerak. Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka didalam

fluida itu akan terbentuk lapisan-lapisan dimana lapisan yang satu meluncur diatas yang

lain hingga mencapai bentuk yang baru. Selama perubahan bentuk itu terdapat tegangan

geser (shear stress) yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju luncur.

Tetapi bila fluida itu sudah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser itu akan

hilang. Fluida yang dalam keseimbangan itu bebas dari segala tegangan geser. Pada suatu

suhu dan tekanan tertentu setiap fluida mempunyai densitas atau rapatan (density) tertentu

yang dalam praktek keteknikan biasanya diukur dalam pound per cubic foot atau dalam

kilogram per meter kubik.

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

1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan filter pasir cepat.

2. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan

filter pasir cepat.

3. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur.

4. 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.

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 meter, dan kedalaman lebih dari 1,8 meter. Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada

konsentrasi partikel dan kemampuan partikel untuk berinteraksi. Klasifikasi ini dapat

dibagi ke dalam empat tipe, yaitu:

Settling tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikel mengendap secara individual dan

tidak ada interaksi antar-partikel

Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel 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 mengendap yang terjadi karena

berat partikel

2

Empat tipe sedimentasi

Sedimentasi Tipe I

Sedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskret, yaitu partikel yang dapat

mengendap bebas secara individual tanpa membutuhkan adanya interaksi antar partikel.

Sebagai contoh sedimentasi tipe I antara lain pengendapan lumpur kasar pada bak

prasedimentasi untuk pengolahan air permukaan dan pengendapan pasir pada grit chamber.

Sesuai dengan definisi 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.

Sedimentasi Tipe II

Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam suspensi encer, di

mana selama pengendapan terjadi saling interaksi antar partikel. Selama dalam operasi

pengendapan, ukuran partikel flokulen bertambah besar, sehingga kecepatannya juga

meningkat. Sebagai contoh sedimentasi tipe II antara lain pengendapan pertama pada

pengolahan air limbah atau pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi pada

pengolahan air minum maupun air limbah. Kecepatan pengendapan partikel tidak bisa

ditentukan dengan persamaan Stoke's karena ukuran dan kecepatan pengendapan tidak

tetap. Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan column settling test dengan multiple

withdrawal ports

3

Sedimentasi Tipe III dan IV

Sedimentasi tipe III adalah pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih

pekat, di mana antar partikel secara bersama-sama saling menahan pengendapan partikel

lain di sekitarnya. Karena itu pengendapan terjadi secara bersama-sama sebagai sebuah

zona dengan kecepatan yang konstan. Pada bagian atas zona terdapat interface yang

memisahkan antara massa partikel yang mengendap dengan air jernih. Sedimentasi tipe

IV merupakan kelanjutan dari sedimentasi tipe III, di mana terjadi pemampatan

(kompresi) massa partikel hingga diperoleh konsentrasi lumpur yang tinggi. Sebagai

contoh sedimentasi tipe III dan IV ini adalah pengendapan lumpur biomassa pada final

clarifier setelah proses lumpur aktif. Tujuan pemampatan pada final clarifier adalah untuk

mendapatkan konsentrasi lumpur biomassa yang tinggi untuk keperluan resirkulasi

lumpur ke dalam reaktor lumpur aktif.

4

Faktor-faktor yang dapat meningkatkan efisiensi bak pengendapan adalah:

a. Luas bidang pengendapan

b. Penggunaan baffle pada bak sedimentasi

c. Mendangkalkan bak

d. Pemasangan plat miring

Tawas

Tawas (Alum) adalah kelompok garam rangkap berhidrat berupa kristal dan bersifat

isomorf. Kristal tawas ini cukup mudah larut dalam air, dan kelarutannya berbeda-beda

tergantung pada jenis logam dan suhu. Alum merupakan salah satu senyawa kimia yang

dibuat dari dari molekul air dan dua jenis garam, salah satunya biasanya Al2(SO4)3. Alum

kalium, juga sering dikenal dengan alum, mempunyai rumus formula yaitu

K2SO4.Al2(SO4)3.24H2O. Alum kalium merupakan jenis alum yang paling penting. Alum

kalium merupakan senyawa yang tidak berwarna dan mempunyai bentuk kristal oktahedral

atau kubus ketika kalium sulfat dan aluminium sulfat keduanya dilarutkan dan didinginkan.

