PENGENALAN SISTEM PENGPLAHAN AIR SECARA EKSTERNAL DALAM INDUSTRIMakalah ini disusun untuk memenuhi mata kuliah Utilitas

Disusun oleh :KELOMPOK 31. Gika Putri Ariani (21030113140144)2. Devita Amelia (21030113120005)3. Adnan Poerbowaluyojati (21030113130161)4. Abdullah Ardhi F (21030113120075)5. Katerina Nila Oktavia (21030113120055)6. Henrikus Ivan Aditya H (21030113120057)7. Wahyu Zuli Pratiwi (21030113120052)8. Hana Nikma Ulya (21030113120050)9. Hikmah Olivia (21030113120091)10. Lyan Dea Sagita (21030113120056)11. Aditya Gunadi (21030113120058)12. Tita Della Arimbi (21030113120059)

13. Ricky Kurniawan (21030113130147)14. Roynaldy Daud (21030113130166)

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2015

KATA PENGANTARPuji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena limpahan berkat dan rahmat-Nya sehingga dapat tersusunlah makalah ini dengan baik dan sesuai dengan harapan.

Ucapan terimakasih kepada Bapak Hantoro Satriadi, MT selaku dosen mata kuliah Utilitas sebagai dosen pembimbing dalam pembuatan makalah ini, juga teman-teman, dan segala pihak yang terkait.

Makalah ini berisi materi tentang sistem pengolahan air secara eksternal dalam industri.

Makalah ini adalah makalah yang dibuat dengan sebaik-baiknya, namun masih banyak hal yang harus diperbaiki. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk evaluasi hasil kerja.Semarang, 26 Maret 2015Kelompok 3A. Pengolahan EksternalProses pengolahan secara eksternal untuk memperbaiki kualitas air terdiri atas berbagai jenis, dan penerapan proses-proses tersebut disesuaikan dengan tujuan penggunaan air yang dikehendaki. Gambar 1 menunjukkan sebagian besar jenis proses pengolahan air secara eksternal. Proses-proses tersebut digunakan untuk mengolah impurities tertentu dan pengolahan air secara eksternal ini dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :

A. Proses pendahuluan (pretreatment)

Proses ini umumnya digunakan untuk memperoleh kualifikasi air pendingin atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan kualitas yang lebih tinggi.

B. Proses filtrasi

Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi

C. Proses penurunan/penghilangan padatan terlarut

Proses ini bertujuan menghilangkan padatan terlarut (dissolved solid) tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimiawi (chemical precipitation), misalnya: proses pertukaran ion (ion exchange).Namun hanya proses pendahuluan dan filtrasi yang akan dibahas lebih mendalam dalam pembahasan berikut

Gambar 1. Proses-proses Air Secara Eksternal

A.1. Proses Pendahuluan

Proses-proses pendahuluan yang akan dibahas antara lain : sedimentasi, aerasi, dan klarifikasi.

A.1.1. Sedimentasi

Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut. Kecepatan pengendapan partikel-partikel yang terdapat di dalam air bergantung kepada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Hubungan ukuran partikel dengan waktu pengendapan ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Waktu pengendapan untuk berbagai ukuran/diameter partikel

Alat sedimentasi terdiri atas dua jenis, yaitu jenis bak pengendap segi empat (rectangular) seperti terlihat pada Gambar 2, dan jenis lingkaran (circular) seperti terlihat pada Gambar 3. Jenis segi empat biasanya digunakan untuk laju alir air yang besar, karena pengendaliannya dapat dilakukan dengan mudah, sedangkan keuntungan alat sedimentasi jenis lingkaran yaitu memiliki mekanisme pemisahan lumpur yang sederhana. Proses sedimentasi biasanya dilakukan sebelum proses klarifikasi.

Gambar 2. Bak pengendapan jenis segi empat (rectangular)

Gambar 3 Bak pengendapan jenis lingkaran (circular)A.1.2. Klarifikasi

Proses klarifikasi bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi, baik yang kasar, halus atau bersifat koloid. Proses ini mencakup koagulasi, flokulasi dan sedimentasi yang masing-masing merupakan langkah-langkah tersendiri dengan persyaratan tertentu yang harus dipenuhi untuk memperoleh hasil yang dikehendaki. Apabila ada kondisi yang merugikan salah satu dari ketiga langkah tersebut, maka hasil yang diperoleh akan kurang memuaskan. Langkah-langkah proses klarifikasi tersebut adalah sebagai berikut :

i. Koagulasi

Koagulasi adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat diendapkan bersamasama. Bahan kimia pengendap dimasukkan ke dalam air dan diaduk dengan cepat. Hasil reaksi kimia yang terjadi disebut flok (floc) yaitu partikel bukan koloid yang sangat halus.

ii. Flokulasi

Flokulasi merupakan kelanjutan proses koagulasi, partikel-partikel halus hasil koagulasi membentuk suatu gumpalan yang besar sehingga lebih mudah mengendap. Proses flokulasi dibantu dengan cara pengadukan yang lambat.

