Koagulasi-Flokulasi dan Sedimentasi

Koagulasi dan FlokulasiKoagulasi adalah peristiwa pembentukan atau penggumpulan partikel-partikel kecil

menggunakan zat koagulan. Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid, suspended solid halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat untuk mendispersikan bahan kimia secara merata dimana proses destabilisasi adalah proses pertukaran ion dimana ion-ion dari zat koagulan yang ditambahkan akan menggantikan kedudukan ion- ion yang terkandung dalam partikel.

Di dalam proses koagulasi diperlukan pengadukan dengan cepat (rapid mixing) dengan kecepatan 120 rpm (Water Specialist Technologies, LLC) yang bertujuan untuk mendispersikan koagulan dengan partikel-partikel koloid agar terjadi proses destabilisasi dan untuk meningkatkan kesempatan partikel untuk kontak dan bertumbukan satu sama lain.

Pengadukan cepat (rapid mixing) menggunakan vertical-shaft impeller di dalam

tangki yang dilengkapi dengan baffle, digunakan untuk mencampur bahan-bahan kimia dan air yang akan diolah.

Berikut adalah gambar dari alat rapid mixing :

(Source: Water Supply and Pollution Control, 5th ed. W. Viessman, Jr. and M.J. Hammer, Harper Collins College Publ. 1993)

Jenis – jenis koagulan ada beberapa macam, yaitu :

1) Aluminum sulfate: Al2(SO4)3.14 H2O Koagulan ini paling banyak digunakan dalam praktek di lapangan, karena

mudah diperoleh dan harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis koagulan lain.

2) Polyaluminum Chloride (PAC): Al2(OH)3Cl3

3) Iron salt- Ferric Sulfate: Fe2(SO4)3

4) Iron salt- Ferric Chloride: Fe2Cl3

. Substansi lain yang digunakan selain koagulan:

Clay minerals

Silicates

PolymersPolymer yang digunakan pada umumnya berupa anion atau kation untuk

membantu koagulasi. Polymer juga dapat memperkuat flok-flok yang terbentuk.

Bahan yang digunakan sebagai koagulan harus memiliki 3 sifat koagulan, antara lain : Kation bervalensi tiga (trivalent cation) Tidak beracun (Nontoxic) Tidak dapat dilarutkan pada pH netral

Flokulasi adalah peristiwa pengumpulan partikel-partikel kecil hasil koagulasi menjadi flok yang lebih besar sehingga cepat mengendap.

Dalam proses ini diperlukan pengadukan secara lambat dengan kecepatan 40 rpm (Water Specialist Technologies, LLC) dengan tujuan menggumpalkan partikel-partikel terkoagulasi berukuran mikro menjadi partikel-partikel flok yang lebih besar. Selain itu, tujuan digunakannya pengadukan lambat dalam proses ini agar flok- flok yang telah terbentuk tidak hancur kembali.

Waktu pengadukan yang dibutuhkan mulai dari 5, 10, 15, 20, hingga 25 menit, yang dimulai tepat setelah selesai pengadukan cepat.

Flokulan adalah bahan-bahan kimia yang dapat mengakibatkan koloid-koloid dan partikel-partikel tersuspensi lainnya bergabung dan membentuk koloid.

Jenis-jenis flokulan antara lain : Aluminium chlorohydrate

Aluminium sulfate

Calcium oxide

Iron (III) chloride

Iron (II) sulfate

Sodium aluminate

Dalam proses flokulasi ini, digunakan alat yang dinamakan flokulator. Berikut gambar flokulator.

(Source: Water Supply and Pollution Control, 5th ed. W. Viessman, Jr. and M.J. Hammer, Harper Collins College Publ. 1993)

Pada alat flokulator ini, menggunakan beberapa unit kincir (paddle) yang berotasi dengan lambat <1 rpm, dengan kecepatan air: 0.5 - 1.5 ft/sec.

Pada proses flokulasi yang dapat terdapat dalam gambar di atas, feed dari rapid mix

tank akan masuk ke dalam first chamber. Dalam chamber tersebut, terdapat rotating pedals yang bergerak lambat, setelah lolos dari first chamber akan masuk ke dalam second chamber. Antara first chamber dan second chamber dipisahkan oleh sekat, yaitu baffle. Proses yang terjadi dalam second chamber sama dengan proses yang ada dalam first chamber. Setelah itu feed masuk ke dalam third chamber. Antara second chamber dan third chamber dipisahkan oleh baffle. setelah feed di proses dalam third chamber, dimana proses yang terjadi sama dengan di dalam first chamber, feed akan keluar dan masuk ke dalam settling tank.

