PERALATAN PENGOLAHAN AIR YANG MENGANDUNG PADATAN TERSUSPENSI (SUSPENDED SOLID) TINGGI. Anwar Fuadi *) ABSTRAK

Transkripsi

1 PERALATAN PENGOLAHAN AIR YANG MENGANDUNG PADATAN TERSUSPENSI (SUSPENDED SOLID) TINGGI Anwar Fuadi *) ABSTRAK Peralatan pengolahan air jenis aliran kontinu meliputi alat pemisah partikel-partikel padat dan partikel tersuspensi yang terkandung dalam air, banyak digunakan untuk pengolahan air industri maupun air minum. Penelitian ini menggunakan peralatan sedimentasi pendahuluan, siklon, clarifier, tube settler, dan filtrasi sebagai media pemisah. Air baku yang digunakan adalah air baku yang disimulasikan. Percobaan ini dilakukan berdasarkan beberapa variabel, yaitu konsentrasi suspended solid mg/l, laju alir umpan 10, 20, dan 30 l/menit, dan konsentrasi koagulan 7, 13, dan 19 mg/l, terhadap total solid, derajat keasaman, dan daya hantar listrik. Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan besarnya padatan tersuspensi yang terakumulasi pada setiap unit peralatan secara keseluruhan. Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah padatan tersuspensi (padatan total) yang terkandung dalam air setelah proses pengolahan yaitu mg/l, dengan effisiensi peralatan mencapai 87,5%, maka peralatan ini layak digunakan untuk untuk pengolahan air yang mengandung padatan tersuspensi (suspended solid) tinggi. Kata kunci: Pengolahan air, suspended solid. PENDAHULUAN Air merupakan kebutuhan dasar dalam kehidupan. Sumber utama air sebenarnya adalah laut yang dengan peristiwa alam mengalami siklus yang disebut siklus hidrologi. Siklus hidrologi adalah suatu sirkulasi air dimulai dari laut yaitu dengan proses penguapan air laut oleh panas matahari. Uap air ditiup angin ke daratan dan apabila mengalami kondensasi akan jatuh sebagai air hujan ke bumi. Pemakaian air yang berasal dari berbagai sumber untuk keperluan tertentu memerlukan pengolahan terlebih dahulu. Tujuan pengolahan air secara umum adalah untuk memisahkan kotoran yang tersuspensi dan hal-hal lain yang membuat air tidak aman digunakan. Pengolahan yang dilakukan tergantung pada kualitas air tersebut dan derajat kemurnian yang ingin dicapai. Perancangan suatu alat pengolahan yang optimum untuk suatu kondisi operasi tertentu sangat sulit dilakukan karena banyak hal yang mempengaruhi pengendapan suspended solid itu sendiri. Adapun faktor-faktor tersebut antara lain laju alir, massa partikel, waktu tinggal, konsentrasi air baku, konsentrasi koagulan, dan sebagainya. Pada penelitian ini, sampel yang digunakan disimulasi. Tujuan penelitian ini adalah untuk memisahkan suspended solid dari air baku yang mempunyai kadar tinggi dengan menggunakan sistem pengolahan awal menggunakan siklon, clarifier, dan settling untuk mengurangi beban filter, dan menentukan efisiensi masingmasing alat sebagai fungsi dari laju alir, konsentrasi suspended solid dan konsentrasi koagulan. PROSES PENGOLAHAN AIR Air yang masih mengandung kotoran (impurities) berupa suspended solid maupun zatzat terlarut, diperlukan pengolahan terlebih dahulu agar dapat dimanfaatkan. Beberapa proses yang dapat dilakukan untuk pengolahan air adalah: a. Proses Sedimentasi Sederhana Pada proses sedimentasi sederhana, air baku didiamkan di dalam tangki yang lebih besar untuk beberapa waktu. Suspensi-suspensi yang kasar akan melayang