MACAM-MACAM KOAGULAN

a. Pengertian Koagulan

Koagulan adalah bahan kimia yang mempunyai kemampuan menetralisasi

muatan partikel koloid dan mampu untuk mengikat partikel koloid tersebut membentuk

gumpalan atau flok. Flok tersebut selanjutnya akan masuk ke tahapan selanjutnya

seperti sedimentasi sehingga terbentuklah sedimen sedimennya. Efektifitas dari kerja

koagulan tergantung dari pH dan dosis dari pemakaian serta tergantung pula dari sifat

air limbah yang diolah. Pemilihan zat koagulan harus berdasarkan pertimbangan antara

lain jumlah dan kualitas air yang akan diolah, kekeruhan air baku, metode filtrasi serta

sistem pembuangan lumpur endapan (Alaerts, 1984, 52).

b. Jenis-Jenis Koagulan

1. Aluminium sulfat (Alum), Al2(SO4)3.18H2O

Garam Aluminium Sulfat jika ditambahkan dalam air dengan mudah akan larut

dan bereaksi dengan HCO3- menghasilkan aluminium hidroksida. Dengan adanya

aluminium hidroksida yang bermuatan positif, maka akan terjadi tarik menarik antara

partikel koloid yang bermuatan negatif dengan partikel aluminium hidroksida sehingga

terbentuk gumpalan partikel yang makin lama makin besar dan berat serta cepat

mengendap. Selain itu juga partikel zat organik tersuspensi, zat anorganik, bakteri dan

mikro organisme yang lain dapat bersama-sama membentuk gumpalan partikel atau flok

yang akan mengendap bersama-sama.

Jika alkalinitas air tidak cukup untuk dapat bereaksi dengan Alum, maka dapat

ditambahkan kapur atau soda abu agar reaksi dapat berjalan dengan baik.

Al2(SO4)3.18H2O + 3 Ca(HCO3)2 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 + 18 H2O

Al2(SO4)3.18.H2O + 3 Ca(OH)2 2 Al(OH)3 + CaSO4 + 18 H2O

Al2(SO4)3.18H2O + 3 Na2CO3 + 3H2O 2Al(OH)3 + 3Na2SO4 +3CO2+ 18H2O

Al2(SO4)3.18H2O + 6 NaOH 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 + 18 H2O

Aluminium sulfat atau alum, diproduksi dalam dalam bentuk padatan atau

cairan. Banyak dipakai karena harganya relatif murah dan efektif untuk mengolah air

dengan kekeruhan yang tinggi dan baik dipakai bersama-sama dengan zat koagulan

pembantu. Dibandingkan dengan garam besi Alum tidak menimbulkan pengotoran yang

serius pada dinding bak. Salah satu kekurangannya flok yang terjadi lebih ringan

dibanding flok koagulan garam besi dan selang pH lebih sempit yaitu 5,5 – 8,5. Alum

padat umumnya dipakai dalam bentuk larutan dengan konsentrasi 5 – 10 % untuk

Nama : Dwi Apriansyah NIM : 03101003044

skala kecil dan untuk skala besar 20 – 30 %. Alum cair cara pengerjaan dan transportasi

mudah tetapi pada suhu rendah dan konsentrasi tinggi akan terjadi pengkristalan Al2O3

yang menyebabkan pada penyumbatan pada perpipan (Tchobanoglous, dkk, 2003,

267 ).

Tawas, atau dalam bahasa Inggrisnya disebut "Alum" adalah suatu kristal sulfat

dari logam-logam seperti lithium, potassium, calcium, alumunium, dan logam-logam

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

tergantung pada jenis logam dan suhu. Tawas telah dikenal sebagai flocculator yang

berfungsi untuk menggumpalkan kotoran-kotoran pada proses penjernihan air. Selain

itu, tawas juga digunakan sebagai deodorant, karena sifat antibakterinya. 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. Alum kalium memiliki titik leleh 900ºC.

Tipe lain dari alum adalah aluminium sulfat yang mencakupi alum natrium, alum

amonium, dan alum perak. Alum digunakan untuk pembuatan bahan tekstil yang tahan

api, obat, dan sebagainya.

Aluminium sulfat padat dengan nama lain: alum, alum padat, aluminium alum,

cake alum, atau aluminium salt adalah produk buatan berbentuk bubuk, butiran, atau

bongkahan, dengan rumus kimia Al2(SO4)3. xH2O. Kekeruhan dalam air dapat

dihilangkan melalui penambahan sejenis bahan kimia yang disebut koagulan. Pada

umumnya bahan seperti Aluminium sulfat [Al2(SO4)3.18H2O] atau sering disebut alum

atau tawas, fero sulfat, Poly Aluminium Chlorida (PAC) dan poli elektrolit organik

dapat digunakan sebagai koagulan. Untuk menentukan dosis yang optimal, koagulan

yang sesuai dan pH yang akan digunakan dalam proses penjernihan air, secara

sederhana dapat dilakukan dalam laboratorium dengan menggunakan tes yang

sederhana (Alearts & Santika, 1984).