Faktor yang mempengaruhi dalam flokulasi antara lain : • 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.

Sedimentasi

Sedimentasi pada tahapan paska flokulasi dan koagulasi merupakan proses penggumpalan partikel-partikel terkoagulasi berukuran mikro menjadi partikel-partikel flok yang lebih besar.

Sedimentasi digunakan untuk floks yang densitasnya lebih besar dari densitas air. Sesuai dengan prinsip dari pengendapan, partikel dikatakan mengendap apabila densitasnya lebih besar dari densitas air sebagai medium. Sedangkan jika densitas partikel sama dengan densitas air, maka partikel akan melayang. Dan jika densitas partikel kurang dari densitas air, maka partikel akan mengapung. Untuk kasus yang terakhir ini, yakni pengapungan partikel, dapat ditindaklanjuti dengan menggunakan Dissolve Air Flotation yang akan dibahas nantinya.

Tahapan dalam proses sedimentasi adalah sebagai berikut:1. Tahap pengendapan alami (natural sedimentation)2. Tahap penjernihan (clarification) 3. Tahap penyaringan (filtration).

Tujuan dari proses sedimentasi yakni untuk memisahkan suspended solid akibat adanya gaya gravitasi sehingga turun dalam selang waktu tertentu dan mengendap ke dasar bak sedimentasi.

Berdasarkan tabel di atas, dapat dilihat hubungan antara ukuran partikel dengan lamanya waktu pengendapan. Dari data di atas, dapat disimpulkan bahwa ukuran partikel berbanding terbalik dengan lamanya waktu pengendapan. Semakin besar ukuran partikel, maka waktu pengendapan semakin cepat. Begitu pula untuk partikel yang memiliki ukuran lebih kecil, maka waktu pengendapan semakin lama jika dibandingkan dengan partikel yang memiliki ukuran lebih besar.

Gambar di atas merupakan kurva laju pengandapan. Plot kedalaman terhadap waktu menghasilkan kurva sedemikian rupa. Kurva ini diperoleh dari percobaan. Pada gambar sebelah kanan merupakan tabung reaksi yang berisi medium air dan partikel yang akan diendapkan. Hal ini menunjukkan bahwa pada lapisan atas( kedalaman terkecil dihitung dari permukaan), terdapat lapisan air jernih. Semakin menuju ke bawah (dasar tabung reaksi),

partikel yang mengendap mengalami kompresi sehingga semakin dalam dari permukaan, maka kepadatan partikel yang mengendap semakin besar.

Tempat untuk proses sedimentasi dinamakan bak sedimentasi.

Adapun tipe- tipe bak sedimentasi yang paling umum adalah sebagai berikut:

1. Rectangular Basins Bak tipe rectangular merupakan bentuk paling sederhana, dimana air mengalir

secara horizontal. Bak tipe ini digunakan pada treatment plant untuk skala besar.

Prinsip kerja dari bak tipe rectangular ini berdasarkan gaya gravitasi bumi. Dimana air yang mengandung suspended solid dialirkan menuju bak sedimentasi secara horizontal . Dengan adanya gaya gravitasi bumi, maka suspended solid ini akan turun menuju dasar bak sediemntasi dan mengendap di dassar bak sedimentasi. Pada awalnya endapan yang terbentuk hanya merupakan lapisan-lapisan yang memiliki kepadatan kecil, namun karena adanya daya tekan air terhadap dasar bak sedimentasi dan suspended solid yang terus bertambah, maka padatan lambat laun akan terkompresi memebentuk lapisan sludge( lumpur) padat. Sedangkan air akan terus mengalir menuju outlet sehingga air yang keluar dari bak sedimentasi merupakan air yang bersih.

Gambar di bawah ini merupakan gambar bak sedimentasi tipe rectangular skala industri.

2. Double-deck rectangular basinsBak sedimentasi ini memiliki prinsip kerja yang hampir sama dengan bak

sedimentasi tipe rectangular basins. Perbedaannya terletak pada pembagian area sedimentasi dimana pada bak tipe ini, area sedimentasi terdiri dari dua lapisan, yakni lapisan bawah dan lapisan atas. Bak ini cocok digunakan untuk area yang tidak begitu luas.