menuju dasar tangki. Tangki sedimentasi juga disebut dengan tangki pengendapan. Sedimentasi air baku dengan proses sederhana ini diperoleh beberapa keuntungan antara lain kotorannya berkurang sehingga proses selanjutnya mudah dikontrol, biaya untuk koagulan dan pembersihan murah, tidak ada bahan kimia yang ikut terbuang, proses selanjutnya memerlukan bahan kimia sedikit, beban akan lebih ringan. Menurut penelitian Mr.Camp, apabila kerapatan partikel lebih besar daripada kerapatan air maka partikel akan turun *) Staf Pengajar 1

2 mengendap secara vertikal di dalam air tenang. Kecepatan pengendapan partikel dalam air tenang selalu bertambah sehingga resistensi gesekan dari air mendekati gaya gesek, setelah itu kecepatan pengendapan secara vertikal akan konstan. Hukum Newton mengenai resistensi gesekan adalah: Fd =Cd.A. v Fd = Gaya tarik Cd = Koefisien tarik A = Luas Areal V = Kecepatan Relatif = Density Persamaan untuk gaya gerak partikel: Fi = ( 1 - )gv1..2 Fi = Gaya Gerak 1= Density Partikel = Density Cairan g = Percepatan Gravitasi V1 = Volume Partikel Dari persamaan 1 dan 2 diperoleh rumus kecepatan pengendapan: v = 4g( 1 ) d 3Cd 3 b. Sedimentasi dengan koagulan. Pengendapan dengan cara penambahan bahan kimia bertujuan mengendapkan zat-zat yang tidak dapat diendapkan dengan cara pengendapan biasa. Salah satu bahan yang sukar diendapkan dengan cara pengendapan biasa adalah tanah liat yang sifatnya berbeda dengan lumpur, sehingga diendapkan dengan menggunakan koagulan. Penambahan koagulan dalam air baku dan pengadukan merata, akan menghasilkan gumpalan (flok). Proses ini dilakukan apabila kekeruhan air lebih dari 50 ppm. Jenis-jenis koagulan: 1. Aluminium Sulfat (Al 2 (SO 4 ) 3 ); 2. Sodium Aluminat (Na 2 Al 2 O 4 ); 3. Chlorinated Coperas; 4. Ferro Sulfat dan Lime; 5. Magnesium Carbonate; 6. Polyelectrolite. Koagulan yang umum digunakan dalam proses pengolahan air adalah aluminium sulfat, yang mempunyai ph 6,5-8,5. Peralatan yang digunakan untuk pengolahan air a. Siklon Keluar Masuk Persamaan 3 berhubungan dengan bilangan Reynolds: NRe = dv 4 NRe = Bilangan Reynold v = Kecepatan d = Diameter Partikel = Density Cairan = Viscositas Menurut Hukum Stoke, gaya tarik pengendapan yang berbentuk bola di dalam zat cair yang kental dan gaya inertial yang diabaikan adalah: Fd = 3 vd.5 Dari persamaan 1 dan 5 maka diperoleh: Cd = = vd R Cd dari persamaan ini didistribusikan ke persamaan 3: 1 g v = x x ( 18 1 ) d 2.6 v = kecepatan pengendapan (mm/detik). Gambar 1. Siklon Kebaikannya adalah biayanya sangat murah dan peralatan ini dapat digunakan untuk memisahkan partikel yang sangat halus. Biasanya siklon terdiri dari dua bagian yaitu bagian atas berbentuk silinder dan bagian bawah berbentuk kerucut. Siklon ini bekerja dengan adanya tekanan yang diinduksikan oleh suatu ketinggian cairan yang tetap atau dengan menggunakan pompa. Umpan dimasukkan dalam selinder secara tangensial, dengan demikian akan menghasilkan aksi yang berputar dan terjadinya vortek. Pada bagian siklon tersebut terdapat sebuah pipa untuk mengeluarkan produk atas (over flow) yang 2

