Air bawah tanah JUMLAH AIR DUNIA. (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook) Jenis Air Jumlah, km 3 % Air Laut x ,5

Transkripsi

1 Kondensasi salju hujan Penguapan Air permukaan Perkolasi air dalam batuan Air bawah tanah JUMLAH AIR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook) Jenis Air Jumlah, km 3 % Air Laut x ,5 Air Tawar 35,03 x ,53 Lain-lain 12,97 x ,97 Total x

2 AIR TAWAR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook) Jenis Air Tawar Jumlah, km 3 % Salju 24,06 x ,7 Air tanah 10,85 x ,0 Uap air (di udara) 0,01 x ,03 Danau 0,108 x ,29 Sungai 0,002 x ,006 CADANGAN AIR ANTAR BENUA (Suara Merdeka, 24 Jan 04) BENUA JML PENDUDUK, % dunia CADANGAN AIR TAWAR, % dunia ASIA 80 1 AUSTRALIA 2 3 Lainnya?? 2

3 PENTINGNYA AIR (PENGOLAHAN AIR) Tidak ada kehidupan tanpa adanya air. The Best of All Things is Water (Air adalah yang terbaik dari segalanya) Water, water, everywhere, nor any drop to drink (penyair terkenal Coloridge, seorang Pelaut Kuno) Mendapatkan air bersih termasuk hak asasi manusia (Resolusi PBB th 2000 melalui UNESCO) KUALITAS AIR : PARAMETER PENCEMAR - Air yang murni tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau - Karena siklus hidrologi, air mengandung berbagai bahan pencemar/kontaminan PARAMETER PENCEMAR PADAT CAIR GAS TAK MENGENDAP (NON SETLEABLE SOLID) MENGENDAP (SETLEABLE SOLID) TERLARUT ORGANIK DAN ANORGANIK TERSUSPENSI KOLOID 3

4 KONTAMINAN AIR KONTAMINAN AIR IONIK & TERLARUT NON IONIK & TIDAK TERLARUT ION POSITIP ION NEGATIF SUSPENSI KOLOID GAS Ca2+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Na+, K+, dsb SO4=, Cl-, NO3-, HCO3-, OH-, CO3= Tanah liat, Debu, dsb Tanah liat, virus, bakteri, alga CO2, O2, N2, H2S, dsb KONTAMINAN AIR KONTAMINAN AIR FISIKA KIMIA BIOLOGI T, Padatan Tersuspensi, Padatan terlarut, Padatan total, Konduktifitas, dll ph, Kation terlarut, Anion terlarut, Alkalinitas, Kesadahan, dsb Jml bakteri koli, dsb 4

5 ANALISA KIMIA Kandungan kontaminan dinyatakan dengan : 1. miligram per liter (mg/l), bagian per juta (part per million, ppm), dan ppb (part per billion). 2. mol per liter 3. miliekuivalen per liter (meq/l). Jumlah ekuivalen solut per liter larutan disebut juga dengan normalitas (N). 4. persen berat : massa zat terlarut per massa total larutan dikalikan 100 % 5. milligram per liter sebagai CaCO3 (mg/l sebagai CaCO3). = Konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam miligram per liter sebagai CaCO3 Contoh Parameter Analisa Air No Uji Keterangan / Simbol 1 2 PH Kation terlarut Kalsium Magnesium Kalium Natrium Ca2+ Mg2+ K+ Na+ Penggunaan Hasil Pengujian Untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan encer Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan. 5

6 Contoh Parameter Analisa Air No Uji Keterangan / Simbol 3 4 Anion terlarut Bikarbonat Karbonat Klorida Hidroksida Nitrat Sulfat Alkalinitas HCO3- CO3= Cl- OH- NO3- SO4= HCO3- + CO3= + OH- Penggunaan Hasil Pengujian Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan. Untuk mengukur kapasitas air untuk menetralkan asam Contoh Parameter Analisa Air No Uji Keterangan / Simbol 5 6 Kesadahan Konduktifitas kation multivalensi mhos (micromhos)/cm pada 25oC Penggunaan Hasil Pengujian Untuk mengukur kapasitas konsumsi sabun dan kecenderungan air untuk membentuk kerak Untuk memperkirakan total padatan terlarut atau check terhadap hasil analisa lengkap (Total Padatan Terlarut atau TDS = 0,55-0,7 x konduktifitas sampel) 6

