STUDI EFEKTIVITAS LAMELLA SEPARATOR DALAM PENGOLAHAN AIR SADAH

Transkripsi

1 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 STUDI EFEKTIVITAS LAMELLA SEPARATOR DALAM PENGOLAHAN AIR SADAH Oktavina G. LP Manulangga1), Wahyono Hadi2) Program Pascasarjana, Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya livorevag@yahoo.co.id1), Wahyonohadi@yahoo.com2) ABSTRAK Lamella separator sangat efektif untuk pengolahan air minum, dan telah dilakukan penelitian pendahuluan dengan melakukan modifikasi pada kompartemen tengah dengan penambahan baffle untuk pengadukan lambat, dapat meningkatkan efesiensi sampai dengan 76% untuk kekeruhan (awal = 39,3 FTU dan konsentrasi akhir = 9,43 FTU) dan 66% untuk PV (konsentrasi awal = 42,72 mg/l) dan konsentrasi akhir = 14,26 mg/l). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keefektifan lamella separator yang dimodifikasi dalam menurunkan kesadahan dan kekeruhan pada air baku. Penelitian diawali dengan menganalisis air kran di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS, untuk mengetahui kadar kesadahan total, Ca 2+, Mg2+, CO2 dan HCO3sebagai model air sadah buatan yang akan dijadikan sebagai air baku dengan konsentrasi 1 mg/l CaCO3. Reaktor yang digunakan adalah lamella separator dengan volume 18 L, dilakukan runnning test terhadap lamella separator dengan variasi debit 4,5 L/menit, L/menit, dan 1,125 L/menit, kemudian dilakukan analisis korelasi untuk parameter kesadahan total, Ca2+, Mg2+, ph dan kekeruhan. Bahan kimia yang digunakan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3). Kondisi optimum lamella separator terjadi pada debit 1,125 L/menit, dengan nilai kesadahan total 17,13 mg/l (removal %), kesadahan kalsium (Ca2+) 71,42 mg/l (removal %), kesadahan magnesium (Mg2+) 35,71 (removal 29,76 %), kekeruhan FTU (removal 1 %). Kata kunci: Lamella Separator, Kapur (CaO), Abu soda (Na2CO3), Kesadahan, Air Sadah Buatan. PENDAHULUAN Air dengan kualitas yang baik, harus memenuhi syarat secara fisik, kimia, dan bakteriologis. Daerah dengan kondisi tanah berkapur, mempunyai air tanah dengan tingkat kesadahan yang tinggi. Hal ini terjadi karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang ada pada lapisan tanah yang dilalui air. Kesadahan air disebabkan adanya ion ion Ca2+ dan Mg2+. Standar kesadahan menurut Per MENKES RI, 21, batas maksimum kesadahan air minum yang dianjurkan yaitu 5 mg/l CaCO3. Bila melewati batas maksimum maka harus diturunkan. Masalah yang timbul karena tingginya tingkat kesadahan air antara lain adalah dalam penggunaan air rumah tangga mengakibatkan konsumsi sabun lebih banyak dikarenakan sabun menjadi kurang efektif. Air sadah dapat memproduksi kerak pada pipa air panas, pemanas, dan unit lainnya yang suhu materialnya bertambah sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan industri. Pada penelitian ini menggunakan air sadah buatan sebesar 1 mg/l CaCO3. Air baku untuk air sadah buatan menggunakan air kran di Laboratorium Teknik

