BAB III

TINJAUAN PUSTAKA

3.1 Umum

Air merupakan kebutuhan yang essensial bagi manusia karena air digunakan

untuk memenuhi kebutuhan pokok sehari-hari seperti minum, mandi, mencuci dan

lain-lain. Secara umum manfaat air bagi kehidupan manusia meliputi dua aspek

(Hadi, 1992), yaitu :

Aspek Internal

Yaitu air yang berperan dalam tubuh manusia, misalnya untuk keperluan

minum, proses metabolisme, melarutkan bahan makanan, dan lain-lain.

Aspek Eksternal

Yaitu peranan air di luar tubuh manusia, misalnya untuk keperluan

industri, pertanian, transportasi, dan lain-lain.

Ketersediaan air di bumi yang dapat dikonsumsi oleh manusia terdiri dari :

Air Hujan

Air Permukaan

Air Tanah

Dari ketiga macam air di atas, yang dapat langsung dikonsumsi oleh

manusia adalah air hujan dan air tanah dengan kriteria tertentu. Air permukaan

yaitu air hujan yang telah terendapkan di permukaan bumi selama beberapa lama

dan tidak dapat dikonsumsi langsung karena rentan terhadap penyebaran penyakit

yang dapat disebarkan melalui air (water borne disease). Oleh karena itu, untuk

mendapatkan air yang sesuai dengan kualitas yang diharapkan air harus diolah

terlebih dahulu sebelum akhirnya dikonsumsi oleh manusia.

3.2 Kualitas Air

Kualitas air tergantung dari karakteristik fisik, kimia dan biologinya.

Adapun syarat-syarat kualitas air secara fisik, kimia dan biologi adalah sebagai

berikut (Hadi,1992) :

15

16

Persyaratan fisis, meliputi warna, bau, rasa, kekeruhan, temperatur, dan

daya hantar listrik.

Persyaratan kimia, meliputi pH, kesadahan, besi, mangan, seng, krom

cadmium, nitrat, chlor, sulfat, klorida, dan lain-lain.

Persyaratan radioaktif, meliputi sinar alpha dan sinar betha.

Persyaratan mikroorganisme, meliputi total koliform dan koli tinja.

Air bersih yang diproduksi harus memenuhi standar kualitas atau ketentuan

air bersih/minum yang ditentukan oleh lembaga-lembaga yang bertanggung jawab

(WHO) atau peraturan perundang-undangan yang ada pada suatu negara. Standar

air minum yang digunakan oleh PDAM Bekasi adalah KEPMENKES No.

907/VII/2002

Tabel 3.1 Standar Air Minum No. 907/Menkes/SK/VII/2002

NO PARAMETER SATUAN BAKU MUTU

A Parameter Fisika1 Warna TCU 152 Kekeruhan NTU 53 Temperatur 0C Suhu Udara ± 30cB Parameter Kimia

4 Mangan mg/l Mn 0,15 Klorida mg/l Cl- 2506 Flourida mg/l F- 1,57 N i t r i t mg/l NO2

--N 38 N i t r a t mg/l NO3

--N 509 S u l f a t mg/l SO42- 25010 Besi Total mg/l Fe 0,311 Khlor bebas mg/l Cl2 0,212 Total Khlor mg/l Cl2 0,213 Kesadahan mg/l CaCo3 50014 Nitrogen Ammonia mg/l NH3-N 1,515 Aluminum mg/l Al3+ 0,216 Chromium mg/l Cr6+ 0,0517 Cuver/Tembaga mg/l Cu 218 Zinc/Seng mg/l Zn 319 Nickel mg/l Ni 0,0220 pH - 6,5 - 8,5

17

3.3 Pengolahan Air

Pengolahan air adalah usaha teknis yang dilakukan untuk mengubah sifat-

sifat suatu zat sesuai standar air minum yang diinginkan. Proses pengolahan air

pada dasarnya dapat digolongkan menjadi tiga bagian pengolahan (Reynolds,

1982), yaitu :

Pengolahan fisik, yaitu suatu tingkat pengolahan yang bertujuan untuk

mengurangi atau menghilangkan kotoran-kotoran yang kasar, penyisihan

lumpur dan pasir, serta mengurangi kadar zat-zat organik yang ada dalam

air yang akan diubah

Pengolahan kimia, yaitu tingkat pengolahan dengan menggunakan zat-zat

kimia untuk membantu proses pengolahan selanjutnya

Pengolahan bakteriologis, yaitu suatu tingkat pengolahan untuk

membunuh atau memusnahkan bakteri-bakteri yang terkandung di dalam

air.