7 Kation ANION Terlarut : Kesetimbangan muatan 1. Jumlah ekuivalen kation = jumlah ekuivalen anion 2. Jumlah kation dan anion dalam mg/l = Total padatan terlarut Review hasil analisa kimia Anggap bahwa analisa kimia air permukaan sebagai berikut : Ion Ca 2+ Mg 2+ Na + K + Cl - SO 4 = HCO 3 - Konsentrasi, mg/l ph 7,5 (a). Periksa ketelitian hasil analisa di atas; (b) tentukan alkalinitas air dinyatakan sebagai CaCO 3 ; (c) tentukan kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO 3; dan (d) perkirakan kandungan padatan terlarut total. 7

8 Penyelesaian: Neraca kation-anion digunakan untuk memeriksa ketelitian analisa. Kation Anion Ion Konsentrasi Konsentrasi Ion mg/l mg/meq meq/l mg/l mg/meq meq/l Ca 2+ Mg 2+ Na + K ,2 23,0 39,1 4,50 2,46 3,13 0,15 Cl - SO 4 = HCO , ,82 4,69 2,70 Total , ,21 Keterangan : mg/meq = miligram/miliequivalen. Untuk Kalsium, berat eqivalen = 20 yaitu gram/equivalen (40/2) = 20 miligram/miliequivalen. meq/l = miliequivalen/liter. Untuk kalsium, meq/l = 90mg/l) / 20 mg/meq = 4,50 (a). Karena jumlah kation dan anion sama maka hasil analisa dapat diterima. (b). Menentukan alkalinitas. Dari hasil analisa diatas, alkalinitas hanya disebabkan oleh ion HCO3-. Alkalinitas dinyatakan sebagai CaCO3 = 2,70 meq/l x 50 mg CaCO3/meq = 135,3 mg/l sebagai CaCO3 Catatan : berat equivalen CaCO3 = 100 g/2 = 50 g/eq = 50 mg/meq (c). Menentukan kesadahan. Untuk hasil analisa yang disajikan, kesadahan air disebabkan oleh ion kalsium dan magnesium. Kesadahan dinyatakan sebagai CaCO3 = (4,5 meq/l + 2,46 meq/l) x 50 mg CaCO3 /meq = 348,0 mg/l sebagai CaCO3 (d). Perkiraan total padatan terlarut (TDS) TDS= kation + anion dinyatakan dalam mg/l = 198 mg/l mg/l = 688 mg/l 8

9 PENGOLAHAN AIR I. SATUAN PROSES KOAGULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, dll BAHAN BAKU AIR (KUALITAS AIR) Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll TEKNOLOGI PENGOLAHAN TUJUAN PENGGUNAAN (SPESIFIKASI) Air minum, MCK, proses, pendingin, ketel / steam, dll II. SATUAN OPERASI MIXING, SEDIMENTASI, FILTRASI, ADSORPSI, FLOKULASI, DEAERASIdll PENGOLAHAN AIR CONTOH SEDERHANA: Pengolahan air sumur menjadi air minum Air sumur Kualitas??? Kuman TEKNOLOGI PENGOLAHAN??? Satuan pengolahan??? Desinfeksi!!! Air minum Spesifikasi???? Bebas kuman 9

10 == Pemilihan satuan-satuan operasi maupun proses untuk pengolahan air sangat tergantung pada kualitas dan jenis bahan baku serta tujuan penggunaan dari air yang telah diolah. == bisa melibatkan bagian-bagian kecil dari satuan operasi dan proses, tetapi bisa juga melibatkan hampir semua satuan operasi dan proses yang ada. Satuan operasi 1.Saringan (screening) 2.Saringan mikron 3. Aerasi 4.Mixing 5.Flokulasi 6.Sedimentasi 7.Filtrasi Saringan kuarsa digunakan untuk melindungi pompa dari padatan mengapung. Saringan halus digunakan untuk menghilangkan padatan mengapung dan tersuspensi Digunakan menghilangkan impuritas yang halus seperti alga, pasir, dsb. Untuk menambah maupun mengeluarkan gas-gas dari air. Misal : aerasi untuk menghilangkan Fe 2+ dan Mn 2+ terlarut. Untuk mencampur bahan-bahan kimia dan gas-gas yang diperlukan untuk pengolahan. Untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan sangat lambat. Untuk menghilangkan partikel-partikel seperti tanah dan pasir atau padatan (flok) tersuspensi. Untuk menyaring padatan yang masih tersisa setelah pengendapan/sedimentasi 10