Proses klarifikasi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia tertentu, misalnya : alum (aluminium sulfat), natrium aluminat, ferri sulfat, ferri klorida, dan sebagainya. Proses pengendapan dipercepat dengan penambahan coagulant aid seperti: separan, clays, coagulant aid 2350, dsb.

Reaksi-reaksi yang dapat terjadi pada proses klarifikasi adalah sebagai berikut :

Air yang telah menjalani proses koagulasi dan flokulasi masuk ke tahap sedimentasi yang merupakan tahap akhir dari proses klarifikasi. Desain alat klarifikasi yang paling tua ditunjukkan pada Gambar 4. Langkah langkah proses klarifikasi pada alat tersebut dilakukan pada ruangan-ruangan yang terpisah. Langkah-langkah proses pada alat klarifikasi yang lebih modern dikombinasikan dalam satu alat. Contoh alat tersebut adalah alat jenis solids contact seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 4. Klarifikasi air dengan flash mixing, flokulasi, dan pengendapan

Mekanisme kerja alat:

Umpan masuk ke bagian baffle, yang akan diaduk secara vertical untuk mendorong sekaligus membentuk flok-flok dari umpan, dan disalurkan ke bagian settling basin untuk diaduk secara perlahan sehingga flok-flok yang telah terbentuk di awal akan terpisah. Flok dengan densitas besar akan mengendap dan dikeluarkan melalui sludge scrapers. Sedangkan flok yang memiliki densitas yang lebih kecil atau bahkan hanya berupa cairan diteruskan melewati saluran outlet.

Gambar 5. Alat klarifikasi dengan pengadukan dan koagulasi dalam alat yang sama

Mekanisme kerja alat:

Umpan masuk melalui saluran input dan dialirkan ke bagian tengah. Kemudian zat koagulan akan ditambahkan juga melalui saluran chemical feed inlet dan diaduk hingga bercampur homogen dengan umpan masuk. Kemudian umpan yang telah bercampur akan dialirkan di bagian tengah alat hingga menyentuh dasar sludge scrappers. Flok-flok yang te;lah terbentuk dan berat akan ditangkap di bagian ini, sedangkan massa yang lebih ringan akan lanjut dialirkan ke atas hingga keluar melalui saluran outlet di bagian atas. Sedangkan sludge yang telah terkumpul di bagian bawah alan dikeluarkan melalui sludge outlet.A.1.3. AerasiAerasi adalah proses mekanis pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi adalah sebagai berikut :

1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak diinginkan seperti besi (Fe) dan mangan (Mn). Besi lebih sering ditemukan daripada mangan. Besi yang terdapa dalam air biasanya berbentuk ferobikarbonat atau ferosulfat. Oksigen yang dikontakkan dengan air akan merubah senyawa-senyawa tersebut menjadi ferioksida yang tidak larut dalam air sehingga dapat dipisahkan dengan menggunakan filter.

2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang bersifat korosif Contoh gas seperti ini adalah CO2 yang dapat menurunkan pH air sehingg membantu proses korosi pada logam. Proses penghilangan gas akan makin baik dengan :

a. kenaikan temperatur

b. lamanya waktu kontak

c. makin luasnya permukaan kontak antara air dengan udara

d. banyaknya volume gas yang kontak dengan air

3. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisma Penurunan kualitas air tersebut disebabkan oleh bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau bahan-bahan hasil metabolisme mikroba. Aerasi dilakukan dalam alat yang disebut aerator. Aerator jenis forced draft fan diperlihatkan pada Gambar 4.6. Gambar 4.7 dan 4.8 memperlihatkan aerator jenis coketray aerator dan pressure aerator yang berfungsi untuk mengoksidasi besi terlarut menjadi besi yang tak larut dengan diikuti pemisahan melalui filter.

Mekanisme kerja dari berbagai alat tersebut adalah:

a. Forced Draft Aerator

Water inlet dalam fase cair campuran masuk melalui valve yang dihubungkan ke atas unit sehingga umpan akan jatuh ke bagian bawah unit operasi. Dari bagian bawah tangki terdapat blower yang mendorong udara dari bawah sehingga zat-zat pengotor yang terlarut dalam umpan dapat terpisah dari fase cairnya. Udara beserta pengotor-pengotor tersebut akan dikeluarkan melalui bagian atas unit operasi, sedangkan fase cair yang sudah bersih akan dialirkan melalui bagian bawah tangki.

Gambar 4.6. Forced Draft Aerator.

b. Coke Tray Aerator

Coke Tray Aerator merupakan alat aerasi yang memiliki lapisan dengan celah-celah kecil pada tiap lapisan. Umpan akan dialirkan masuk melalui bagian atas dari unit dan disemprotksn melalui nozzle yang terdapat pada tiap celah sehingga akan dihasilkan droplet. Zat-zat pengotor yang tercampur dalam umpan akan terpisah akibat terbentuknya water vapour sehingga droplet yang mengalir ke lapisan berikutnya memiliki kandungan zat pengotor yang lebih kecil dibanding lapisan sebelumnya, dan seterusnya hingga mencapai lapisan terbawah dari unit operasi.

