BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.7. Pengolahan Fe dan Mn pada Air Sumur Gali
2.7.7 Pengolahan dengan Cara Oksidasi
larut dalam air dialirkan ke dalam saringan pasir cepat secara bertahap. Cara ini dapat menghemat biaya operasi untuk koagulasi dan pengendapan tetapi beban saringan pertama akan cukup besar.
2.7.7.1. Oksidasi dengan Khlorine (khlorinasi) Khlorine, Cl2 dan ion hipokhlorit, (OCl)
-2Fe
adalah merupakan bahan oksidator yang kuat sehingga meskipun pada kondisi pH rendah dan oksigen terlarut sedikit, dapat mengoksidasi dengan cepat. Reaksi oksidasi antara besi dan mangan dengan chlorine adalah sebagai berikut :
2+
+ Cl2 + 6H2O → 2Fe (OH)3 Mn
+ 2Cr + 6H 2+
Cl2 +2H2O → MnO2 + 2Cr + 4H
Berdasarkan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,64 mg/l chlorine. Tetapi pada prakteknya, pemakaian chlorine ini lebih besar dari kebutuhan teoritis karena adanya reaksi-reaksi samping yang mengikutinya. Disamping itu apabila kandungan besi dalam air baku jumlahnya besar, maka jumlah chlorine yang dibutuhkan dan endapan yang terjadi juga besar sehingga beban flokulator, bak pengendap dan filter menjadi besar pula.
+
Berdasarkan sifatnya, pada tekanan atmosfir chlorine adalah berupa gas. Oleh karena itu untuk mengefisiensikannya, chlorine disimpan dalam bentuk cair dalam
suatu tabung silinder bertekanan 5 sampai 10 atmosfir. Untuk melakukan khlorinasi, chlorine dilarutkan dalam air kemudian dimasukkan ke dalam air yang jumlahnya diatur melalui orifice flowmeter atau dosimeter yang disebut khlorinator. Pemakaian kaporit atau kalsium hipokhlorit untuk mengoksidasi atau menghilangkan besi dan mangan relative sangat mudah karena kaporit berupa serbuk atau tablet yang mudah larut dalam air.
2.7.7.2. Oksidasi dengan Kalium Permanganat
Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan mengoksidasinya dengan memakai oksidator kalium permanganate dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
3Fe2+ KMnO4 + 7 H2O → 3Fe(OH)3 + MnO2 + K+ + 5H 3Mn
+ 2+
+ 2 KMnO4 + 2 H2O → 5 MnO2 + 2 K+ + 4 H
Secara stokhiometri, untuk mengoksidasi I mg/l besi diperlukan 0,94 mg/l kalium permanganate dan untuk 1 mg/l mangan diperlukan 1,92 mg/l kalium permanganate. Dalam prakteknya, kebutuhan kalium permanganate ternyata lebih sedikit dari kebutuhan yang dihitung berdasarkan stokhiometri. Hal ini disebabkan karena terbentuknya mangan dioksida yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator dan reaksi berlanjut sebagai berikut :
-
2Fe2+ 2MnO2 +5H2O → 2Fe(OH)3 + Mn2O3 + 4H 3Mn
+ 2+
+ MnO2 + 4 H2O → 2MnO3 + 8 H 2.7.7.3. Oksidasi dengan Udara (Aerasi)
Adanya kandungan alkalinity, (HCO3) yang cukup besar dalam air, akan menyebabkan senyawa besi atau mangan berada dalam bentuk senyawa ferro bikarbonat, Fe(HCO3)2 atau mangano bikarbonat Mn(HCO3)2. Oleh karena bentuk CO2 bebas lebih stabil daripada (HCO3
Fe(HCO
), maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.
3)2 → FeCO3 + CO2 + H2 Mn(HCO
O 3)2 → MnCO3 + CO2 + H2 Dari reaksi tersebut dapat dilihat, jika CO
O 2
FeCO
berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :
3 + CO2 → Fe(OH)2 + CO MnCO
2 3 + CO2→ Mn(OH)2 + CO
Baik hidroksida besin (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksida dengan udara atau aerasi akan terjadi reaksi (ion) sebagai berikut :
2
4Fe2+ + O2 + 10H2O → 4Fe(OH)3 + 8H 2Mn
+ 2+
+ O2 + 2H2O → 2MnO2 + 4H
Sesuai dengan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasinsetiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan (0,14) mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l. pada pH rendah, kecepatan reaksi oksidasi besi dengan (udara) relatif lambat. Sehingga pada prakteknya untuk mempercepat reaksi dilakukan dengan cara menaikkan pH air yang akan diolah (Said, 2003).