2 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 Lingkungan ITS. Air dianalisis terlebih dahulu untuk mengetahui kesadahan total, Ca 2+, Mg2+, CO2, dan HCO3-. Berdasarkan penelitian yang dilakukan sebelumnya, lamella separator telah dilakukan uji coba untuk mengolah air Kali Bokor dalam menurunkan kadar kekeruhan awal pada penelitian tersebut adalah 39,3 FTU dan PV 42,72 mg/l. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan tawas dengan konsentrasi 432 ml/menit alat ini mampu menurunkan kadar kekeruhan hingga 76% (konsentrasi awal = 39,3 FTU dan konsentrasi akhir = 9,43 FTU) dan PV 66% (konsentrasi awal = 42,72 mg/l dan konsentrasi akhir = 14,26 mg/l). Dalam penelitian ini, kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) akan ditambahkan dalam proses penurunan kesadahan dengan tujuan untuk membentuk garam garam Ca2+ dan Mg2+ menjadi bentuk garam garam yang tidak larut sehingga dapat diendapkan dan dipisahkan dari air. Lamella separator terdiri dari atas tiga kompartemen, sisi kiri dan kanan berfungsi sebagai plate settler dan sisi tengah sebagai ruang inlet. Dalam penelitian ini, lamella separator dimodifikasi sehingga ada bak pengaduk lambat di sisi tengah. Model yang dibuat untuk zona lumpur berbentuk limas, sedangkan untuk plate settler berbentuk biasa (lembaran). Bentuk zona pengendap dan plate settler persegi panjang dan diberikan kemiringan sebesar 6. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penurunan kesadahan dan kekeruhan dengan menggunakan lamella separator yang dimodifikasi. METODA Penelitian dan pengujian sampel dilaksanakan di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS. Parameter yang dianalisis adalah ph, kesadahan dan kekeruhan. A. ph ph menandakan kondisi asam basa air dan untuk pemeriksaan nya dapat menggunakan ph meter. Setiap ph meter yang akan digunakan sebelumnya harus dikalibrasi dengan larutan buffer ph 1. Batas waktu maksimum yang direkomendasikan untuk pengukuran ph air adalah 2 jam. B. Analisis Kesadahan Kesadahan total yaitu jumlah ion ion Ca2+ dan Mg2+ yang dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA (Ethylen Diamine Tetra Acetic) sebagai titran dan menggunakan indikator EBT (Eriochrom Black R) yang peka terhadap semua kation tersebut. C. Analisis Kekeruhan Untuk analisis kekeruhan digunakan alat smart spectrofotometer dimana satuan yang digunakan adalah FTU (Formazin Turbidity Unit). Pada analisis kekeruhan sampel yang diambil beberapa ml, dan ditaruh dalam satu wadah, kemudian dengan menekan tombol cahaya maka nilai kekeruhan dari sampel akan diketahui berdasarkan nilai cahaya yang dipendarkan oleh partikel partikel koloid didalamnya. HASIL DAN DISKUSI Hasil Analisis Air Kran Analisis air kran di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS merupakan penelitian awal yang dilakukan untuk mengetahui konsentrasi kesadahan total, kesadahan kalsium (Ca2+), kesadahan magnesium (Mg2+), karbondioksida (CO2), dan bikarbonat (HCO3-) ISBN : D-4-2

