pbpam koagulasi-flokulasi

8/10/2019 PBPAM KOAGULASI-FLOKULASI

1/18

MAKALAH PRESENTASI PBPAM

KOAGULASI - FLOKULASI

OLEH:

Diny Setyanti 21080112130075

Indra Hukama A. 21080112140134

Debby Valentina 21080112130081

Julius Alex F 21080112130087

Irham Auliyaa Ardhi 21080112140092

Utamiria Dwi Kartika 21080112130100

Rapinsho Nuradi P. D 21080112130103

Sindi Martina Hastuti 21080112130107

Dian Asri Puspa Ratna 21080112140114

Dina Alfa Christianty 21080112140128

Joshua Partogi Utama 21080110141015

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2014


2/18

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air yang memenuhi syarat kesehatan dengan jumlah yang cukup, serta terjamin

ketersediaannya adalah harapan seluruh pelanggan air bersih. Perusahaan Daerah Air

Minum (PDAM) sebagai pengelola tunggal sistem penyediaan air bersih perkotaan

telah berusaha dengan berbagai macam cara untuk dapat memenuhi harapan tersebut,

tetapi sampai saat ini belum dapat mencapai target yang telah ditetapkan oleh

pemerintah yaitu : melayani sampai 80% penduduk perkotaan dan penekanan angka

kehilangan air sampai kurang dari 25%.

Pada tahun 2015, jumlah penduduk perkotaan menjadi lebih besar dibandingkan

dengan perkotaan dengan perbandingan 53% : 47%. Pergeseran ini mengindikasikan

semakin meningkatnya kebutuhan akan air minum per kapita, karena konsumsi air

masyarakat perkotaan lebih besar daripada masyarakat perdesaan.Peningkatan jumlah

penduduk ini tidak diimbangi dengan ketersediaan air yang sangat terbatas.

Penggundulan hutan telah tidak terkendali sehingga semakin menggangguketersediaan air baku. Sedangkan sumber air baku terutarna air permukaan

mengalarni pencemaran yang semakin meningkat akibat domestik, industri dan

pertanian. Sehingga ketersediaan air baku semakin tidak bisa dijamin, baik kuantitas

dan kualitas. Air baku di sebagian besar wilayah Indonesia sebenarnya tersedia

dengan cukup, tetapi terancam keberadaannya akibat pengelolaan yang buruk, baik

oleh pencemaran maupun kerusakan alam yang menyebabkan terhambatnya

konservasi air.

1.2 Rumusan Masalah

1.2.1 Apa yang dimaksud dengan koagulasi?

1.2.2 Apa yang dimaksud dengan flokulasi?

1.2.3 Bagaimana proses koagulasi-flokulasi?

1.2.4 Bagaimana kriteria desain koagulasi-flokulasi?

1.3 Tujuan1.3.1 Menjelaskan apa yang dimaksud dengan koagulasi

1.3.2 Memaparkan apa yang dimaksud dengan flokulasi

1.3.3 Menjelaskan proses koagulasi-flokulasi

1.3.4 Menjelaskan cara kriteria desain koagulasi-flokulasi


3/18


4/18

1.4 Manfaat

Melalui makalah ini pembaca diharapkan dapat mengetahui tentang seluk beluk

tentang flokulasi dan koagulasi pada pengolahan air minum.


5/18

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Proses Koagulasi-Flokulasi

Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid,suspended

solid halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat untuk

mendispersikan bahan kimia secara merata. (Reynolds, 1982). Dalam suatu suspensi,

koloid tidak mengendap (bersifat stabil) dan terpelihara dalam keadaan terdispersi,

karena mempunyai gaya elektrostatis yang diperolehnya dari ionisasi bagian permukaan

serta adsorpsi ion-ion dari larutan sekitar.

Koagulasi-flokulasi merupakan dua proses yang terangkai menjadi kesatuan

proses tak terpisahkan. Pada proses koagulasi terjadi destabilisasi koloid dan partikel

dalam air sebagai akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan bahan kimia (disebut

koagulan). Akibat pengadukan cepat, koloid dan partikel yang stabil berubah menjadi

tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang bermuatan positif dan negatif.

Pembentukan ion positif dan negatif juga dihasilkan dari proses penguraian koagulan.

Proses ini berlanjut dengan pembentukan ikatan antara ion positif dari koagulan (misal

Al3+) dengan ion negatif dari partikel (misal OH-) dan antara ion positif dari partikel

(misal Ca2+) dengan ion negatif dari koagulan (misal SO42-) yang menyebabkan

pembentukan inti flok (presipitat) (Kawamura, 1991).