3 telah berkurang padatannya akibat adanya vortek. Butiran-butiran mengendap di sisi kerucut dan dikeluarkan melaui pipa pada dasar kerucut dengan sedikit cairan. Untuk keterangan lebih jelas dapat diliihat Gambar 1 (Perry, 1980). b. Clarifier Clarifier merupakan bak pengendapan yang dimaksudkan supaya terjadi penumpukan suspended solid yang megambang (koloid) yang ada dalam air maupun yang terjadi akibat adanya penambahan bahan kimia ke dalam air baku. Tangki ini berbentuk bundar, segi empat atau bujur sangkar yang dasarnya berbentuk hopper. Aliran air dalam tangki berlangsung dalam arah vertikal. Air masuk melalui puncak, air ini pertama sekali mengalir vertikal ke bawah akhirnya arah terbalik dan mulai mengalir ke atas sekitar tangki membelok seperti terlihat pada Gambar 2. Umpan Masuk Koagulan Masuk bagian bawah secara gravitasi karena kemiringan tube settler tersebut. Partikelpartikel yang mengambang yang tidak mengendap pada bagian bawah settling terikut bersama aliran over flow dengan jumlah yang sangat sedikit ke zona filtrasi, keadaan ini dapat dilihat pada Gambar 3 (Welter, 1972). d. Filtrasi ( Penyaringan ) Penyaringan air adalah salah satu cara pemisahan bahan-bahan padatan dari air dengan melewatkan air tersebut melalui suatu saringan (filter). Padatan akan tertahan pada saringan, sedangkan airnya mengalir melalui saringan sebagai air bersih. Filtrasi dapat juga mengurangi kandungan bakteri dalam air. Filtrasi dapat menjamin sifat air dan produk air yang bersih. Jenis-jenis filter yang sering digunakan dalam proses penjernihan air adalah saringan pasir (sand filter). Filter ini dapat digolongkan dalam dua jenis: (1). Saringan pasir lambat (slow sand filter); (2). Saringan pasir cepat (rapid sand filter). Huisman dan Wood mengatakan bahwa tidak ada proses tunggal yang dapat mempengaruhi atau membersihkan air dan meningkatkan mutu air terhadap sifat fisik, kimia, dan mikroba, saringan pasir memiliki effisiensi yang tinggi dalam cara menghilangkan kekeruhan air, rasa, dan bau. Selain itu tidak memerlukan bahan kimia. Gambar 2. Clarifier Umpan masuk Over Flow c. Settling ( tube settler) Penambahan bahan kimia (koagulan) dalam air dan pengadukan yang merata akan menghasilkan gumpalan (flok) yang lebih besar dan partikel yang mempunyai spesifik gravity yang lebih besar akan mengendap ke dasar tangki dan partikel-partikel yang halus akan menuju bagian atas tangki. Settling merupakan suatu sedimentasi berlanjut, partikel-partikel tersuspensi yang lolos dari klarifier dapat mengendap pada zona settling. Pada zona settling diharapkan kecepatan pengendapan lebih besar dari laju alir fluida. Settler bagian dalam terdiri dari ruanganruangan (stage) yaitu untuk memperbesar luas permukaan laju fluida, sehingga dapat merubah laju alir dari cepat menjadi lambat. Akibat adanya perubahan laju alir, maka suspended solid yang terkandung dapat segera turun ke Gambar 3. Tube Settler Saringan lambat tersebut sering juga disebut English Filters, yang menggunakan pasir penyaring dengan ketebalan cm, dengan kecepatan penyaringan sangat lambat yaitu sekitar liter/m 2 /jam. Beberapa keuntungan dari cara penyaringan ini untuk aplikasi di negara sedang berkembang adalah (1). Biaya konstruksi rendah; (2). Perancangan 3

