BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Berbagai Jenis Pengolahan Air Bersih

Instalasi Pengolahan Air Minum merupakan suatu sistem yang

mengkombinasikan proses koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan

disinfeksi serta dilengkapi dengan pengontrolan proses juga instrumen

pengukuran yang dibutuhkan. Instalasi ini harus didesain untuk menghasilkan air

yang layak dikonsumsi masyarakat bagaimanapun kondisi cuaca dan lingkungan.

Selain itu, sistem dan subsistem dalam instalasi yang akan didesain harus

sederhana, efektif, dapat diandalkan, tahan lama, dan murah dalam pembiayaan

(Kawamura, 1991).

Tujuan dari sistem pengolahan air minum yaitu untuk mengolah sumber

air baku menjadi air minum yang sesuai dengan standar kualitas, kuantitas, dan

kontinuitas. Tingkat pengolahan air minum ini tergantung pada karakteristik

sumber air baku yang digunakan. Sumber air baku berasal dari air permukaan dan

air tanah. Air permukaan cenderung memiliki tingkat kekeruhan yang cukup

tinggi dan adanya kemungkinan kontaminasi oleh mikroba yang lebih besar.

Untuk pengolahan sumber air baku yang berasal dari air permukaan ini, unit

filtrasi hampir selalu diperlukan. Sedangkan air tanah memiliki kecenderungan

untuk tidak terkontaminasi dan adanya padatan tersuspensi yang lebih sedikit.

Akan tetapi, gas terlarut yang ada pada air tanah ini harus dihilangkan, demikian

juga kesadahannya (ion-ion kalsium dan magnesium).

1

2

Secara umum, jenis pengolahan air bersih meliputi pengolahan secara

fisik, kimia, dan biologi. Pengolahan air bersih secara lengkap terdiri dari unit

intake, pre treatment, koagulasi, flokulasi, sedimentasi II, unit saringan pasir,

pengolahan lanjut, stabilisasi, desinfeksi, dan pengolahan lumpur.

2.1.1 Intake

Intake merupakan bangunan penangkap atau pengumpul air baku dari

suatu sumber sehingga air baku tersebut dapat dikumpulkan dalam suatu wadah

untuk selanjutnya diolah. Bangunan intake dilengkapi dengan screen, pintu air,

dan saluran pembawa. Unit intake berfungsi untuk (Qasim, Motley, & Zhu, 2000):

1. Mengumpulkan air dari sumber untuk menjaga kuantitas debit air yang

dibutuhkan oleh instalasi pengolahan.

2. Menyaring benda-benda kasar dengan menggunakan bar screen.

3. Mengambil air baku sesuai dengan debit yang diperlukan oleh instalasi

pengolahan yang direncanakan demi menjaga kontinuitas penyediaan dan

pengambilan air dari sumber.

Beberapa lokasi intake pada sumber air yaitu intake sungai, intake danau dan

waduk, dan intake air tanah. Jenis-jenis intake, yaitu intake tower, shore

intake, intake crib, intake pipe atau conduit, infiltration gallery, sumur

dangkal dan sumur dalam (Kawamura, 1991)

2.1.2 Koagulasi

Koagulasi adalah proses destabilisasi muatan positif atau negatif dari

spesies yang terlarut oleh muatan positif atau negatif yang ditambahkan pada

larutan tersuspensi (Ariana, 1993). Larutan suspensi yang tidak dapat mengendap

3

dan menyebar pada permukaan air dan limbah mempunyai ukuran partikel antara

0,1 milimikron (107 mm) sampai 100 milimikron (104 mm). Dimana koloid

mempunyai ukuran partikel antara satu milimikron (10-6 mm) sampai satu mikron

(10-3 mm), zat yang tidak dapat mengendap disebut koloid. Fraksi koloid

mempunyai ukuran pertikel mulai dari satu mikron (10-3 mm) sampai 100 mikron

(Reynolds, 1982). Menurut Lin (2007), proses koagulasi perlu dilakukan apabila

kekeruhan air melebihi 30 – 50 NTU dan dibutuhkan koagulan untuk membantu

proses koagulasi.

Koagulan adalah suatu bahan kimia yang aktif, umumnya terbuat dari

bahan sintetis dengan bahan antara garam logam yang berasal dari Fe(III) dan

Al(II) (Schultz, 1984). Koagulan yang umum digunakan pada pengolahan air

adalah seperti yang terlihat pada Tabel 2.2.

Tabel 2.2 Berbagai Jenis Koagulan Dalam Proses Pengolahan Air (Sugiharto, 1987 ).