3 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 yang terkandung dalam air kran sehingga dapat ditentukan kebutuhan bahan kimia yang diperlukan untuk membuat air sadah buatan sebesar 1 mg/l CaCO 3. Hasil analisis air kran disajikan pada Tabel 1 Tabel 1 Hasil Analisis Air Kran Parameter Kesadahan Total Kesadahan Kalsium (Ca2+) Kesadahan Magnesium (Mg2+) CO2 Bikarbonat (HCO3-) mg/l CaCO Berdasarkan hasil analisis tersebut, kesadahan total yang kurang sebesar 75 mg/l CaCO3. Sehingga untuk mencapai kesadahan total sebesar 1 mg/l CaCO3, maka: a. Kesadahan kalsium (Ca2+) = 151 x 4 = 64 mg/l CaCO3 b. Kesadahan magnesium (Mg2+) = 99 x 4 = 396 mg/l CaCO3 c. Jadi kesadahan total = Kesadahan Ca2+ + Kesadahan Mg2+ = 64 mg/l CaCO mg/l CaCO3 = 1 mg/l CaCO3 Analisis Pembuatan Air Sadah Berdasarkan hasil analisis air kran, dapat ditentukan kebutuhan kimia yang dibutuhkan untuk pembuatan air sadah adalah: a. BM CaCl2 = 147 = 1,47 x Ca2+ BM CaCO3 1 = 1,47 x 64 mg/l = 887 mg/l CaCl2 b. BM MgCl2 = 23 = 2,3 x Mg2+ BM CaCO3 1 = 2,3 x 396 mg/l = 83 mg/l MgCl2+ c. BM NaHCO3 = 84 =,84 x HCO3 BM CaCO3 1 =,84 x 38 mg/l = 319 mg/l NaHCO3 bahan Kebutuhan bahan kimia dengan kemurnian 6% a. 887 mg/l CaCl2 x (1/6) = 1478 mg/l CaCl2 b. 83 mg/l MgCl2+ x (1/6) = 1338 mg/l MgCl2+ c. 319 mg/l NaHCO3 x (1/6) = 33 mg/l NaHCO3 Berdasarkan hasil perhitungan, bahan kimia tersebut diencerkan dalam 2 L air untuk proses pengolahan dengan Lamella Separator adalah: a mg/l CaCl2 x 2 L air = 2956 mg CaCl2 b mg/l MgCl2+ x 2 L air = 2676 mg MgCl2+ c. 33 mg/l NaHCO3 x 2 L air = 66 mg NaHCO3 Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3) Bahan kimia yang akan digunakan adalah kapur (CaO) dan abu soda (Na 2CO3), dimana kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na 2CO3) yang diperlukan ditentukan terlebih dahulu melalui analisis perhitungan yang disajikan pada Tabel 2 ISBN : D-4-3

4 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 Tabel 2 Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3) Air baku Data Analisis Ion (Air Kran) Ca2+ Mg2+ HCO3A Hasil Perhitungan kadar Molekul Garam Ca(HCO3) 38 Mg(HCO3) - NaHCO3 - CaY MgY a. Dosis Ca(OH)2 = Dosis Ca(OH)2 mg/l CaCO3 x 37/5 = 776 mg/l CaCO3 x 37/5 = 574,2 mg/l CaCO3 o massa Ca(OH)2 = 574,2 mg/l CaCO3 x 2 L = mg CaCO3 b. Dosis Na2CO3 o massa Na2CO3 = Dosis Na2CO3 mg/l CaCO3 x 53/5 = 62 mg/l CaCO3 x 53/5 = 657,2 mg/l CaCO3 = 657,2 mg/l CaCO3 x 2 L = mg CaCO3 Untuk mempercepat reaksi yang sempurna, dosis tersebut ditambah dengan Ca(OH)2 25 mg/l CaCO3 dan Na2CO3 5 mg/l CaCO3 (proses kapur berlebih), adalah: a. Dosis Ca(OH)2 untuk 2 L air 574,2 mg/l CaCO mg/l CaCO3 = 599,2 mg/l CaCO3 massa Ca(OH)2 = 599,2 mg/l CaCO3 x 2 L = mg CaCO3 b. Dosis Na2CO3 untuk 2 L air 657,2 mg CaCO3 + 5 mg/l CaCO3 = 77,2 mg/l CaCO3 massa Na2CO3 = 77,2 mg/l CaCO3 x 2 L air = mg CaCO3 Hasil analisis kebutuhan bahan kimia, menunjukkan bahwa untuk mengolah 2 L air sadah memerlukan larutan kapur Ca(OH) mg CaCO3 dan abu soda (Na2CO3) gr CaCO3. Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3) Dalam Proses Lamella Separator Analisis kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) yang akan diperlukan dalam proses penurunan kesadahan. a. Dosis Ca(OH)2 = mg CaCO3 diencerkan dalam 5 L air = mg CaCO3 5L = mg/l = 23,968 mg/ml = 25 ml/l 599,2 mg/l CaCO3 23,968 mg/ml Pada debit air 4,5 L/menit, debit Ca(OH)2 = 25 ml/l x 4,5 L/menit = 112,5 ml/menit Pada debit air L/menit, debit Ca(OH)2 = 25 ml/l x L/menit = ml/menit Pada debit air 1,125 L/menit, debit Ca(OH)2 = 25 ml/l x 1,125 L/menit = 28,125 ml/menit ISBN : D-4-4