4 dan operasinya sederhana tanpa memerlukan supervise yang sulit dan (3). Tidak memerlukan motor atau tenaga listrik terutama bila sistem gravitasi dapat dilakukan. Bahan yang digunakan untuk saringan pasir adalah ijuk, pasir dan kerikil. Pasir yang digunakan sebaiknya seragam dengan koefisien keseragaman sekitar 2,0 dan bebas dari bahan organik. Kerikil yang digunakan harus dipilih sedemikian rupa sehingga lapisan pasir yang ada di atasnya tidak lolos ke bawah. Ijuk yang digunakan untuk menahan apabila ada pasir yang lolos melewati kerikil. Bila laju penyaringan lambat dan pasir penyaringan tersumbat, maka proses penyaringan dapat diaktifkan lagi dengan mengganti lapisan pasir diatas setebal 3-5 cm atau dengan mencuci bersih lapisan tersebut dan dikembalikan lagi ke tempat semula, atau dengan cara back wash. Air Masuk Gambar 4. Saringan Pasir Air Keluar BEBERAPA PARAMETER UNTUK MENENTUKAN KUALITAS AIR a. Kekeruhan (Turbidity) Air dikatakan keruh, apabila mengandung banyak partikel tersuspensi sehingga memberikan warna/rupa yang berlumpur dan kotor. Bahan-bahan yang menyebabkan kekeruhan meliputi tanah liat, lumpur, bahan-bahan organik yang tersebar secara baik, dan partikel-partikel lain yang tersuspensi. Nilai numerik yang menunjukkan kekeruhan, didasarkan kepada turut campurnya bahan-bahan yang tersuspensi pada jalan sinar melalui sampel. Nilai numerik tidak secara langsung menunjukkan banyaknya bahan yang tersuspensi, tetapi ia menunjukkan kemungkinan penerimaan konsumen terhadap air tersebut. Kekeruhan tidak merupakan sifat air yang membahayakan tetapi ia tidak disenangi karena rupanya. Untuk membuat air memuaskan pengguna air baik sebagai keperluan domestik, industri, dan lain-lain, sangat penting menghilangkan bahan-bahan penyebab kekeruhan. b. Derajat Keasaman (ph) ph merupakan istilah yang digunakan untuk menyatakan intensitas keadaan asam atau basa sesuatu larutan dan konsentrasi H. Dalam penyediaaan air, ph merupakan suatu faktor yang harus dipertimbangkan mengingat derajat keasaman air akan sangat mempengaruhi aktivitas pengolahan yang akan dilakukan, misalnya dalam melakukan koagulasi kimia, desinfeksi, pelunakan air (water softening), dan dalam pencegahan korosi pada perpipaan. Paling penting untuk diketahui bahwa konsentrasi OH suatu larutan tidak dapat diturunkan sampai dengan nol bagaimanapun asamnya larutan dan bagaimanapun basanya larutan (Sutrisno, 1987). Pengukuran ph dapat dilakukan dengan menggunakan ph meter, kertas lakmus, dan kalorimeter. c. Zat padat (total solid ) Jumlah zat padat (total solid) terdiri dari bahan terlarut (dissolved solid) dan bahan tidak terlarut (suspended solid) yang ada dalam air. Air Baku Pompa Siklon Clarifier Tube Settler Filtrasi Produk Koagulan Gambar 5. Blok diagram rangkaian peralatan pengolahan air 4

5 Adanya padatan dalam air menyebabkan kualitas air tidak baik, menimbulkan berbagai reaksi, dan mengganggu estetika. Pengukuran total padatan terlarut dapat dilakukan dengan peralatan TDS meter. Tingginya angka dissolved solid merupakan bahan pertimbangan dalam menentukan sesuai atau tidaknya air untuk penggunaan rumah tangga. Umumnya air dengan kandungan total padatan terlarut maksimum 500 mg/l (Winarno, 1986). adalah diharapkan untuk keperluan rumah tangga. Mengingat bahwa dalam beberapa hal pengolahan air untuk menurunkan kandungan bahan padatan ini tidak dilakukan, dan kenyataannya banyak orang yang menggunakan air tersebut tidak mendapatkan suatu gangguan kesehatan, maka US Publik Health Service menetapkan batas standar maksimum total dissolved