Unit-unit pengolahan air yang biasa digunakan dalam proses pengolahan air

akan dijelaskan dalam sub bab-sub bab di bawah ini.

3.3.1 Bangunan Sadap Air (Intake)

Bangunan sadap (intake) merupakan bangunan penangkap atau pengumpul

ai baku dari suatu sumber sehingga air baku tersebut dapat dikumpulkan dalam

suatu wadah untuk selanjutnya diolah. Bangunan penyadap sangat penting dalam

proses pengolahan air, jika bangunan penyadap mengalami kerusakan atau

kesalahan maka keseluruhan IPA akan terganggu (Kawamura, 1991). Secara

umum fungsi dari bangunan intake adalah sebagai berikut :

Mengumpulkan air dari sumber untuk menjaga kuantitas debit air yang

dibutuhkan oleh instalasi

Menyaring benda-benda kasar dengan menggunakan bar screen

Mengambil air baku sesuai debit yang diperlukan instalasi pengolahan

yang direncanakan demi menjaga kontinuitas penyediaan dan

pengambilan air dari sumber

18

Kriteria yang harus diperhatikan dalam pembuatan intake yaitu :

Tertutup untuk mencegah masuknya sinar matahari yang memungkinkan

tumbuhan atau miroorganisme hidup di dalamnya

Harus kedap air untuk mencegah terjadinya kebocoran

Intake dekat dengan permukaan air untuk mencegah masuknya

suspended solid

Bangunan harus didesain untuk menghadapi keadaan darurat

Mampu mengatasi fluktuasi muka air

3.3.2 Prasedimentasi

Prasedimentasi merupakan pengolahan pendahuluan yang dilakukan

instalasi pengolahan air minum. Pengolahan pendahuluan adalah proses

pengolahan yang dilakukan untuk membantu meringankan kinerja instalasi

pengolahan air minum.

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menggunakan prasedimentasi yaitu :

Lokasi diusahakan berdekatan dengan intake sehingga mengurangi

penyumbatan pada pipa transmisi

Bak berbentuk rectangular

Kondisi aliran harus seragam untuk meningkatkan efisiensi pengolahan

Inlet dan outlet harus dilengkapi oleh gate/valve

3.3.3 Koagulasi

Koagulasi adalah proses destabilisasi koloid dan partikel-partikel yang

tersuspensi di dalam air baku karena adanya pencampuran yang merata dengan

senyawa kimia tertentu (koagulan) melalui pengadukan cepat. Secara umum

koagulasi merupakan proses kimia dimana ion-ion yang muatannya berlawanan

dengan muatan koloid dimasukkan ke dalam air, sehingga meniadakan kestabilan

koloid. Jadi koagulasi adalah proses pembentukkan koloid yang stabil menjadi

koloid yang tidak stabil dan membentuk flok-flok dari gabungan koloid yang

berbeda muatan.

19

Secara garis besar pembentukkan flok terbagi dalam empat tahap yaitu :

Tahap destabilisasi partikel koloid

Tahap pembentukkan mikroflok

Tahap penggabungan mikroflok

Tahap pembentukkan mikroflok

Tahap 1 dan 2 terjadi pada proses koagulasi, sedangkan untuk tahap 3 dan 4

terjadi pada proses flokulasi.

Pemilihan jenis dari unit koagulasi tergantung pada karakteristik koagulan,

partikel dan kualitas air. Beberapa faktor utama yang mempengaruhi koagulasi

dan flokulasi menurut Reynolds dan Richards (1996:174) yaitu :

Kekeruhan air yang akan diolah

Kandungan zat padat tersuspensi

Temperatur air yang diolah

Derajat pH

Konsentrasi dan komposisi kation dan anion dalam air

Lamanya pengadukan pada proses koagulasi dan flokulasi

Dosis dan sifat dasar koagulan

Keperluan koagulan pembantu

Unit koagulasi merupakan suatu unit dengan pengadukan cepat dimana

pengadukan cepat (koagulasi) dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu :

1. Koagulasi Hidrolis

Pada prinsinya pengadukan secara hidrolis ini menggunakan efek

gravitasi, sehingga terjadi besaran tinggi terjun untuk pengadukan cepat

(koagulasi) dan head loss (kehilangan tekanan) atau beda tinggi

permukaan pada proses pembentukan flok pada unit flokulasi. Dalam

koagulasi hidrolis ini didesain untuk dua jenis aliran, yaitu aliran terbuka

yang mudah dalam pengoperasian dan pemeliharaannya serta aliran

bertekanan dalam pipa (Schulz dan Okun, 1984:92)