Prinsip penjernihan air adalah dengan menggunakan stabilitas partikel-partikel

bahan pencemar dalam bentuk koloid. Stabilitas partikel-partikel bahan pencemar ini

disebabkan:

a) Partikel-partikel kecil ini terlalu ringan untuk mengendap dalam waktu yang

pendek (beberapa jam).

b) Partikel-partikel tersebut tidak dapat menyatu, bergabung dan menjadi partikel

yang lebih besar dan berat, karena muatan elektris pada permukaan, elektrostatis

antara muatan partikel satu dan yang lainnya. Stabilitas partikel-partikel bahan

pencemar ini dapat diganggu dengan pembubuhan koagulan.

Dalam proses penjernihan air secara kimia melibatkan dua proses yaitu

koagulasi dan flokulasi (Alearts & Santika, 1984). Proses koagulasi adalah suatu proses

pertumbuhan dan pencampuran dilakukan secara tepat dari suatu proses koagulan,

stabilisasi dan partikel-partikel koloid tersuspensi, serta agregasi awal dari partikel-

partikel terstabilisasi (Reynold, 1982).

Partikel-partikel koloid yang terbentuk umumnya terlalu sulit untuk dihilangkan

jika hanya dengan pengendapan secara gravitasi. Tetapi apabila koloid-koloid tersebut

distabilkan dengan cara agregasi atau koagulasi menjadi partikel yang lebih besar maka

koloid-koloid tersebut dapat dihilangkan dengan cepat (Metcalf & Eddy, 1978).

Terdapat tiga mekanisme koagulasi yaitu komponen lapisan ganda (double layer

compression), adsorbsi (adsorbtion) dan absorbsi oleh polimer (absorption by polymer).

Koagulasi merupakan proses penambahan bahan kimia (koagulan) yang memiliki

kemampuan untuk menjadikan partikel koloid tidak stabil sehingga partikel siap

membentuk flok. Terdapat tiga tahap penting pada proses pengolahan air dengan

penambahan zat kimia seperti tawas yaitu: tahap pembentukan inti endapan, tahap

flokulasi, tahap pemisahan flok dengan cairan. Koagulasi dan flokulasi merupakan

suatu proses yang umum dilakukan dalam pengolahan limbah cair industri.

Koagulasi adalah proses penambahan bahan kimia atau koagulan ke dalam air

limbah yang bertujuan untuk mengurangi daya tolak menolak antar partikel koloid,

sehingga partikel-partikel tersebut dapat bergabung menjadi flok-flok kecil. Flokulasi

adalah proses penggabungan flok-flok kecil sehingga menjadi flok-flok yang lebih besar

sehingga akan mudah mengendap. Biasanya pengolahan air dengan menggunakan tawas

ini, dilakukan pada awal proses pengolahan air kotor. Tawas ditambahkan ke dalam air

sehingga menyebabkan partikel-partikel tersuspensi akan mengendap dan kemudian air

dapat diolah lebih lanjut. Salah satunya dengan proses filtrasi. Kemudian didesinfeksi

lalu dapat dikonsumsi. Tawas merupakan alumunium sulfat yang dapat digunakan

sebagai penjernih air seperti sedimentasi (water treatment) karena tawas yang

dilarutkan dalam air mampu mengikat kotoran-kotoran dan mengendapkan kotoran

dalam air sehingga menjadikan air menjadi jernih.

Tawas dikenal sebagai koagulan didalam pengolahan air limbah. Sebagai

koagulan tawas sangat efektif untuk mengendapkan partikel yang melayang baik dalam

bentuk koloid maupun suspensi. Selain digunakan sebagai penjernih air, tawas juga

dapat digunakan sebagai zat aditif untuk antiperspirant (deodorant). Tawas sendiri

adalah kelompok garam rangkap berhidrat berupa kristal dan bersifat isomorf. Tawas ini

dikenal dengan nama potassium aluminium sulfat dodekahidrat atau KAl(SO4)2.12H2O

yang dikenal banyak sebagai koagulan didalam pengolahan air maupun limbah. Sebagai

koagulan alum sulfat sangat efektif untuk mengendapkan partikel yang melayang baik

dalam bentuk koloid maupun suspensi. Tawas ini dipasaran dibedakan atas 2 jenis

berdasarkan bentuknya, yaitu tawas butek dan tawas bening.

Tawas atau alum dapat dibuat melalui dua cara yaitu :

1. Proses Bauxite

Dengan proses bauxite ini, tawas dibuat langsung dari bauxite dan asam sulfat.