5 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 b. Dosis Na2CO3 = mg CaCO3 diencerkan dalam 5 L air = mg CaCO3 5L = mg/l = 28,288 mg/ml 77,2 mg/l CaCO3 = 25 ml/l 28,288 mg/ml Pada debit air 4,5 L/menit, debit Na2CO3 = 25 ml/l x 4,5 L/menit = 112,5 ml/menit Pada debit air L/menit, debit Na2CO3 = 25 ml/l x L/menit = ml/menit Pada debit air 1,125 L/menit, debit Na2CO3 = 25 ml/l x 1,125 L/menit = 28,125 ml/menit Dari hasil analisis diketahui bahwa untuk mengolah air sadah sebesar 1 mg/l CaCO3 dengan debit 4,5 L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH) 2) 112,5 ml/menit dan abu soda (Na2CO3) 112,5 ml/menit, debit L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH)2) ml/menit dan abu soda (Na 2CO3) ml/menit, dan debit 1,125 L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH)2) sebesar 28,125 ml/menit dan abu soda (Na2CO3) 28,125 ml/menit. Analisis Percobaan Menggunakan Lamella Separator Setelah dilakukan running tes menggunakan lamella separator, maka dilakukan tes laboratorium untuk mendapatkan nilai kesadahan (mg/l CaCO3), sesuai dengan standar analisis yang berlaku. Dari analisis tersebut didapatkan nilai besaran parameter kesadahan yang disajikan pada Tabel 3 Tabel 3 Analisis Penurunan Kesadahan (mg/l CaCO3) Dengan Lamella Separator (L/menit) (Ca(OH)2) (Na2CO3) (ml/menit) (ml/menit) 4,5 112,5 ISBN : , Analisis Kesadahan (mg/l CaCO3) K. Total K. Ca2+ K. Mg2+ 471,372 37,16 164, ,52 285,68 142,84 414, , , , , , , , , , , , ,68 264,42 264,42 264,42 264,42 D ,834 92,846

6 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 Lanjutan Tabel 3 Analisis Penurunan Kesadahan (mg/l CaCO3) Dengan Lamella Separator (L/menit) (Ca(OH)2) (Na2CO3) (ml/menit) (ml/menit) 28,125 N ila i K e s a d a h a n (m g /L 3C ) ac O 1,125 28,125 6 Analisis Kesadahan (mg/l CaCO3) K. Total K. Ca2+ K. Mg2+ 264, ,556 17,13 17,13 17,13 17,13 17,13 85,74 71,42 71,42 71,42 71,42 71,42 42,852 35,71 35,71 35,71 35,71 35, K.Total 6 K.Ca2+ 4 K.Mg2+ 2 Awal (L/menit) Gambar 1 Grafik Analisis Penurunan Kesadahan (mg/l CaCO3) dengan Lamella Separator Tabel 4 Analisis Removal Kesadahan (%) Dengan Lamella Separator (L/menit) 4, K. Total 52,86 57,148 58,576 58,576 58,576 58, ,432 73,68 73,68 73,68 ISBN : D-4-6 Analisis Kesadahan (%) K. Ca2+ K. Mg2+ 34,324 18,536 38, 19,148 39,386 19,19 39,386 19,19 39,386 19,19 39,386 19,19 47,859 23,573 21,95 21,95 21,95