solid sebesar 1000 mg/l untuk air minum. Persyaratan dari Departemen Kesehatan Republik Indonesia adalah 1500 mg/l. METODE PENELITIAN Penelitian ini dilakukan tiga tahap: 1. Tahap Persiapan alat yang terdiri dari: 1. Tangki Umpan, 2. Pompa Umpan, 3. Siklon, 4. Clarifier, 5. Tube Settler, 6.Saringan Pasir 2.Tahap Proses (Operasi) a. Rangkaian peralatan Sebagaimana diperlihatkan pada Gambar 5. b. Pembuatan suspensi Konsentrasi suspended solid mg/l c. Pengaturan laju alir 10, 20, dan 30 l/menit d. Konsentrasi koagulan 7, 13, dan 19 mg/l 3. Tahap Analisa Semua produk yang dihasilkan dari setiap peralatan dianalisa Total Suspended Solid (TS), Derajat Keasaman (ph), dan Daya Hantar Listrik (DHL). HASIL PENELITIAN Hasil penelitian terhadap total suspended solid (TS), derajat keasaman (ph), dan daya hantar listrik (DHL) dapat dilihat pada Tabel 1 Tabel 3. Tabel 1. Untuk laju alir air umpan masuk (Q) =10 l/men Air Umpan masuk Air Produk (out put) Air Produk (out put) Air Produk (out put) ( input ) Koagulan 7 mg/l Koagulan 13 mg/l Koagulan 19 mg/l Css/Ts ph DH L Tabel 2. Untuk laju alir air umpan masuk (Q) = 20 l/men Air Umpan masuk Air Produk (out put) Air Produk (out put) Air Produk (out put) ( input ) Koagulan 7 mg/l Koagulan 13 mg/l Koagulan 19 mg/l Css/Ts ph DHL

6 Tabel 3. Untuk laju alir air umpan masuk (Q) = 30 l/men Air Umpan masuk Air Produk (out put) Air Produk (out put) Air Produk (out put) ( input ) Koagulan 7 mg/l Koagulan 13 mg/l Koagulan 19 mg/l Css/Ts ph DHL Keterangan: Css = Konsentrasi suspended solid Ts = Total solid PEMBAHASAN Pengaruh laju alir a. Untuk Laju alir rendah Pada unit siklon jumlah suspended solid yang mengendap sedikit, karena gaya tekan yang diberikan kecil. Jumlah suspended solid yang mengendap mg/l, sedangkan pada unit clarifier lebih banyak karena pada unit ini koagulan juga ditambahkan, waktu pembentukan flok lebih lama, jumlah suspended solid yang mengendap mg/l. Pada unit settler, waktu pengendapan lebih baik dan suspended solid yang mengendap lebih banyak, jumlah suspended solid yang mengendap mg/l. Pada unit filtrasi, pengendapan dipengaruhi oleh jumlah suspended solid yang lolos dari settler, pada keadaan ini jumlah suspended solid yang diterima sedikit. b. Untuk Laju alir tinggi. Pada unit siklon jumlah suspended solid yang mengendap lebih banyak karena gaya tekan yang diberikan lebih besar. Jumlah suspended solid yang mengendap mg/l. Pada unit clarifier jumlah suspended solid yang mengendap lebih sedikit karena pembentukan flok di unit ini semakin singkat dan flok yang terbentuk tidak sempurna. Jumlah suspended solid yang mengendap mg/l. Pada unit settler jumlah suspended solid yang mengendap lebih sedikit, karena proses pengendapan tidak begitu sempurna, jumlah suspended solid yang mengendap mg/l. Pada unit filter jumlah beban yang diterima semakin besar karena banyaknya suspended solid yang lolos pada unit settler sehingga waktu backwashnya semakin cepat. Pengaruh penambahan koagulan a. Unit clarifier. Penambahan koagulan dengan konsentrasi rendah (7mg/l) flok yang terbentuk kecil sehingga jumlah suspended solid yang mengendap sedikit, pada konsentrasi suspended solid 1750 mg/l mg/l fungsi koagulan semakin kecil karena kemampuan pembentukan flok semakin berkurang. Pada konsentrasi suspended solid 1750 mg/l, yang