11 Satuan Proses 1.Koagulasi 2.Disinfeksi 3.Presipitasi 4.Ion exchange 5.Adsorpsi 6.Oksidasi kimia Proses penambahan bahan-bahan kimia untuk membentuk gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses flokulasi. Digunakan untuk mematikan bakteri patogen yang ada dalam air. Penghilangan komponen ion terlarut seperti kalsium dan magnesium (kesadahan) dengan penambahan bahanbahan kimia sehingga akan menimbulkan endapan Untuk penghilangan sebagian maupun keseluruhan kation dan anion terlarut dalam air Untuk penghilangan senyawa-senyawa organik yang menyebabkan warna, rasa dan bau. Untuk mengoksidasi berbagai senyawa yang ditemukan di dalam air, yang menyebabkan rasa, warna dan kerak. Cara pengolahan air dari berbagai zat pengotor ( Setiadi, 1993) No. Komponen Rumus Masalah yang ditimbulkan Cara pengolahan 1 Turbidity Tidak ada Air menjadi keruh, membentuk deposit pada pipa-pipa, alat-alat, ketel dan lain-lain 2 Warna Tidak ada Timbul buih dalam ketel, menghambat proses pengendapan pada penghilangan besi dan hot phosphate softening 3 Hardness (kesadahan) 4 Alkalinity (alkalinitas) 5 Asam mineral bebas Kalsium dan magnesium yang dinyatakan sebagai CaCO 3 Bikarbonat (HCO 3 ) Karbonat (CO 3 ) Hidroksida (OH) Dinyatakan sebagai CaCO 3 H 2 SO 4,HCl dan sebagainya dinyatakan sebagai CaCO 3 Membentuk Scale / kerak pada sistem penukar panas, ketel, pipa menghambat daya cuci dengan sabun Timbul buih dan carry over (lolosnya) padatan ke dalam uap panas mengakibatkan karatan pada pipa ketel, bikarbonat dan karbonat menghasilkan CO 2 dalam uap panas, sehingga bersifat korosif. Korosif Koagulasi, pengendapan dan filtrasi Koagulasi, filtrasi, khlorinasi, adsorbsi dengan karbon aktif Pelunakan, destilasi, pengolahan internal Pelunakan dengan kapur dan kapursoda, demineralisasi, penambahan asam, dealkilasi dengan penukar ion, distilasi Netralisasi dengan alkali 11

12 6 Karbondioks ida 7 PH Konsentrasi ion hydrogen ph = - log (H + ) CO 2 Korosif terhadap jaringan pipa Aerasi, deaerasi, netralisasi dengan alkali, filming dan neutralizing amines Perubahan ph dipengaruhi oleh keasaman atau kebasaan dalam air. Air dalam biasanya ph = 6-8 PH dapat dinaikkan dengan penambahan Al dan sebaiknya dengan asam 8 Sulfat SO = 4 Menaikkan kandungan padatan dalam air, bereaksi dengan Ca membentuk kerak CaSO 4 9 Chlorida Cl - Menaikkan kandungan padatan dalam air dan bersifat korosif Demineralisasi, distilasi 10 Silika SiO 2 Membentuk kerak pada ketel dan sudut-sudut turbin 11 Besi Fe 2+ (ferro) Fe 3+ Terbentuk deposit pada pipa-pipa dan boiler Aerasi, koagulasi dan filtrai pelunakan kapur, penukar kation 12 Mangan Mn Terbentuk deposit Aerasi, pelunakan kapur 13 Minyak Dinyatakan sebagai oil atau Ichloroform extractible matter Terbentuk kerak, lumpur dan buih dalam ketel Raffle reparation stainers koagulan dan filktrasi, filtrasi dengan diatamaceous earth 14 Oksigen O 2 Korosi Deaerasi, sodium sulfate, hyrazine, zat pencegah korosi 15 Hidrogen Sulfida H 2 S Bau telur busuk, korosi Aerasi, khlorinasi, penukar anion berbasa tinggi 16 Amoniak NH 3 Korosi pada tembaga dan seng Penukar kation dengan zeolite hidrogen, khlorination, daeaerasi 17 Konduktivit as Dinyatakan dalam Micrombos, konduktansi spesifik Konduktivitas yang tinggi maka sifat korosi makin tinggi Demineralisasi, pelunakan kapur, dan sebagainya 18 Padatan terlarut Tidak ada Padatan terlarut menunjukkan jumlah zat-zat yang terlarut, menyebabkan buih Pelunakan kapur, penukar kation dengan zeolite hidrogen, demineralisasi, distilasi 19 Padatan tersuspensi Tidak ada Menyebabkan deposit Pengendapan, filtrasi dan koagulasi 20 Padatan total Tidak ada Padatan total adalah padatan terlarut ditambah padatan tersuspensi Sama dengan 19 dan 20 12

13 SATUAN OPERASI DAN PROSES SEDIMENTASI : MEMEMISAHKAN PADATAN MENGENDAP t = 0 t > t>> padatan mengendap Padatan tak mengendap SEDIMENTASI KLARIFIER THICKENER FLOTASI (kebalikan sedimentasi) 13