Segera setelah terbentuk inti flok, diikuti oleh proses flokulasi, yaitu

penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar yang memungkinkan partikel

dapat mengendap Penggabungan flok kecil menjadi flok besar terjadi karena adanya

tumbukan antar flok. Tumbukan ini terjadi akibat adanya pengadukan lambat. Proses

koagulasi-flokulasi dapat digambarkan secara skematik pada Gambar 2.1.


6/18

Gambar 2.1 Gambaran proses koagulasi-flokulasi

Sumber : Kawamura, 1991

Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk

lambat. Pada bak pengaduk cepat, dibubuhkan koagulan. Pada bak pengaduk lambat,

terjadi pembentukan flok yang berukuran besar hingga mudah diendapkan pada bak

sedimentasi. Koagulan yang banyak digunakan dalam pengolahan air minum adalah

aluminium sulfat atau garam-garam besi. Kadang-kadang koagulan-pembantu, seperti

polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar atau lebih cepat

mengendap. Faktor utama yang mempengaruhi proses koagulasi-flokulasi air adalah

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. Pemilihan koagulan dan konsentrasinya dapat ditentukan

berdasarkan studi laboratorium menggunakan jar test apparatus untuk mendapatkan

kondisi optimum.

Tujuan pengadukan cepat adalah untuk mempercepat dan menyeragamkan penyebaran

zat kimia melalui air yang diolah. Pengadukan cepat yang efektif sangat penting ketika

menggunakan koagulan logam seperti alum dan ferric chloride, karena proses

hidrolisisnya terjadi dalam hitungan detik dan selanjutnya terjadi adsorpsi partikel

koloid.

Menurut Kawamura (1991), keefektifan pengadukan cepat dipengaruhi :

1. Tipe koagulan yang digunakan

2. Jumlah zat kimia yang diberikan dan karakteristiknya masing-masing

3. Kondisi lokal, misalnya kondisi daerah, temperatur, kelayakan suplai energi dan

sebagainya

4. Karakteristik air baku


7/18

5. Tipe pengaduk zat kimia

6. Kehilangan tekanan (headloss) yang tersedia untuk pengadukan cepat

7. Variasi aliran pada instalasi

8. Jenis proses selanjutnya

9. Biaya

10. Dan lain-lain.

Selain koagulan, biasanya dalam pengolahan air bersih ada penambahan zat kimia

yang dibubuhkan dalam pencampuran cepat. Zat kimia yang sering digunakan adalah

alum, polimer kationik, potasium permanganat, chlorine, powerded activated carbon

(PAC), amonia, kapur soda, serta anionic dan nonionic polymers. Pemilihan zat kimia

yang tepat sangat penting khususnya pada air baku yang tidak memiliki alkalinitas yang

cukup (Kawamura, 1991).


8/18

2.2 Pengadukan

Tipe pengadukan cepat yang umum digunakan, berdasarkan keefektifan,

kemudahan pemeliharaan serta biaya, urutan pilihannya adalah sebagai berikut :

2.2.1 Diffusion mixing dengan water jetbertekanan (Gambar 2.2)

Gambar 2.2. JetInjection Sistem Pengadukan Cepat

Sumber : Montgomery, 1985

2.2.2 In-linestatic mixing (Gambar 2.3)

Gambar 2.3 In-line Static MixerSumber : Montgomery, 1985

Nilai G dirumuskan sebagai berikut :

Untuk pengadukan cepat dengan static mixer besarnya P dapat diperoleh melalui

persamaan (Kawamura, 1991) :

P = Qwh


9/18

Dimana :P = energi pengadukan, (Watt = N.m/s)

= viskositas absolut air (N.s/m2) = 1,336.10-3N.s/m2pada 10 C

V = volume zone pengadukan (m3)

Q = debit aliran (m3/s)

w = berat air = 1000,15615 kg/m3

h = tekanan jatuh (m)

S = specific gravity = 1,00

N = jumlah elemen pengadukan

2.2.3 Mechanical mixing (Gambar 2.4)

Pengaduk mekanis sering dirancang dengan penggerak shaft vertikal dengan

sebuah penurun kecepatan dan motor elektrik.