Prinsip kerja dari bak ini adalah sebagai berikut:Air masuk dari saluran bagian bawah dan mengalir mengikuti bentuk bak sedimentasi yang sedemikian rupa dan selanjutnya akan keluar melalui saluran bagian atas. Flok- flok yang terbentuk mengalami penegndapan pertama pada area bagian bawah. Di area bagian bawah ini, kecepatan aliran air lebih besar daripada area bagian atas karena mengalami manuver akibat menabrak dinding bak sedimentasi. Selanjutnya, sisa- sisa flok yang belum mengendap akan terbawa aliran air yang kecepatannya semakin berkurang sehingga pada flok akan mengendap pada area bagian atas. Pengendapan ini dinamakan pengendapan kedua.

3. Square or circular sedimentation basins

Sesuai dengan namanya, bak tipe ini berbentuk lingkaran. Biasanya dalam bak ini disamping terdapat zona sedimentasi, juga terdapat zona koagulasi dan zona flokulasi.

Prinsip kerja dari bak sedimentasi tipe ini adalah:Air masuk dari saluran tengah. Air diumpankan dari atas saluran dan

mengalir menuju ke dasar bak. Area ini dinamakan area koagulasi. Zat kimia ditambahkan dari atas saluran dan bersama- sama mengalir menuju dasar bak. Air yang mengandung suspended solid bereaksi denagn zat kimia tersebut membentuk flok- flok. Pada area sedimentasi, flok- flok yang terbentuk tadi akan mengendap di dasar bak sedimentasi. Sludge yang menumpuk akan dikeluarkan melalui sludge outlet yang juga terdapat di dasar bak sedimentasi. Suspended solid yang belum membentuk flok akan terbawa aliran air menuju ke permukaan bak sedimentasi. Area ini dinamakan zona flokulasi dimana suspended solid akan mengalami penggumpalan menjadi flok- flok yang selanjutnya akan mengalami pengendapan menuju ke dasar bak sedimentasi.

Air yang bebas suspended solid akan dialirkan menuju selokan yang terdapat di sekeliling permukaan bak sedimentasi.

Gambar di bawah ini merupakan gambar bak sedimentasi tipe circular dalam skala industri.

Square atau circular sedimentation basins biasanya disebut CLARIFIER.

Adapun Faktor yang mempengaruhi kinerja clarifier adalah sebagai berikut:1. Bentuk/desain2. Penambahan zat penolong

Tabel di bawah ini menunjukkan perbedaan dari ketiga tipe bak sedimentasi tyang telah dibahas sebelumnya.

Jenis Kelebihan Kekurangan

Rectangular Basins • cost-effectiveness• low maintenance• alirannya sederhana

Membutuhkan area yang luas

Double-deck rectangular basins

Luas kontak lebih besar Biaya maintenance besar

Square or circular sedimentation basins

Alirannya rumit

Pembagian Zona Bak SedimentasiSecara umum, semua tipe bak sedimentasi baik untuk tipe rectangular maupun

untuk tipe circular memiliki 4 zona (bagian), yaitu:1. Inlet zone2. Settling zone3. Sludge zone4. Outlet zone

1. Inlet ZoneInlet zone merupakan tempat masuknya aliran air . Inlet zone berfungsi untuk

mengatur kecepatan air masuk dimana kecepatan aliran air < 0,5 ft/sec. Hal ini berhubungan dengan pengaturan flok hasil proses flokulasi dan koagulasi. Apabila kecepatan aliran air lebih besar dari kecepatan yang telah ditetapkan, maka flok yang telah terbentuk akan kembali hancur dan sulit untuk diendapkan.

Inlet zone biasanya dilengkapi dengan baffle (sekat), bisa berupa stilling wall maupun channel atau flume yang berfungsi untuk mengendapkan flok- flok dengan cepat. Aliran air yang masuk akan menabrak baffle (sekat), di sini terjadi pemisahan secara fisik.

Untuk tipe stilling wall, aliran air akan diteruskan melalui lubang- lubang yang ada sedangkan flok- flok yang menabrak sekat akan jatuh ke dasar bak sedimentasi.