7 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 Lanjutan Tabel 4 Analisis Removal Kesadahan (%) Dengan Lamella Separator (L/menit) 5 6 K. Total 73,68 73, ,144 1,125 Analisis Kesadahan (%) K. Ca2+ K. Mg2+ 21,95 21,95 57,515 29,629 29,76 29,76 29,76 29,76 29,76 Konsentrasi awal air sadah sebelum dilakukan pengolahan dengan Lamella Separator, memiliki kesadahan total 1 mg/l CaCO3, kesadahan kalsium (Ca2+) 642,78 mg/l CaCO3, kesadahan magnesium (Mg2+) 361,24 mg/l CaCO3. Dari hasil analisis diatas pada perlakuan 4,5 L/menit, L/menit, 1,125 L/menit terlihat bahwa nilai penurunan terbesar dimilki oleh debit 1,125 L/menit, nilai kesadahan total menjadi 17,13 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar %, kesadahan kalsium (Ca2+) 71,42 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar %, kesadahan magnesium (Mg2+) 35,71 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 29,76 %. Nilai bilangan Reynold pada debit pengolahan 4,5 L/menit menjadi,686 NRe, debit L/menit menjadi,342 NRe dan debit 1,125 L/menit menjadi,163 NRe. Hal ini terlihat bahwa bilangan Reynold kurang dari 1, sehingga alirannya akan laminar dan memenuhi syarat untuk mengendap. Tabel 5 Analisis ph dan Kekeruhan Menggunakan Lamella Separator (L/menit) 4,5 (Ca(OH)2) (ml/menit) (Na2CO3) (ml/menit) 112,5 ISBN : ph Kekeruhan (FTU) 112, ,87 7,86 7,86 7,84 7,86 7, ,51 7,52 7,51 7,51 7,52 7,5 2 D-4-7

8 Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 211 Lanjutan Tabel 5 Analisis ph dan Kekeruhan Menggunakan Lamella Separator (L/menit) 1,125 (Ca(OH)2) (ml/menit) (Na2CO3) (ml/menit) 28,125 28,125 ph Kekeruhan (FTU) ,28 7,24 7,26 7,26 7,28 7,28 1 Konsentrasi awal air sadah sebelum dilakukan pengolahan dengan lamella separator, memiliki ph 11,32, kekeruhan 16 FTU. Setelah dilakukan pengolahan dengan lamella separator untuk debit pengolahan 4,5 L/menit pada menit ke-6, nilai ph 7,88; kekeruhan FTU dan nilai persentase removal 1%.. pengolahan L/menit pada menit ke-6, nilai ph 7,5; kekeruhan FTU dan nilai persentase removal 1%. pengolahan 1,125 L/menit pada menit ke-6, nilai ph 7,28; kekeruhan FTU dan nilai persentase removal 1%. KESIMPULAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah: Nilai penurunan terbesar adalah dengan debit 1,125 L/menit, nilai kesadahan total menjadi 17,13 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar %, kesadahan kalsium (Ca2+) 71,42 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar %, kesadahan magnesium (Mg2+) 35,71 mg/l CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 29,76 %. Nilai kekeruhan FTU dan nilai persentase removal 1%. Pada kondisi tersebut nilai bilangan Reynold pada debit 1,125 L/menit menjadi,163 NRe. DAFTAR PUSTAKA Alaerts, G. dan Santika, Sri S. (1978). Metoda Penelitian Air, Usaha Nasional Surabaya. Bakti, H. (1995). Pelatihan Penyehatan Air. Jakarta. Departemen Kesehatan RI. Lawrence K. Wang,Yung-Tse Hung, dan Nazih K. Shammas. 25. Physicochemical treatment Processes. Humana Press. New Jersey. Said, I dan Ruliasih. (28). Penghilangan Kesadahan Di Dalam Air Minum. Hal Reynolds, Tom D dan Richards, Paul A. (1996). Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company, Boston. Sawyer, Clair N., McCarty, Perry L. dan Parkin, Gene F. (1994). Chemistry for Environmental Engineering, 4th edition, McGraw-Hill Inc. New York. ISBN : D-4-8