Rumus yang dipergunakan untuk perhitungan pada koagulasi

hidrolis adalah sebagai berikut :

20

G = √ PμV

(1)

Dimana P untuk koagulasi hidrolis menggunakan rumus :

P = ρ . g . Q .h L (2)

Sehingga rumus untuk gradien kecepatan pada koagulasi hidrolis

adalah sebagai berikut :

G =√ ρ. g . hlTd . μ

Keterangan :

G = gradien kecepatan (/detik)

P = daya yang diberikan (kg m2/detik3)

ρ = densitas cairan (kg/m3)

g = percepatan gravitasi (m/dtk2)

hL = headloss (m)

Q = debit (m3/dtk)

μ = viskositas cairan (kg/m.detik)

V = volume (m3)

2. Koagulasi Mekanis

Pengadukan dengan cara mekanik adalah pengadukan yang

memindahkan energi mekanik untuk pengadukkan. Pengadukkan ini

dilakukan dengan menggunakan blade.

Rumus yang dipergunakan untuk perhitungan pada koagulasi

mekanis adalah sebagai berikut :

G = √ PμV

(1)

P = 12

Cd ρ A V 3(2)

Sehingga rumus untuk gradien kecepatan pada koagulasi hidrolis

adalah sebagaiberikut :

G =√ Cd . ρ . A . v2

μ . V

21

Dimana :

G = gradien kecepatan (/detik)

P = daya yang diberikan (kg m2/detik3)

Cd = koefisien drag

ρ = densitas cairan (kg/m3)

A = luas pengaduk (m2)

v = kecepatan aliran (m/detik)

g = percepatan gravitasi (m/dtk2)

hL = headloss (m)

Q = debit (m3/dtk)

μ = viskositas cairan (kg/m.detik)

V = volume (m3)

Kriteria desain dari unit koagulasi adalah sebagai berikut :

G = 750/detik – 1000/detik

Td = < 60 dtk

Head loss = > 30 cm

GT value = 104 – 106

(Sumber : Schulz & Okun, 1992)

Koagulan merupakan bahan kimia yang digunakan dalam proses koagulasi.

Fungsi utama koagulan adalah desabilisasi partikulat dan penguatan flok untuk

mengurangi pecahnya flok. Koagulan yang digunakan untuk salah satu atau kedua

manfaat tersebut harus memenuhi persyaratan praktis seperti murah dalam

pembiayaan, mudah dalam penanganan, ketersediaan dan stabilitas koagulan

selama penyimpanan. Sebagai tambahan, koagulan harus mampu membentuk

senyawa insoluble atau dapat diadsorbsi oleh permukaan parikulat agar dapat

memenuhi konsentrasi residu terlarut yang mungkin lolos dari pengolahan.

Dalam penentuan koagulan dilakukan percobaan jartest. Jartest merupakan

suatu metode penentuan dosis koagulan yang akan dipakai. Pada tes ini sampel

dari air baku yang akan diuji dimasukkan dalam beberapa beker gelas, kemudian

masing-masing ditambahkan koagulan dengan variasi dosis berbeda. Isi baker

22

kemudian diaduk secara cepat dan kemudian secara perlahan untuk

menstimulasikan flokulasi. Setelah beberapa saat, pengadukan dihentikan dan

dibiarkan mengendap. Yang perlu diperhatikan dalam percobaan ini adalah ;

Waktu yang diperlukan untuk pembentukkan flok

Apakah flok yang terbentuk cukup besar dan padat

Dari beberapa jenis dan dosis koagulan, mana yang paling tinggi

penurunan kekeruhannya

Dosis yang ditentukan apakah memberikan suatu perkiraan dosis yang

dibutuhkan untuk instalasi pengolahan

Ada dua jenis bahan kimia koagulan yang umum digunakan yaitu ;

Koagulan Garam Logam

Contoh dari koagulan garam logam adalah alumunium sulfat atau

taws (Al2(SO4)3.14H2O), Feri Chloride FeCl3, Fero chloride FeCl2, Feri

Sulfat Fe2(SO4)3.

Bahan yang sering digunakan adalah senyawa alumunium dan

senyawa besi. Koagulan yang umum dipakai adalah alumunium sulfat

atau dalam bahasa pasarnya tawas. Sedangkan pada Feri Chloride dan

Fero Sulfat juga merupakan koagulan yang baim tetapi jarang digunakan

di suatu instalasi pengolahan air di Indonesia.