Larutan alum kalium tersebut bersifat asam. Alum kalium sangat larut dalam air panas.

Ketika kristalin alum kalium dipanaskan terjadi pemisahan secara kimia, dan sebagian

garam yang terdehidrasi terlarut dalam air.

Tawas/Alum adalah sejenis koagulan dengan rumus kimia Al2S04 11 H2O atau 14

H2O atau 18 H2O umumnya yang digunakan adalah 18 H2O. Semakin banyak ikatan

molekul hidrat maka semakin banyak ion lawan yang nantinya akan ditangkap akan tetapi

umumnya tidak stabil. Pada pH 7 terbentuk Al ( OH )-4. Flok – flok Al ( OH )3 mengendap

berwarna putih.

Gugus utama dalam proses koagulasi adalah senyawa aluminat yang optimum pada

pH netral. Apabila pH tinggi atau boleh dikatakan kekurangan dosis maka air akan nampak

seperti air baku karena gugus aluminat tidak terbentuk secara sempurna. Akan tetapi

apabila pH rendah atau boleh dikata kelebihan dosis maka air akan tampak keputih –

putihan karena terlalu banyak konsentrasi alum yang cenderung berwarna putih. Dalam

cartesian terbentuk hubungan parabola terbuka, sehingga memerlukan dosis yang tepat

dalam proses penjernihan air. Reaksi alum dalam larutan dapat dituliskan.:

Al2SO4 + 6 H2O —–> Al (OH)3 + 6 H+ + SO42-

5

Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Polyaluminium chloride

(PAC), Aln(OH)mCl3n-m.

Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat polyaluminium chloride

yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida, seperti ditunjukkan

reaksi berikut :

n AlCl3 + m OH− . m Na+ → Al n (OH) m Cl 3n-m + m Na+ + m Cl−

Senyawa ini dibuat dengan berbagai cara menghasilkan larutan PAC yang agak

stabil.

PAC adalah suatu persenyawaan anorganik komplek, ion hidroksil serta ion alumunium

bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear mempunyai rumus umum

Alm(OH)nCl(3m-n). Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan lainnya

adalah :

1. PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak diperlukan

pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2. Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat

rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon yang lebih pendek

dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.

3. Kadar khlorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan cepat

bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen yang

umumnya dalam truktur ekuatik membentuk suatau makromolekul terutama

gugusan protein, amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.

4. PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan koagulan yang

lain (seperti alumunium sulfat, besi klorida dan fero sulfat) bila dosis berlebihan

bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika

digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah membentuk garis linier artinya

jika dosis berlebih maka akan didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan

dosis optimum sehingga penghematan bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan

untuk koagulan selain PAC memberikan grafik parabola terbuka artinya jika

kelebihan atau kekurangan dosis akan menaikkan kekeruhan hasil akhir, hal ini

perlu ketepatan dosis.

6

5. PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolite yang dapat

mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan pembantu, ini

berarti disamping penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.

6. Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga

penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam penggunaan

bahan untuk netralisasi dapat dilakukan.

Kapur

Batu kapur yang terdapat di alam sangat beragam macam atau jenisnya antara lain 

kalsit (CaCO3), dolomit (CaCO3.MgCO3), magnesit (MgCO3), siderit (FeCO3), ankerit

[Ca2Fe(CO3)4], dan aragonit (CaCO3) yang berkomposisi kimia sama dengan kalsit tetapi

berbeda dalam struktur kristalnya.

Beberapa yang sudah di produksi dan mudah tersedia di pasaran adalah jenis dolomit

dan kaptan hanya bedanya kaptan cuma mengandung unsur CA salam bentuk CACO3 .

Dolomit merupakan batuan sedimen laut yang terangkat ke permukaan yang lebih

sering di sebut batu gamping yang umum berwarna putih.Sedangkan untuk keperluan tanah

pertanian batu gamping tersebut harus di haluskan terlebih dahulu serta memiliki unsur

campuran CACO3 dan MGO3 dimana kadar caco3 nya lebih banyak.

Kapur dolomit sering di gunakan sebagai bahan ameliorasi karena mengandung

beberapa hal :

1. Merupakan sumber ca dan mg yg cukup tinggi

2. Sebagai salah satu tindakan dalam pemupukan berimbang dengan perbandingan

ca : mg : K adalah 75 : 18 : 7 dalam komplek jerapan tanah.