Gambar 4.7. Coke Tray Aerator

c. Pressure Aerator

Pressure Aerator memanfaatkan tekanan sebagai tenaga pendorong bagi umpan yang masuk agar dapat keluar dari unit operasi. Tujuannya untuk mendapatkan outlet yang telah teraerasi. Prinsipnya umpan yang masuk hingga mencapai ketinggian tertentu akan menyentuh sensor sebagai aktivasi dari pompa. Akibatnya umpan yang telah berada didalam unit akan terkompresi hingga keluar dari unit dalam keadaan teraerasi.

Gambar 4.8. Pressure Aerator

A.2. FiltrasiProses filtrasi bertujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi (suspended matter dalam suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori, misalnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya. Fluida dapat berupa cairan (zat-zat tersuspensi dalam cairan/slurry) atau gas. Zat-zat tersuspensi dapat berukuran sangat halus atau kasar, kaku atau kenyal, berbentuk bulat atau sangat tidak beraturan. Produk yang diinginkan dapat berupa filtrat atau padatan (cake).

Pada kondisi tertentu, filtrasi dapat digunakan untuk proses penjernihan air dengan cara penyaringan langsung terhadap air baku.

Media penyaring (filter) dapat dioperasikan dengan baik untuk jangka waktu tertentu, jika pressure drop meningkat sampai batas yang diizinkan, maka harus dilakukan pembersihan filter dengan cara cuci balik (backwashing). Cuci-balik dilakukan dengan cara mengalirkan air secara berlawanan arah dengan arah aliran pada saat operasi selama 5 - 10 menit, setelah itu dilakukan pembilasan.

Filter dapat digolongkan menjadi beberapa jenis berdasarkan siklus operasinya batch atau kontinu, produk yang diinginkan filtrat atau cake atau gaya pendorongnya (driving force). Jenis filter yang dikenal berdasarkan gaya pendorong yang digunakan antara lain jenis gravity filter (Gambar 4.9) dan pressure filter (Gambar 4.10)

Pressure filter cukup banyak digunakan karena memiliki beberapa keuntungan, antara lain:

a. sedikit memerlukan tempat

b. pemasangannya mudah, murah dan cepat

c. unit-unit lain mudah ditambah jika diperlukan

d. mengurangi biaya pemompaan air untuk proses selanjutnya

Pressure filter juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain :

a. keadaan media penyaring sukar dilihat

b. keadaan backwashing tidak dapat dilihat langsung

c. kehilangan media penyaring tidak dapat dilihat langsung

Contoh jenis filter yang lain adalah up flow filter (Gambar 4.11). Penamaan filter ini didasarkan pada arah alirannya yaitu dari bawah ke atas. Ukuran media penyaring ditentukan dari Uniformity-Coefficient (koefisien keseragaman). Semakin kecil harga koefisien ini, semakin seragam ukuran media penyaring tersebut.

Gambar 4.9. Conventional Gravity Filter

Cara Conventional Gravity Filter bekerja:

1. katup A terbuka, menyebabkan influent dapat mengalir ke filter.

2. Katup B terbuka, menyebabkan air dapat mengalir keluar melalui filter.

3. Selama filter beroperasi, katu-katup lain dalam kondisi tertutup.

Cara filter dibersihkan:

1. Menutup katup A.

2. Menutup katup B ketika air dalam filter mengalir ke bagian atas overflow.

3. Membuka katup C dan D, menyebabkan air dari wash-water tank mengalir ke atas melalui media filtrasi, melepaskan kotoran dari lapisan pasir, dan membersihkan padatn yang terakumulasi dari permukaan pasir.

dengan :

Uniformity = d60 = ukuran ayakan yang meloloskan 60% wt sampel yang dianalisa.

Effective size = d10 = ukuran ayakan yang meloloskan 10% wt sampel yang dianalisa.

Gambar 4.10. Pressure Filter

Cara Pressure Filter bekerja:

Umpan dialirkan ke dalam filter dari bagian atas. Kemudian pompa bertekanan menyemburkan udara yang mendorong umpan melewati filter. Umoan yang telah tersaring kemudian dialirkan melalui saluran menuju luar unit.

Gambar 4.11. Up Flow Filter

Cara Up Flow Filter bekerja:

Umpan masuk melalui samping bagian bawah dari unit operasi dan didorong dengan menggunakan udara yang dipompa dari bawah bagian tabung. Umpan akan dilewatkan melalui filter yang memiliki besar celah yang berbeda-beda. Umpan yang telah tersaring akan dikeluarkan melalui saluran yang terbuka di bagian atas unit operasi.DAFTAR PUSTAKASetiadi, Tjandra. 2007. Pengolahan dan Penyediaan Air. Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Bandung