Untuk tipe channel atau flume, air akan dibelokkan menuju ke dasar bak sedimentasi dan selanjutnya akan mengalir menuju settling zone, sedangkan flok-

flok akan mengendap karena tertahan oleh sekat dan tidak jatuh menuju dasar bak sedimentasi.

2. Settling ZoneSettling zone merupakan bagian dimana sebagian besar proses sedimentasi

berlangsung. Fungsi dari settling zone adalah untuk meningkatkan efisiensi dan mempercepat proses pengendapan.

3. Outlet Zone Outlet zone merupakan jalan keluar aliran air yang telah mengalami proses

sedimentasi. Outlet zone berfungsi untuk mengontrol keluarnya aliran air sehingga diharapkan air yang keluar tidak mengandung flok karena sudah mengalami proses sedimentasi sebelumnya. Selain itu, outlet zone juga berfungsi untuk mengontrol level air dalam bak sedimentasi.

4. Sludge Zone Sludge zone merupakan tempat penampung endapan. Terdapat pada bagian bawah bak. Sludge (lumpur yang mengendap) harus dibuang secara continue yakni dengan

menggunakan sludge scrapper, yaitu alat pembersih sludge yang berada di dasar bak sedimentasi dan dihubungkan dengan travelling bridge di permukaan bak sedimentasi yang nantinya akan mengumpulkan sludge sehingga dapat dikeluarkan dengan menggunakan sludge pump.

Endapan sludge yang terlalu banyak dapat menyebabkan :1. Pengurangan efisiensi sedimentasi

Luas permukaan dasar bak sedimentasi yang seharusnya dapat menampung sludge lebih banyak, karena sludge yang terdapat di dasar bak sedimentasi belum dibersihkan, maka kapasitas penampungan sludge menjadi berkurang.

2. Menyebabkan bau dan rasa pada airSludge yang terkumpul semakin lama semakin bertambah sehingga sludge yang belum sempurna terendapkan dapat mempengaruhi kualitas air, dalam hal ini adalah bau dan rasa air karena kemungkinan besar mendapat tekanan dari air yang masuk.

3. Resuspended sludge sehingga sludge mengalami floatingSeperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sludge yang kurang sempurna dalam pengendapannya akan mengalami floating(pengapungan) karena kapasitas bak sedimentasi yang mampu menampung sludge dan mengendapkannya dengan cepat berkurang disebabkan sludge yang mengendap sebelumnya belum dibersihkan.

Dissolve Air FlotationAlat ini memiliki fungsi yang berkebalikan dengan bak sedimentasi. Dissolve air Flotation berfungsi untuk mengapungkan partikel- partikel yang akan dipisahkan dari air . alt ini dugunakan untuk floks yang densitasnya mirip atau lebih kecil daripada air sehingga floks akan mengapung dipermukaan.

Adapun proses dalam dissolve air flotation ini adalah sebagai berikut: Air masukan atau air hasil pengolahan ulang dimasukkan ke dalam pressurize

tank(tangki bertekanan). Udara dari kompressor dilarutkan kedalamnya di bawah tekanan 2-5 kg/cm2. Karena terdapat perbedaan tekanan antara udara yang dialirkan dari kompressor dengan udara yang terlarut dalam air, maka udara bertekanan akan menuju ke permukaan air. Udara yang menuju ke permukaan air akan melarutkan flok- flok yang densitasnya lebih kecil atau sama dengan densitas air sehingga flok- flok ikut terbawa ke atas dan mengapung di permukaan air. Proses ini juga dibantu oleh rake- rake yang berputar yang terdapat di dasar bak. Rake ini berfungsi untuk mengubah flok- flok menjadi partikel yang lebih kecil sehingga lebih mudah untuk diapungkan. Selain itu, rake ini juga berfungsi untuk memecah udara bertekanan agar merata. Sedangkan untuk flok- flok yang densitasnya lebih besar dari densitas air, maka akan mengalami proses sedimentasi seperti biasanya dan mengendap di dasar bak.

Air yang bebas dari flok akan mengalir melalui selokan dan ditampung dalam treated water tank. Untuk flok yang mengapung, dibersihkan dengan skimmer dan dilanjutkan menuju scum tank Sedangkan untuk sludge(lumpur yang mengendap) akan dibersihkan dengan sludge scrapper dan dilanjutkan menuju scum tank.