3. Dapat meningkatkan PH tanah atau menetralkan AL 3+ melalui proses

CACO3 <----->CA2+ + CA-, MgCO3 <-----> Mg2+ + CO-

dimana ion karbonat (CO-) bereaksi dengan air sebagai

CO3 +H2O <-----> H2CO3 + 2OH-.

Ion OH ini akan bereaksi dengan AL3+ sehingga akan membentuk senyawa

AL(OH)3 dan mengendap

7

BAB II

METODOLOGI

2.1 Alat dan Bahan

2.1.1 Alat yang digunakan:

Seperangkat alat sedimentasi batch

Jangka sorong

Neraca analitik

Gelas kimia 250, 500 ml

Spatula / sendok

Ember sebagai tempat penampungan air

Kaca arloji

2.1.2 Bahan yang digunakan:

Kapur (CaCO3)

Air (H2O)

Aluminium Sulfat (Al2(SO4)3)

2.2 Prosedur Kerja

A. Percobaan tanpa menggunakan flokulan dengan pengadukan manual

1) Mengayak kapur yang akan digunakan dan menimbang kapur sebanyak 50 gram,

100 gram, 150 gram, 200 gram, dan 250 gram, kemudian memindahkannya ke

dalam tabung

2) Menambahkan air hingga mencapai ketinggian 70 cm

3) Mengocok campuran dengan cara memutar tabung 900 sebanyak 10 kali kemudian

mendiamkan dan melepaskan penutup tabung

4) Mengamati dan mencatat ketinggian suspensI setiap 5 menit

8

B. Percobaan menggunakan flokulan sebanyak 1 gram dengan pengadukan

manual

1) Mengayak kapur yang akan digunakan dan menimbang kapur sebanyak 50 gram,

100 gram, 150 gram, 200 gram, dan 250 gram, kemudian memindahkannya ke

dalam tabung pengendap

2) Menambahkan air hingga mencapai ketinggian 70 cm

3) Menambahkan 1 gram flokulan ke dalam tabung pengendap yang telah berisi

campuran air dan kapur

4) Mengocok campuran dengan cara memutar tabung 900 sebanyak 10 kali kemudian

mendiamkan dan melepaskan penutup tabung

5) Mengamati dan mencatat ketinggian suspensi setiap 5 menit

C. Percobaan menggunakan flokulan sebanyak 1 gram dengan pengadukan

manual

1) Mengayak kapur yang akan digunakan dan menimbang kapur sebanyak 50 gram,

100 gram, 150 gram, 200 gram, dan 250 gram, kemudian memindahkannya ke

dalam tabung pengendap

2) Menambahkan air hingga mencapai ketinggian 70 cm

3) Menambahkan 2 gram flokulan ke dalam tabung pengendap yang telah berisi

campuran air dan kapur

4) Mengocok campuran dengan cara memutar tabung 900 sebanyak 10 kali kemudian

mendiamkan dan melepaskan penutup tabung

5) Mengamati dan mencatat ketinggian suspensi setiap 5 menit

9

BAB III

HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Data Pengamatan

Tabel 1. Data Hasil Percobaan Secara Manual Tanpa Penambahan Flokulan

waktu (menit)

Ketinggian zona kompresibel (Z) cm untuk penambahan CaCO3

50 gram 100 gram 150 gram 200 gram 250 gram

0  49  53  56  63 66 5  6  20  26  43 2910  0,6  3,5  4  19,5 16 15  0  3  3,2  17,5  14,120  0  2,5  2,6  15,5  12,525  0  2  2,4  13,8  11,730  0  1,7  1,8  12,5  10,535  0  1,5  1,6  11,4  9,8

Tabel 2. Data Hasil Percobaan dengan penambahan 1 gram Aluminium Sulfat

waktu (menit)

Ketinggian zona kompresibel (Z) cm untuk penambahan CaCO3

50 gram 100 gram 150 gram 200 gram 250 gram

0  69,5 69  68,5  68 68 5  28,5  18,5  27,5 31  40 10  0,3  4  12  21,5 28,3 15  0  2,2  9,3  17,5 2420  0  1,9  7,7  15,3 22,2 25  0  1,5  6,3  13,5 20,530  0  1,5  5,4  12 19,3 35  0  1,5  4,7  11,2  18,7