Koagulan Primer

Contoh dari koagulan garam logam adalah Poly alumunium

Chloride (PAC).

Koagulan primer merupakan koagulan sintesis. Koagulan yang

umum dipakai adalah PAC yang merupakan polymerisasi dari

alumunium chloride. Polimer ini umunya dipakai karena sifat

kelarutannya di dalam air dan tingka pembentukkan floknya yang lebih

baik. Maka polimer ini sering digunakan sebagai coagulant Aid atau zat

kimia tambahan untuk memperbaiki kondisi koagulasi.

3.3.4 Flokulasi

23

Unit flokulasi merupakan unit pengadukan lambat setelah koagulasi, yang

berfungsi untuk mempercepat penggabungan partikel-partikel kolid sehingga

terbentuk partikel-partikel berukuran besar yang dengan mudah dan cepat

mengendap.

Secara garis besar mekanisme pembentukkan flok terdiri atas 4 tahap :

Tahap destabilisasi partikel koloid

Tahap pembentukkan mikroflok

Tahap penggabungan mikroflok

Tahap pembentukkan makroflok

Tahap pertama dan kedua berlangsung selama proses koagulasi, sedangkan

tahap ketiga dan keempat berlansung pada proses flokulasi.

Kriteria desain dari unit flokulasi hidrolis adalah sebagai berikut ;

G = 10 – 100 /detik (Schulz & Okun, 1992)

GT = 10.000 – 100.000 (Kawamura, 1991)

Td = 15 – 30 menit (Kawamura, 1991)

Tingkat efisiensi terjadinya proses flokulasi sebagian besar ditentukan oleh

banyaknya tabrakan yang terjadi antara patikel-partikel teragulasi dalam satuan

unit waktu.

Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam desain unit flokulasi :

Kualitas air baku dan karakteristik flokulasi

Kualitas tujuan dari proses pengolahan

Headloss tersedia dan variasi debit instalasi

Flokulasi terdiri dari beberapa jenis, yaitu :

Hidrolis, prinsip kerja flokulator ini adalah dengan cara pengadukan

(mixing) contohnya adalah horizontal-flow baffle channel, vertikal- flow

baffle channel dan heksakoloidal-flokulator

Mekanis, contoh : mekanik paddle dan mekanik propeller

Pneumatis, flokulator ini dirancang dengan cara mensuplai udara ke

dalam bak flokulasi, cara kerjanya sama seperti yang dilakukan pada

aerasi, bedanya suplai udara yang diberikan ke bak flokulasi tidak

24

sebesar pada bak aerasi. Jenis flokulator ini jarang sekali kita temukan

saat ini

Dalam instalasi PDAM Poncol pada unit flokulasi menggunakan jenis

flokulasi vertical baffle channel. Dalam 1 unit flokulasi terdapat 6 kompartemen

yang berbentuk hexacoiddal.

3.3.5 Sedimentasi

Sedimentasi adalah proses pengolahan yang digunakan untuk

mengendapkan flok-flok yang terbentuk pada proses flokulasi. Menurut

Kawamura (1991), sedimentasi adalah suatu operasi yang dirancang untuk

menghilangkan sebagian besar padatan yang dapat mengendap secara gravitasi.

Tujuan digunakannya unit sedimentasi yaitu untuk menghilangkan pasir atau

kerikil halus, particulate-matter, biological-floc, chemical-floc serta untuk

pemekatan padatan dalam tangki pemekat lumpur.

Proses sedimentasi dari suatu partikel yang berada di dalam air dipengaruhi

oleh beberapa faktor, yaitu : ukuran partikel, bentuk partikel, berat jenis/kecepatan

partikel, viskositas cairan, konsentrasi partikel dalam suspense, sifat-sifat partikel

dalam suspensi.