mengendap 910 mg/l. Sedangkan pada konsentrasi suspended solid 2750 mg/l yang mengendap 1005 mg/l. sedangkan untuk penambahan koagulan yang lebih banyak 19 mg/l jumlah suspended solid yang mengendap lebih banyak karena pembentukan flok lebih sempurna. b. Unit settler. Penambahan koagulan dengan konsentrasi 7 mg/l jumlah suspended solid yang mengendap sedikit karena flok yang terbentuk tidak sempurna, sedangkan untuk penambahan koagulan yang lebih banyak 19 mg/l jumlah suspended solid yang mengendap lebih banyak karena pembentukan flok lebih sempurna. c. Unit Filtrasi. Pada unit ini hanya menerima suspended solid yang lolos dari unit settler. Semakin tinggi konsentrasi koagulan yang diberikan semakin banyak suspended solid yang mengendap pada unit sebelumnya dengan sendirinya semakin sedikit beban yang diterima oleh unit ini sehingga waktu backwash semakin lama. KESIMPULAN 1. Operasi pengolahan air, pada berbagai laju alir, konsentrasi suspended solid dan konsentrasi koagulan, secara keseluruhan mencapai 87,5% dari total solid yang terkandung dari air baku. 6

7 2. Pada laju alir umpan tinggi, untuk konsentrasi koagulan berubah-rubah, pengendapan pada unit siklon semakin tinggi tetapi pada clarifier dan tube settler semakin kecil sehingga beban filter semakin kecil. 3. Pada laju alir umpan rendah, konsentrasi suspended solid dan koagulan berubah-rubah, maka pengendapan pada unit siklon semakin kecil tetapi pada clarifier dan tube settler semakin tinggi dan beban filter semakin rendah. 4. Konsentrasi koagulan yang ditambahkan sangat besar pengaruhnya terhadap laju pengendapan, semakin tinggi konsentrasi koagulan maka semakin besar pengendapan yang terjadi. 5. Penambahan laju alir, untuk konsentrasi suspended solid dan konsentrasi koagulan berubah-rubah sangat besar pengaruhnya terhadap partikel suspended solid yang mengendap. 6. Pada unit saringan hanya menahan sejumlah suspended solid dari unit sebelumnya (tube settler). Pada unit ini suspended solid yang lolos antara mg/l. 7. Dari hasil analisa, diperoleh perubahan sifat keasaman dan daya hantar listrik dari air baku menjadi produk. 8. Berdasarkan hasil yang dicapai, maka peralatan ini layak untuk digunakan sebagai sarana pengolahan air. Sugiharto, 1987, Dasar-dasar pengolahan air Limbah, UI Press Jakarta. Singh, G.1980, Water Supply and Sanitary Engineering, B.Nai Sarak Delhi. Warren L.Mc.Cabe, Julian C.Smith, Peter Harriot,Ed 7, 2005,Unit Operation Of Chemical Engineering, Seven Edition, Mc.Graw Hill International Edition Winarno F.G.1986, Air untuk Industri Pangan, Gramedia Jakarta. DAFTAR PUSTAKA Igor J. Karassik, Joseph P.Messina, Paul Copper, Charles C. Healp, 2001, Pump Hand Book, Mc.Graw Hill Book Newyork. Mahida,U.N.,1984, Pencemar Air dan Pemanfaatan Limbah Industri, Cv.Rajawali Jakarta. Mogen Henze, Paul Harrenoes, Jesca Com Jansen,1995, Waste Water Treatment, Sringer Verlag, NewYork. Nicholas, P.Cherimision Naff, and David, S. Azbel,.1983, Liquid Filtrasi, Ann Arbor Science, USA. Perry, R.H., Chilton, 1980, Chemical Engineers Hand Book, 6 Th Ed.,P.21-19, Mc.Graw Hill Book Company, Tokyo, Japan. Stanley M.Walas, 1988, Chemical Process Equipment Selection and Design, Butter worths Series in Chemical Engineering. Sutrisno,C.T, dan Enysuli Astuti, Pengolahan Air Bersih, Bina Aksara Jakarta. 7