Dimana bauxite mengandung kurang lebih 50% Al(OH)3.

2. Proses Al(OH)3

Dengan proses Al(OH)3 ini, tawas dibuat dari Al(OH)3 yang direaksikan dengan

asam sulfat membentuk alum sulfat. Tawas yang baik adalah tawas yang mampu

mengikat banyak kotoran-kotoran dan mengendapkannya sehingga air menjadi

jernih.

2. Poly Aluminium Chloride (PAC)

PAC merupakan bentuk polimerisasi kondensasi dari garam aluminium,

berbentuk cair dan merupakan koagulan yang sangat baik. PAC mempunyai daya

koagulasi lebih besar daripada alum dan dapat menghasilkan flok yang stabil walaupun

pada suhu yang rendah dan pengerjaannya pun mudah (Alaerts, 1984, 56). Koagulasi

dengan poli alumunium klorida dapat dengan mudah memproduksi flok yang kuat.

Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan lainnya :

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

diperlukan pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu. 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. 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 struktur ekuatik membentuk suatau makromolekul terutama gugusan

protein, amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.

2. 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.

3. 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. 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.

4. PAC lebih cepat membentuk flok daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari

gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang ikatan ini

diperkuat dengan rantai polimer dari gugus polielektrolite sehingga gumpalan

floknya menjadi lebih padat, penambahan gugus hidroksil kedalam rantai koloid

yang hidrofobik akan menambah berat molekul, dengan demikian walaupun

ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi over-load bagi instalasi yang

ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

3. Ferro Sulfat

Dikenal sebagai Copperas, bentuk umumnya adalah granular. Ferrous Sulfate

dan lime sangat efektif untuk proses penjernihan air dengan pH tinggi (pH > 10). Ferro

Sulfat diproduksi dalam bentuk kristal bewarna hijau atau butiran untuk pembubuhan

kering dengan kandungan FeSO4 kira-kira 55 %. Biasanya digunakan bersamasama

dengan kapur untuk menaikan pH sehingga ion Ferro terendapkan dalam bentuk feri

hidroksida Fe(OH)3.

Ferro sulfat kurang sesuai untuk menghilangkan warna akan tetapi sangat baik

untuk pengolahan air yang mempunyai alkalinitas, kekeruhan dan DO yang tinggi.

Kondisi pH yang sesuai antara 9 – 11. Ferro Sulfat lebih murah dibanding Alum,

tetapi pengolahan air dengan menggunakan Ferro Sulfat memperbesar kesadahan air.

Berikut adalah reaksi pada ferro sulfat :

FeSO4.7H2O + Ca(OH)2 Fe(OH)2 + CaSO4 + 7 H2O

4 Fe(OH)2 + O2 + 2H2O 4 Fe(OH)3

4. Ferri Chlorida

Ferri klorida dan ferri sulfat merupakan bahan koagulan dengan nama dagang

bermacam-macam. Dapat bereaksi dengan bikarbonat (alkalinitas) atau kapur.

2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 2 Fe(OH)3 + CaCl2 + 21 H2O

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

Keuntungan dari koagulan garam ferri antara lain proses koagulasi dapat

dilakukan pada selang pH yang lebih besar, biasanya antara pH 4 - 9. Flok yang terjadi

lebih berat sehingga cepat mengendap serta efektif untuk menghilangkan warna , bau

dan rasa. Dalam pengolahan air penggunaannya terbatas karena bersifat korosif dan

tidak tahan untuk penyimpanan yang terlalu lama.

5. Sodium Aluminate (NaAlO)

Koagulan ini lebih baik dipakai dengan cara bersama-sama dengan alum

karena akan menurunkan pemakaian alum dan biasa menghilangkan warna. Digunakan

dalam kondisi khusus karena harganya yang relatif mahal. Biasanya digunakan sebagai

koagulan sekunder untuk menghilangkan warna dan dalam proses pelunakan air dengan

lime soda ash.

6. Amonia Alum

Koagulan ini dipakai dengan cara dilarutkan terlebih dahulu di dalam suatu pot

dengan memakai tekanan, baru larutannya diinjeksikan ke dalam air .

Flokulasi adalah pengadukan dengan proses lambat untuk menggabungkan partikel –

partikel terdestabilisasi dan membentuk padat atau flok, dengan kecepatan pengendapan

tinggi. Penambahan flokulan tersebut dapat mengatasi, misalnya flok kecil yang

mengendap dengan lambat, yang dihasilkan dari koagulasi air warna yang mengandung

zat-zat pengganggu.

7. Chlorinated copperas

Dibuat dengan menambahkan klorin untuk mengioksidasi Ferrous Sulfate.