Menurut Asmadi (2011) mengatakan bahwa proses aerasi biasanya terdiri dari aerator, bak pengendap serta filter atau penyaring. Aerator adalah alat untuk mengontakkan oksigen dari udara dengan air agar zat besi atau mangan yang ada di dalam air bakubereaksi dengan oksigen membentuk senyawa ferri (fe valensi 3) serta mangan oksida yang relatif tidak larut dalam air. Untuk unit filtrasi lebih disarankan menggunakan filter bertekanan dengan dua media yaitu pasir silika dan anthrasite.
Menurut Alamsyah (2007) mengatakan bahwa proses aerasi merupakan proses penangkapan oksigen (O2) di udara oleh air yang akan diproses. Tujuannya adalah untuk mereaksikan oksigen dengan kation-kation Fe yang terdapat di dalam air. Kation Fe merupakan kation yang sulit mengendap di air. Apabila kation Fe bereaksi dengan oksigen akan membentuk senyawa oksida Fe2O3
2.7.7.3.1 Jenis-jenis oksidasi dengan udara :
yang dapat mengendap.
1. Cascade Aerator.
Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4 – 6 step/ tangga, setiap step kira-kira ketinggian 30 cm dengan kapasitas kira-kira 0,01 m3/ detik/ m2
2. Aerasi Tangga Meluncur.
. Untuk menghilangkan gerakan putaran (turbulence) guna menaikkan efisiensi aerasi, hambatan sering di tepi peralatan pada setiap step. Dibandingkan dengan tray aerator, ruang yang diperlukan agak lebih besar tetapi total kehilangan tekanan lebih rendah. Keuntungan lain ialah tidak diperlukan pemeliharaan.
Penangkapan udara pada aerasi tangga meluncur terjadi pada saat air terjun dari lempengan-lempengan trap yang membawanya masuk ke dalam air yang dikumpulkan ke lempengan di bawahnya. Oksigen kemudian dipindahkan dari gelembung-gelembung udara ke dalam air. Total ketinggian jatuh kira-kira 1,5 meter dibagi dalam 3 – 5 step. Kapasitas berfariasi antara 0,005 dan 0,5 m3/detik/m2.
3. Spray Aerator.
Terdiri atas nozel penyemprot yang tidak bergerak, dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air disemprotkan ke udara di sekeliling pada kecepatan 5-7 m/detik.
4. Aerator Gelembung Udara.
Jumlah udara yang diperlukan untuk aerasi gelembung udara tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 m3 udara/m3
5. Aerator Air Terjun
air dan volume ini dengan mudah bias dinaikkan melalui suatu penyedotan udara. Udara disemprotkan melalui dasar dari bak air yang akan diaerasi.
Jenis aerator ini terdiri atas 4 – 8 tray dengan dasarnya penuh lobang-lobang pada jarak 30 – 50 cm. melalui pipa berlobang air dibagi rata melalui atas tray, dari sini percikan-percikan kecil turun ke bawah dengan kecepatan kira-kira 0,02 m3/detik/m2 permukaan tray. Tetesan-tetesan yang kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada setiap tray berikutnya. Untuk peyebaran air yang lebih halus, tray-tray
aerator bisa diisi dengan kerikil-kerikil kasar kira-kira ketebalan 10 cm. kadang-kadang digunakan lapisan batu arang yang bertindak sebagai katalisator (mempercepat reaksi) dan menaikkan penggumpalan Fe dalam air (Depkes RI, 1995).
Pada saat terjadi kontak air dengan udara, terjadilah reaksi oksigen dengan kation-kation Fe yang terdapat di dalam air. Kation Fe merupakan kation yang sulit mengendap di air. Apabila kation Fe bereaksi dengan oksigen akan membentuk senyawa oksida Fe2O3