Gambar 2.4Mechanical mixer



10/18

2.2.4. In-line mechanical mixing (Gambar 2.5)

Gambar 2.5.In-line Mechanical MixerSumber : Montgomery, 1985

2.2.5 Hydraulic mixing dengan terjunan (Gambar3.5)

Total headloss untuk pengadukan zat kimia koagulan tidak lebih dari 3,2 m. Energi

dari suatu terjunan efektif setinggi 30 cm menyediakan nilai G sebesar 1000 s-1

pada suhu

20 C (AWWA, 1997).

Gradien kecepatan (G) : 400-1000 /dt

Waktu detensi (td) : 60 detik (untuk kekeruhan tinggi)

G x td : 20.00030.000

dimana, G =gradien kecepatan (1/detik)

g =percepatan gravitasi (m/s2)

h =tinggi terjunan

v =viskositas kinematis


11/18

2.2.6 Diffusion dengan pipe grid (Gambar 2.7)

Gambar 2.7.DiffusionFlash Mixer


Salah satu jenis pengadukan cepat tipe hidrolis adalah pengadukan dalam pipa. Panjang

pipa yang diperlukan untuk pengadukan cepat berdasarkan kecepatan aliran dan waktu

pencampuran, dengan rumus perhitungan sebagai berikut (Darmasetiawan, 2001) :

Dimana :

L = panjang pipa (m)

V = kecepatan aliran dalam pipa (m/detik)

= 2.54 m/detik

Q = kapasitas pengolahan (m3/detik)

td = waktu pencampuran (detik) A

= luas penampang pipa (m)

= D2

G = gradien kecepatan (/dt)

= viskositas kinematik (1,306x10-6 m/s pada suhu 10oC)


12/18

2.3 Perancangan Koagulasi-Flokulasi

Tabel 2.1 Kriteria Desain Unit Koagulasi

No Keterangan Unit Kawamura1

Al-Layla2

Reynolds3

Darmasetia

wan4 Peavy5

Montgomery6

1 G dtk-1 300 700 - 1000 700 - 1000 600 - 1000 1000

2 Td dtk 1030 30 - 60 20 - 60 20 - 40 10 - 60

3G x Td

300 - 160020000 -

30.000 1000 - 2000

4 pH alum opt. 4 4,5 - 8,0 5,0 - 7,5Sumber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982; 4.Darmasetiawan, 2001;

5.Pe

avy, 1985;6. Montgomery, 1985

Pengadukan cepat dengan in-line static mixer mempunyai kriteria desain tersendiri

yaitu (Kawamura, 1991) :

G x t = 3501700 (rata-rata 1000)

t = 15 detik

Menurut kawamura (1991), flokulasi merupakan pengadukan lambat yang mengiringi

dispersi koagulan secara cepat melalui pengadukan cepat. Tujuannya adalah

mempercepat tumbukan yang menyebabkan terjadinya gumpalan partikel koloid

yang tidak stabil sehingga dapat diendapkan.

Pemilihan proses flokulasi seharusnya berdasarkan kriteria di bawah ini (Montgomery,

1985) :

1. Tipe proses pengolahan, misalnya konvensional, filtrasi langsung, softening

atausludge conditioning.

2. Kualitas air baku, misalnya kekeruhan, warna, partikel tersuspensi dan

temperatur.

3. Tipe koagulan yang digunakan.

4. Kondisi

Montgomery (1985) menjelaskan bahwa tipe flokulator yang umum digunakan

adalah pengaduk mekanis. Flokulator dengan paddle digunakan untuk energi pengadukan

rendah hingga sedang. Sedangkan flokulator dengan propeler atau turbin digunakan

untuk energi pengadukan sedang hingga besar.

Pengadukan di dalam flokulator direkomendasikan dengan menggunakan pengaduk

paddle shaft vertikal karena dapat menghasilkan energi yang bervariasi terhadap zona-


13/18

zona flokulasi. Sedangkan bak flokulasi yang disarankan adalah rektangular karena dapat

menghasilkan pengadukan yang sempurna (AWWA, 1997).

Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang umum

digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan waktu yang

singkat cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan nilai G yang

rendah dan waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan lebih besar

(Peavy,1985). Menurut Kawamura (1991), nilai gradien kecepatan masing-masing

tipe flokulasi dapat ditentukan sebagai berikut :

1. Baffle Channel

Persamaan yang digunakan :

G = {(g.h)/(v.td)}1/2

hL= K. (V2/2g)

Dengan :

G = gradien kecepatan

g = percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2)

h = headloss total (m)

v = visikositas kinematik air ( m2/dtk)

td = waktu detensi (dtk)

hL = headloss perbelokan (m)

K = 1,5

v = kecepatan aliran air (m/dtk)

2. Pengaduk mekanis denganpaddle

Dimana :

CD = koefisien drag yang tergantung pada bentuk paddle dan kondisi aliran

(nilainya 1,8)

A = luas daerah paddle (m2)

= viskositas kinematik fluida (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 C V =

volume tangki flokulasi (m3)

v = kecepatan aliran (m/s)


14/18

Gambar 2.9Horizontal ShaftFlocculator

Sumber : Kawamura, 1991

3. Pengadukan melalui plat berlubang, pengadukan ini memanfaatkan kontraksi pada waktu

air melalui lubang.

Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang umum

digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan waktu yang singkat

cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan nilai G yang rendah dan

waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan lebih besar. Menurut Darmasetiawan

(2001) pada model flokulator dengan plat berlubang kehilangan tekanan dan dapat dihitung

dengan persamaan :

Tabel 2.1. Kriteria Desain Flokulator Mekanis (Horizontal Shaft denganPaddle)


15/18


16/18

Contoh perhitungan :

Contoh 1- Koagulasi

Aliran air = 0,05 m3/s

Diameter pipa = 8 inchi = 0,2032 m

Panjang pengadukan (L) = 2,5 X 0,2032 m 0,5 m

V = D2.L = (0,2032)2.(0,5)m = 0,016 m3

Dengan persamaan diatas :

h = 0,009(2 1)(0,05) (1)(1,336.10-3)0,1 x 2 = 0,013m

(0,2032)4

Dengan persamaan diatas

P = (0,05)x (1000,15615)x (0,013) = 0,66Nm/s

Dengan waktu detensi (t) = 2 detik maka nilai G x t = 175,7 x 2 = 351,4(memenuhi)

Perhitungan kebutuhan PAC (Poly Aluminium Chloride)Pembubuhan PAC untuk 1 (satu) line = 150 ppm = 150 mg/L

Pembubuhan PAC untuk 2 (dua) line = 300 ppm = 300 mg/L

Debit yang diolah untuk 2 (dua) line = (180+180) m3/jam = 360 m3/jam

Kebutuhan PAC = 360.103 L/jam

= 360.103 L/jam x 300 mg/L = 1,08.108 mg/jam

= 1,08.108 mg/jam x 10-6 kg/mg x 24 jam/hari

= 2592 kg/hari

Perhitungan kebutuhan NaOCl (Sodium Hypochloride)

Debit yang diolah dalam 1 (satu) line = 50 L/s

DPC (daya pengikat Chlor) = 1,2 mg/LSisa Chlor = 0,4 mg/L

Jadi, dosis chlor = (1,2 + 0,4) mg/L

NaOCl mengandung 17,5 % chlor, sehingga dosis NaOCl adalah

= 100/17,5x 1,6mg / L 9,14mg / L 10mg / L 10ppm

NaOCl yang dibutuhkan 1 (satu) line

= 50 L/s x 9,14 mg/L = 457 mg/L

= 457 mg/L x 10-6 kg/mg x 3600 s/jam

= 1,6452 kg/jam = 39,4848 kg/hari 39,5 kg/hari

Flokulator

Kapasitas Instalasi = 50 L/s = 0,05 m3/sViskositas kinematis () = 1,306.10-6 m2/s pada suhu 10C

Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

Dimensi :

Diameter flokulator = 4,8 m

Tinggi air existing = 3,6 m

Volume tangki berdasarkan tinggi air :

= D2 x t = x (3,14) x (4,8)2 x 3,6 = 65,11m3

Waktu Detensi (td) = Volume/Q = 65,11 m3 / 0,05 m3/det

= 1302,2 detik = 21,70 menit......(memenuhi)

Luas lintasan paddle = 20 % luas bak = 20 % x D2

= 20 % x (3,14) (4,8)2 = 3,62 m2


17/18

Gradien kecepatan (G) dengan kecepatan aliran 0,5 m/s (Persamaan diatas)

= {(Cp Av3) / (2vV)} = 1,8. (3,62). (0,5)3

2.(1,306.10-5) (65,11)

= 69,20/detik.... (memenuhi)

Gxtd = 69,20 / detik x 1302,2 detik

= 90.112,24...... (memenuhi)


18/18

DAFTAR PUSTAKA

Al-Layla , M.Anis , Ahmad S. dan Middlebrooks, E.J ,. 1978. Water Supply Engineering

Design. Ann Arbor Science : Michigan USA

Kawamura, Susumu. 1991.Integrated Design of Water Treatment Facilities.John Willey &

Sons, Inc. New York

Metcalf dan Eddy.1991. Waste Water Engineering, Treatment and reuse, Fourth Edition,

Revised by G. Tchobanoglous, F. Burton, H. David Stanseal, International Edition.

Reynold, Tom D., dan Richard, Paul A.1996.Unit Operation and Process in Environmental

Engineering, PWS Publishing Company.Boston

pbpam koagulasi-flokulasi

Documents