Keuntungan penggunaan koagulan ini adalah dapat bekerja pada jangkauan pH 4,8

hingga 11. Pada kasus pembentukan flok yang lemah dengan menggunakan dosis tawas

optimum untuk menghilangkan warna, polialumunium klorida (PAC) dapat digunakan

sebagai koagulan pilihan selain tawas.

8. Ferrie sulfate ( Fe2(SO4)3)

Mampu untuk menghilangkan warna pada pH rendah dan tinggi serta dapat

menghilangkan Fe dan Mn.

Untuk senyawa besi, tipe hidrolisa yang sama dapat berlangsung seperti :

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Terdapat pula ion ferri hidrat seperti : [Fe(H2O)6]3+ dengan persamaan reaksi

yang sama dengan hidrolisa [Al(H2O)6]3+.

Pembentukan [Fe(H2O)2(OH)4]− atau Fe(OH)4− hanya terjadi pada pH tinggi,

tetapi tidak biasa ditemui pada pengolahan secara konvensional, jadi batas pH untuk

koagulasi dengan Fe3+ lebih besar dari pada untuk Al3+, sebagai contoh pH 9 untuk

koagulasi dengan Fe3+ dan 7,8 untuk Al3+. Senyawa besi mempunyai tendensi

membentuk jenis polinuklir yang lebih kecil dibandingkan dengan aluminium.

Dosis kagulan yang diperlukan tergantung pada :

1. Konsentrasi warna.

2. Zeta potential (pengukuran mobilitas elektroforesa) juga merupakan faktor penting

untuk menghilangkan warna secara efektif. Hal ini erat hubungannya dengan sisa

konsentrasi warna. Pada pH yang optimum, sisa warna berkurang secara

proporsional dengan penambahan dosis koagulan.

3. Jenis koagulan → koagulan yang dapat digunakan untuk menghilangkan warna

adalah :

a. Garam aluminium : Alum sulfat/tawas, Al2(SO4)3.xH2O, Polyaluminium

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

b. Garam besi (III) : Ferri sulfat, Fe2(SO4)3.xH2O, Ferri klorida, FeCl3.

Semakin tinggi dosis koagulan yang digunakan akan menghasilkan efisiensi

penghilangan warna yang lebih besar pula, akan tetapi residu koagulan akan semakin

besar.

c. Jenis Koagulan Aid

Kesulitan pada saat proses koagulasi kadang-kadang terjadi karena lamanya

waktu pengendapan dan flok yang terbentuk lunak sehingga akan mempersulit proses

pemisahan. Definisi koagulan aids adalah koagulan sekunder yang ditambahkan setelah

koagulan primer atau utama bertujuan untuk mempercepat pengendapan, pembentukan

dan pengerasan flok.

Jenis koagulan aid diantaranya:

1. PAC ( poly alumunium chloride )

Polimer alumunium merupakan jenis baru sebagai hasil riset dan pengembangan

teknologi air sebagai dasarnya adalah alumunium yang berhubungan dengan unsur lain

membentuk unit berulang dalam suatu ikatan rantai molekul yang cukup panjang, pada

PAC unit berulangnya adalah Al-OH.

Rumus empirisnya adalah Aln(OH)mCl3n-m.

Dimana : n = 2 2,7 <> 0

Dengan demikian PAC menggabungkan netralisasi dan kemampuan menjembatani

partikel-partikel koloid sehingga koagulasi berlangsung efisien. Namun terdapat

kendala dalam menggunakan PAC sebagai koagulan aids yaitu perlu pengarahan dalam

pemakaiannya karena bersifat higroskopis.

2. Karbon aktif

Aktivasi karbon bertujuan untuk memperbesar luas permukaan arang dengan

membuka pori-pori yang tertutup sehingga memperbesar kapasitas adsorbsi. Pori-pori

arang biasanya diisi oleh hidrokarbon dan zat-zat organik lainnya yang terdiri dari

persenyawaan kimia yang ditambahkan akan meresap dalam arang dan membuka

permukaan yang mula-mula tertutup oleh komponen kimia sehingga luas permukaan

yang aktif bertambah besar. Efisiensi adsorbsi karbon aktif tergantung dari perbedaan

muatan listrik antara arang dengan zat atau ion yang diserap.

3. Activated silica

Merupakan sodium silicate yang telah direaksikan dengan sulfuric acid,

alumunium sulfat, karbon dioksida, atau klorida. Sebagai koagulan aid, activated silica

memberikan keuntungan antara lain meningkatkan laju reaksi kimia, menurunkan dosis

koagulan, memperluas jangkauan pH optimum dan mempercepat serta memperkeras

flok yang terbentuk. Umumnya digunakan dengan koagulan alumunium dengan dosis 7

– 11% dari dosis alum.