Tabel 3. Data Hasil Percobaan dengan penambahan 2 gram Aluminium Sulfat

10

waktu (menit)

Ketinggian zona kompresibel (Z) cm untuk penambahan CaCO3

50 gram 100 gram 150 gram 200 gram 250 gram

0 69,5   69,5 69,5  62,5  69 5 2,5  6,5  25 32  35 10  1,2  5,2 16,1 25 2815 0,2   3,4 12,4   20,5 25,8 20  0  2,5 9,5   16,9  23,525  0  2,7 8,6  15  22,430  0  2,4 6,9   13,2  21,135 0   2,2  5,8  11,7  11,9

3.2 Pembahasan

Praktikum kali ini yaitu praktikum mengenai sedimentasi memiliki tujuan untuk

mengenal alat sedimentasi sederhana dalam proses pengendapan melalui percobaan sistem batch

dalam suatu bak berbentuk silinder, dapat menjelaskan bagaimana hubungan antara konsentrasi

padatan dengan laju sedimentasi, dapat membandingkan proses sedimentasi secara manual dan

otomatis, serta menghitung laju sedimentasi dengan menggunakan variasi kapur tanpa adanya

penambahan flokulan dan adanya penambahan flokulan.

Sedimentasi adalah pemisahan partikel- partikel padat yang tersuspensi didalam suatu

cairan dengan memanfaatkan gaya gravitasi dalam kurun waktu tertentu. Pada praktikum ini

menggunakan variasi massa CaCO3 yang berbeda - beda yaitu 50 gram, 100 gram, 150 gram,

200 gram dan 250 gram didalam tabung berbeda–beda selanjutnya dilakukan pengocokan/

pengadukan. Setelah itu larutan diamati dan setiap 5 menit sekali dilihat kecepatan

pengendapannya dengan melihat penurunan partikel yang tersuspensi. Dalam menentukan

kecepatan pengendapan dapat ditentukan dengan grafik hubungan antara ketinggian zona

kompresi versus waktu. Pada grafik dapat dilihat bahwa semakin banyak konsentrasi padatan

11

yang ditambahkan kedalam tabung maka semakin lama pula waktu yang dibutuhkan flok – flok

yang terbentuk untuk mengendap.

Selanjutnya yaitu berdasarkan  grafik  hubungan  antara  tinggi endapan dengan waktu

dan grafik pengaruh penambahan koagulan pada kecepatan pengendapan terlihat jelas bahwa

semakin banyak tawas yang digunakan semakin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk

mengendapkan flok-flok yang terbentuk. Begitupula dengan konsentrasi padatan, dimana

semakin  besar  konsentrasi padatan, kecepatan pengendapan semakin kecil. Hal ini dikarenakan

semakin banyak flok, maka konsolidasi / pemampatan akhir sedimen menjadi proses yang

paling lambat dikarenakan cairan yang dipindahkan harus mengalir melalui celah – celah sempit

antar partikel. Saat terjadi pemampatan lajunya berkurang karena hambatan terhadap aliran

semakin meningkat.

12

13

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari percobaan dan perhitungan yang telah lakukan dapat disimpulkan bahwa :

1. Semakin banyak tawas yang digunakan semakin sedikit waktu yang dibutuhkan untuk

mengendapkan flok-flok yang terbentuk.

2. Semakin  besar  konsentrasi padatan, kecepatan pengendapan semakin kecil

14

DAFTAR PUSTAKA

Andri, 2010, Pengertian Sedimentasi, http://id.wikipedia.org/w iki/ Pengertian _ Sedimentasi , 18 September 2015, 16 : 02

Rosita, Dwi Rani, 1994, Pengendapan (Sedimentasi) ,http: //dwiranirosita2.blogspot . co.id/2013

/10/ sedimentasi -bab-II.html , 19 September 2015, 15 : 33

Svehla, 1995, Tawas, http://annisanfushie.wordpress.com/ 2009/04/ 1 2/ pengerntian enzim / , 20

September 2015, 15 : 59

Tim Laboratorium Operasi Teknik Kimia 2015, “Penuntun Praktikum Limbah dan Utilitas”,

Samarinda : Politeknik Negeri Samarinda.

Widiarto, Sony, 2009, Kapur ,http://blog.unila.ac.id/widiarto /files/2009/10/ kapur (CaCO3) .pdf ,

20 September 2015, 15 : 52

15