Nama Formula BentukReaksi dengan

Air

pH Optimum

Alumunium Sulfat, Alum Sulfat, Alum.

Al2(SO4)3.xH2Ox = 14,16,18

Bongkah, bubuk

Asam 6,0 – 7,8

Sodium AluminatNaAlO2 atau

Na2Al2O4Bubuk Basa 6,0 – 7,8

Polyalumunium Chloride, PAC

Aln(OH)mCl3n-mCairan, bubuk

Asam 6,0 – 7,8

Ferri Sulfat Fe2(SO4)3.9H2OKristal halus

Asam 4 – 9

Ferri Klorida FeCl3.6H2OBongkah, cairan

Asam 4 – 9

Ferro Sulfat FeSO4.7H2OKristal halus

Asam > 8,5

4

Faktor-faktor yang mempengaruhi proses koagulasi antara lain, intensitas

pengadukan, gradient kecepatan, karakteristik koagulan, dosis, dan konsentrasi,

karakteristik ai baku, kekeruhan, alkalinitas, pH, dan suhu.

2.1.3 Flokulasi

Flokulasi adalah pengadukan lambat untuk menggumpalkan partikel

destabilisasi dan membentuk endapan flok dengan cepat (Reynolds, 1982).

Flokulasi disebabkan oleh adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang

disebut sebagai flokulan (Rath dan Singh, 1997). Mikroflok yang terbentuk pada

saat proses koagulasi sebagai akibat penetralan muatan, akan saling bertumbukan

dengan adanya pengadukan lambat. Tumbukan tersebut akan menyebabkan

mikroflok berikatan dan menghasilkan flok yang lebih besar.

Pertumbuhan ukuran flok akan terus berlanjut dengan penambahan

flokulan atau polimer dengan bobot molekul tinggi. Polimer tersebut

menyebabkan terbentuknya jembatan, mengikat flok, memperkuat ikatannya serta

menambah berat flok sehingga meningkatkan rate  pengendapan flok. Waktu yang

dibutuhkan untuk proses flokulasi berkisar antara 15-20 menit hingga 1 jam.

Menurut Benefield et al. (1982), untuk merangsang partikel koloid bergabung

membentuk gumpalan yang lebih besar diperlukan dua cara, yaitu partikel harus

di destabilisasikan dan dipindahkan.

Destabilisasi partikel dapat dicapai melalui cara penekanan lapisan ganda

listrik, penyerapan untuk netralisasi, penjeratan pada presipitasi, dan pembentukan

antar partikel. Penekanan lapisan ganda listrik dan penetralan dikategorikan

sebagai proses koagulasi, sedangkan penjeratan dan pembentukan antar partikel

5

sebagai flokulasi. Destabilisasi partikel dengan cara penekanan dapat dicapai

melalui penambahan elektrolit muatan yang berlawanan dengan muatan partikel

koloid (Benefield et al., 1982).

Menurut Nathanson (1986), keberhasilan dari proses koagulasi dan

flokulasi tergantung beberapa faktor diantaranya adalah dosis koagulan yang

diberikan, suhu dari limbah, pH dan alkalinitas. Dosis koagulan yang diberikan

disesuaikan dengan karakteristik dari air limbah yang akan ditangani. Untuk

mengetahui dosis optimum koagulan dilakukan pengujian dilaboratorium

menggunakan peralatan yang disebut Jartest. Berikut ini merupakan proses

koagulasi-flokulasi:

Gambar 2.1 Pembentukan Flok Selama Proses Koagulasi Flokulasi

2.1.4 Sedimentasi

Sedimentasi adalah pemisahan padatan dan cairan dengan mnggunakan

pengendapan secara gravitasi untuk memisahkan partikel trsuspensi yang terdapat

dalam cairan tersebut (Reynolds, 1982). Proses ini sangat umum digunakan pada

instalasi pengolahan air bersih maupun air minum. Pengendapan yang terjadi

dalam bak sedimentasi dibagi menjadi empat kelas. Pembagian ini didasarkan

pada konsentrasi dari partikel dan kemampuan dari partikel tersebut untuk

6

berinteraksi (Reynolds, 1982). Penjelasan mengenai ke empat jenis pengendapan

tersebut adalah sebagai berikut:

1. Pengendapan Tipe I (Free Settling)

Pengendapan tipe I adalah pengendapan dari partikel diskrit yang bukan

merupakan flok pada suatu suspense. Partikel terendapkan sebagai unit terpisah

dan tidak terlihat flokulasi atau interaksi antara partikel-partikel tersebut. Contoh

pengendapan tipe I adalah prasedimentasi dan pengendapan pasir pada grit

chamber.