14 SATUAN OPERASI DAN PROSES : SEDIMENTASI Waktu Pengendapan Berbagai Ukuran Partikel Diameter Partikel (mm) ,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001 Nama Partikel Kerikil Pasir kasar Pasir halus Lumpur Bakteri Partikel tanah liat Partikel koloid Waktu Pengendapan pada Ketinggian 1 kaki/ft 0,3 detik 3 detik 38 detik 33 menit 35 jam 230 hari 63 tahun SEDIMENTASI : Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b) (a) (b) 14

15 SATUAN OPERASI DAN PROSES KOAGULASI DAN FLOKULASI : memisahkan padatan tersuspensi dan koloid koagulan koagulan Padatan tersuspensi Padatan terlarut Bahan kimia PRESIPITASI : menghilangkan kation/anion terlarut dengan penambahan bahan kimia Kation/anion terlarut 15

16 ION EXCHANGE : menghilangkan kation/anion terlarut Air Kation/anion dalam air Padatan penukar ion Kation/anion Kolom penukar ion Air KOAGULASI FLOKULASI : Definisi Koagulasi : rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia Flokulasi : slow mixing, kadangkadang dengan penambahan koagulan aid (flokulan) 16

17 KOAGULASI FLOKULASI : Ukuran partikel yang terlibat dalam koagulasi Diameter A o A. Sistem Koloidal - Warna - Koloid inert (tanah liat, garam anorganik) - Emulsi - Bakteri - Alga B. Kation (Na +, Ca 2+, Mg 2+, Al 3+ ) C. Polyelektrolit (BM ) D. Air KOAGULASI FLOKULASI Distribusi muatan lapisan ganda 17

18 KOAGULASI FLOKULASI : contoh pengukuran potensial zeta Koagulasi air menggunakan alum KOAGULASI FLOKULASI 1. Tawas Al 2 (SO 4 ) 3.18H 2 O + 3Ca(OH) > 3CaSO Al(OH) H 2 O 2. Ferro sulfat FeSO 4.7H 2 O + Ca(OH) > Fe(OH) 2 + CaSO H 2 O 18

19 KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis koagulan 3. Ferri sulfat Fe 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) > 2Fe(OH) 3 + 3CaSO 4 + 6CO 2 4. Ferri khlorida 2 FeCl Ca(OH) > 3 CaCl Fe(OH) 3 5. PAC KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis flokulan 19

20 KOAGULASI FLOKULASI : PE kationik PE kationik seperti polyamine terhidrolisa dalam air R R NH + H 2 O --- NH.H + + OH - R R == pada ph tinggi reaksi akan menyebabkan reaksi bergeser ke kiri, dan polimer menjadi tidak bermuatan (non ionik). akan menurunkan kapasitas penukaran ion PE pada ph tinggi. KOAGULASI FLOKULASI : PE anionik Polymer anionik memiliki guhus karboksil dalam struktur molekulnya. Molekul ini akan terionisasi dalam air sebagai berikut. R-COOH === R-COO - + H + Ion hydrogen akan memaksa reaksi ke kiri sehingga molekul ini akan menjadi non ionik pada ph rendah. 20

21 Contoh Diagram Alir : Pengolahan air sumber menajdi air minum dalam kemasan Air sumber Bak Tandon Generator Ozone Ozone Tanki Umpan Filter multimedia Karbon Aktif Cartridge filter 5, 3, 1 µ Lampu Ultraviolet (UV) Tanki produk Mesin Cup Mesin Gallon Mesin Botol Alum, flokulan, NaOH, kaporit Air baku (air sungai) Bak Pencampur Klarifier Bak Lumpur Air Contoh diagram penyediaan/pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri Air untuk service Air Pendingin Air sanitasi Saringan Pasir Filter karbon Penukar kation Bak air terfiltrasi Unit demineralisasi Dekanter Lumpur padat Penghilangan Cl 2, warna, bau, zat-zat organik Penghilangan Ca 2+, Mg 2+, Na +, K +, Fe 2+, Mn 2+, Al 3+ Dekarbonator Penukar Anion Peghilangan CO 2 Penghilangan Cl-, NO 3-, SiO 3 - Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll) Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb) Deaerator Unit Injeksi Kimia Air umpam boiler Air Proses 21

22 Contoh Blok Diagram pengolahan air di kolam renang kaporit Balancing tank Air sumur artetis Desinfeksi overflow Saringan pasir Kaporit, HCl, PAC, Soda abu KOLAM RENANG 22