Kriteria desain dari unit sedimentasi adalah sebagai berikut :

Surface Loading (SL) = 3,8-7,5 m/jam (Kawamura, 1991)

Kecepatan di tube settler (υ0) = maks. 0,15 m/menit (Kawamura, 1991)

Td = 10-15 menit

NRe < 2000

Berdasarkan konsentrasi dan kecenderungan interaksi partikel, proses

pengendapan dapat dibagi menjadi 4 tipe, yaitu :

1. Tipe I : Discrete Particle

Partikel mengendap secara bebas dengan suatu kecepatan tetap

Padatan rendah

Tidak ada interaksi

2. Tipe II : Flocculant

Kecepatan pengendapan lebih cepat

25

3. Tipe III : Hindered (zone)

Suspension tinggi

Partikel saling menghambat

Mengendap sebagai satu kesatuan

Interface padat-cair

4. Tipe IV : Compression

Strukur partikel terbentuk

3.3.6 Filtrasi

Proses filtrasi merupakan proses pengolahan dengan cara mengalirkan air

limbah melewati suatu media filter yang disusun dari bahan-bahan butiran dengan

diameter dan tebal tertentu. Proses ini ditujukan untuk menghilangkan bahan-

bahan terlarut dan tak terlarut (biological floc yang masih tersisa setelah

pengolahan secara biologis).

Berdasarkan kontrol terhadap laju filtrasinya, filter dibedakan menjadi :

Filter dengan aliran tetap/Constant Rate Filter (CRF)

Filter dengan aliran menurun/ Declining Rate Filter (DRF)

Berdasarkan driving force-nya, filter dibedakan menjadi :

Filter dengan gravitasi

Filter bertekanan

Berdasarkan susunan media penyaring di dalamnya, filter dibedakan

menjadi :

Filter dengan media tunggal, media filter yang digunakan hanya satu

lapisan dari jenis media yang sama, biasanya berupa pasir atau hancuran

anthrasit

Filter dengan media ganda, media filter yang digunakan dua lapisan dari

jenis media yang berbeda, biasanya berupa pasir atau hancuran antrasit

Filter dengan multi media, media filter yang digunakan lebih dari dua

lapisan yang brmacam-macam, biasanya berupa hancuran antrasit, pasir

dan garnet.

Berdasarkan laju filtrasinya (hydraulic loading), dibedakan menjadi :

26

Saringan pasir cepat (rapid sand filter)

Saringan pasir lambat (slow sand filter)

Pembilasan saringan pasir pada unit filtrasi dilakukan dengan mengalirkan

air bersih dengan arah aliran yang berlawanan dengan arah aliran pada saat

penyaringan. Selama pelaksanaan pembilasan bahan-bahan yang tertangkap di

dalam media pasir akan terlepas dan akan dikeluarkan bersama-sama aliran air

bilasan.

Untuk membantu melepaskan bahan-bahan padat yang tertangkap di dalam

media filter, biasanya sebelum air bilasan dialirkan, maka terlebih dahulu pasir

diaduk dengan menginjeksikan udara yang bertekanan searah dengan aliran air

pada saat pembilasan.

3.3.7 Desinfeksi

Desinfeksi adalah proses pembubuhan bahan kimia (desinfektan) yang

bertujuan untuk membunuh mikroorganisme patogen.

Air banyak mengandung mikroorganisme, dimana ada sebagian

mikroorganisme di dalam air yang dapat menyebabkan penyakit. Secara biologis

air minum harus bebas dari mikroorganisme penyebab penyakit, karena

mikroorganisme ini dapat menyebabkan kematian pada balita dan terganggunya

kesehatan manusia.

Proses pengolahan air telah 99% menghilangkan mikroorganisme, tetapi ada

kemungkinan masuknya beberapa mikroorganisme berbahaya ke dalam air setelah

proses pengolahan dilakukan.

Desinfektan terdiri dari 3 macam, yaitu :

Kimia, seperti kaporit, ozon dan gas klorin (Cl2)

Fisik dengan cara pendidihan

Mikrobiologis, dengan menggunakan media dengan bakteri di dalamnya

Desinfektan yang bisa digunakan untuk pengolahan air minum adalah

klorin. Menurut Schulz dan Okun klorin terbagi menjadi 3 bentuk, yaitu

gas klorin, kalsium hipoklorit, Sodium Hipochlorit

27

Dari tiga jenis bentuk penggunaan klorin di atas, Sodium Hipochlorit lebih

sering digunakan karena tidak berbahaya dan mudah untuk ditambahkan dalam

air. Untuk penentuan dosis optimum dalam penggunaan klorin, maka digunakan

teknik penentuan dosis klor yaitu break point chlorination di laboratorium.

Titik balik klorinasi yaitu metode dimana sisa klor akan dihubungkan

dengan nitrogen amonium yang menghasilkan kloramin. Titik balik klorinasi juga

dapat didefinisikan sebagai jumlah klor yang dibutuhkan sehingga semua zat yang

dapat dioksidasi teroksidasi dan amoniak hilang sebagai gas N2.