2. Pengendapan Tipe II (Flocculent Settling)

Pengendapan tipe II adalah pengendapan dari partikel-partikel yang berupa

flok pada suatu suspense. Partikel-partikel tersebut akan membentuk flok selama

pengendapan terjadi, sehingga ukurannya akan membesar dan mengendap dengan

laju yang lebih cepat. Contoh pengendapan tipe ini adalah pengndapan primer

pada air buangan dan pengendapan pad air yang telah melalui proses koagulasi-

flokulasi.

3. Pengendapan Tipe III (Zone/Hindered Settling)

Pengendapan tipe ini adalah pengendapan dari partikel dengan konsentrasi

sedang, dimana partikel-partikel tersebut sangat berdekatan sehingga gaya antar

partikel mencegah pengendapan dari partikel di sekelilingnya. Partikel-partikel

tersebut berada pada posisi yang tetap satu sama lain dan semua mengendap

dengan kecepatan konstan. Sebagai hasilnya massa partikel mengendap dalam

satu zona. Pada bagian atas dari massa yang mengendap akan terdapat batasan

yang jelas antara padatan dan cairan.

7

4. Pengendapan Tipe IV (Compression Settling)

Pengendapan tipe ini adalah pengendapan dari partikel yang memiliki konsentrasi

tinggi dimana partikel-partikel bersentuhan satu sama lain dan pengendapan bisa terjadi

hanya dengan melakukan kompresi terhadap massa tersebut.

Bak sedimentasi yang ideal dibagi menjadi 4 zona yaitu zona inlet, zona outlet,

zona lumpur, dan zona pengendapan. Ada 3 bentuk dasar dari bak pengendapan yaitu

rectangular, circular, dan square. Masing-masing dapat dilihat pada Gambar 2.2 dan 2.3.

(a) (b)

Gambar 2.2 Bak sedimentasi berbentuk segi empat: (a) denah, (b) potongan

memanjang

(a) (b)

Gambar 2.3 Bak sedimentasi berbentuk lingkaran – center feed: (a) denah,

(b) potongan melintang

2.1.5 Unit Filtrasi

Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun

gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori

lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan

koloid. Pada pengolahan air minum, filtrasi digunakan untuk menyaring air hasil

8

dari proses koagulasi-flokulasi-sedimentasi sehingga dihasilkan air minum dengan

kualitas tinggi. Di samping mereduksi kandungan zat padat, filtrasi dapat

mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa, bau, besi, dan mangan.

Filter dibedakan menjadi 3 jenis berdasarkan medianya, yaitu (Tom D. Reynolds,

1992):

1. Filter single media

Filter single media menggunakan satu jenis media seperti pasir silica atau

dolomite saja. Pada lapisan ini, penyaringan suspended solid terjadi pada lapisan

paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.

2. Filter dual media

Filter jenis ini menggunakan dua jenis media, misalnya pasir silica dan

anthrasit.

3. Filter multi media

Filter multi media terdiri dari anthrasit, pasir dan garnet atau dolomite. Filter

jenis ini berfungsi unyuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan

sebagai penyaring.

Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, filter pasir dapat

dibedakan menjadi dua, yaitu filter pasir cepat dan filter pasir lambat.

1. Filter Pasir Cepat

Filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah filter yang mempunyai

kecepatan filtrasi cepat, berkisar 4 hingga 21 m/jam. Filter ini selalu didahului

dengan proses koagulasi-flokulasi-sedimentasi untuk memisahkan padatan

9

tersuspensi. Bagian-bagian dari filter pasir cepat meliputi bak filter, media

filter, dan sistem underdrain.

2. Filter Pasir Lambat

Filter pasir lambat atau slow sand filter adalah filter yang mempunyai

kecepatan filtrasi lambat, yaitu sekitar 0,1 hingga 0,4 m/am. Kecepatan yang

lebih lambat ini disebabkan ukuran media pasir lebih kecil dibandingkan filter

pasir cepat. Filter pasir lambat merupakan sistem filtrasi yang pertama kali

digunakan untuk pengolahan air, dimana sistem ini dikembangkan sejak

tahun 1800 SM. Filter ini cukup efektif digunakan untuk menghilangkan

kandungan bahan organik dan organism pathogen pada air baku yang

mempunyai kekeruhan relative rendah. Secara umum, filter pasir lambat

tersusun oleh bak filter, media pasir, dan sistem underdrain.

2.1.6 Pengolahan Lanjut

2.1.7 Stabilisasi

2.1.8 Desinfeksi

2.1.9 Pengolahan Lumpur