4.1 Pengolahan Eksternal
4.1.1 Proses Pendahuluan
Proses-proses pendahuluan yang akan dibahas antara lain : sedimentasi, aerasi, dan klarifikasi.
4.1.1.1 Sedimentasi
Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap, maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak pengendap tersebut. Kecepatan pengendapan partikel-partikel yang terdapat di dalam air bergantung kepada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Hubungan ukuran partikel dengan waktu pengendapan ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Waktu pengendapan untuk berbagai ukuran/diameter partikel Diameter partikel
(mm) Nama Partikel Waktu pengendapan pada ketinggian 1 ft
10 kerikil 0,3 detik
1 pasir kasar 3 detik
0,1 pasir halus 38 detik
0,01 lumpur 33 menit
0,001 bakteri 35 jam
0,0001 partikel tanah liat 230 hari
0,00001 partikel koloid 63 tahun
Alat sedimentasi terdiri atas dua jenis, yaitu jenis bak pengendap segi empat (rectangular) seperti terlihat pada Gambar 4.2, dan jenis lingkaran (circular) seperti terlihat pada Gambar 4.3. Jenis segi empat biasanya digunakan untuk laju alir air yang besar, karena pengendaliannya dapat dilakukan dengan mudah, sedangkan keuntungan alat sedimentasi jenis lingkaran yaitu memiliki mekanisme pemisahan lumpur yang sederhana. Proses sedimentasi biasanya dilakukan sebelum proses klarifikasi.
Inlet flume
to sludge disposal
clarified effluent effluent
flume
tube modules sludge collector
Gambar 4.2 Bak pengendapan jenis segi empat (rectangular)
tube modules peripheral effluent flume
clarified effluent
basin inlet
sludge collector
Gambar 4.3 Bak pengendapan jenis lingkaran (circular)
4.1.1.2 Klarifikasi
Proses klarifikasi bertujuan untuk menghilangkan padatan tersuspensi, baik yang kasar, halus atau bersifat koloid. Proses ini mencakup koagulasi, flokulasi dan sedimentasi yang masing-masing merupakan langkah-langkah tersendiri dengan persyaratan tertentu yang harus dipenuhi untuk memperoleh hasil yang dikehendaki.
Apabila ada kondisi yang merugikan salah satu dari ketiga langkah tersebut, maka hasil yang diperoleh akan kurang memuaskan. Langkah-langkah proses klarifikasi tersebut adalah sebagai berikut :
(i) Koagulasi
Koagulasi adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat diendapkan bersama-sama. Bahan kimia pengendap dimasukkan ke dalam air dan diaduk dengan cepat.
Hasil reaksi kimia yang terjadi disebut flok (floc) yaitu partikel bukan koloid yang sangat halus.
(ii) Flokulasi
Flokulasi merupakan kelanjutan proses koagulasi, partikel-partikel halus hasil
mengendap. Proses flokulasi dibantu dengan cara pengadukan yang lambat.
Proses klarifikasi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia tertentu, misalnya : alum (aluminium sulfat), natrium aluminat, ferri sulfat, ferri klorida, dan sebagainya. Proses pengendapan dipercepat dengan penambahan coagulant aid seperti: separan, clays, coagulant aid 2350, dsb.
Reaksi-reaksi yang dapat terjadi pada proses klarifikasi adalah sebagai berikut : Al2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 <==> 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 (4.1) 6 FeSO4.7H2O + 3 C12 <==> 2 Fe(SO4)3 + FeCl3 + H2O (4.2) Al2(SO4)3 + 3 NaCO3 + 3 H2O <==> 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2 (4.3)
Al2(SO4)3 + 6 NaOH <==> 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 (4.4) Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 <==> 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 (4.5) Fe2(SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 <==> 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 (4.6)
Fe2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2 <==> 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 (4.7)
FeSO4 + Ca(OH)2 <==> Fe(OH)2 + CaSO4 (4.8)
4 Fe(OH)2 + O2 + 2 H2O <==> 4 Fe(OH)3 (4.9)
2 FeCl3 + 3 Ca(HCO3)2 <==> 2 Fe(OH)3 + 3 CaCl2 + 6 CO2 (4.10)
2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 <==> 2 Fe(OH)3 + 3CaCl2 (4.11)
MgCO3 + CaCl2 <==> CaCO3 + MgCl2 (4.12)
Mg(HCO3)2 + 3 Ca(OH)2 <==> Mg(OH)2 + 2 CaCO3 + 2 H2O (4.13) Air yang telah menjalani proses koagulasi dan flokulasi masuk ke tahap sedimentasi yang merupakan tahap akhir dari proses klarifikasi. Air yang bersih dapat dipisahkan setelah flok mengendap. Efisiensi proses ini tidak dapat mencapai l00% sehingga air yang dihasilkan masih mengandung zat-zat yang tersuspensi dalam bentuk carry over flocs.
Desain alat klarifikasi yang paling tua ditunjukkan pada Gambar 4.4. Langkah-langkah proses klarifikasi pada alat tersebut dilakukan pada ruangan-ruangan yang terpisah. Langkah-langkah proses pada alat klarifikasi yang lebih modern dikombi-nasikan dalam satu alat. Contoh alat tersebut adalah alat jenis solids contact seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.5.
Gambar 4.4 Klarifikasi air dengan flash mixing, flokulasi, dan pengendapan
Gambar 4.5 Alat klarifikasi dengan pengadukan dan koagulasi dalam alat yang sama
4.1.1.3 Aerasi
Aerasi adalah proses mekanis pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi adalah sebagai berikut :
1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak diinginkan seperti besi (Fe) dan mangan (Mn). Besi lebih sering ditemukan daripada mangan. Besi yang terdapat dalam air biasanya berbentuk ferobikarbonat atau ferosulfat. Oksigen yang dikontakkan dengan air akan merubah senyawa-senyawa tersebut menjadi ferioksida
2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang bersifat korosif.
Contoh gas seperti ini adalah CO2 yang dapat menurunkan pH air sehingga membantu proses korosi pada logam. Proses penghilangan gas akan makin baik dengan :
- kenaikan temperatur - lamanya waktu kontak
- makin luasnya permukaan kontak antara air dengan udara - banyaknya volume gas yang kontak dengan air
3. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh mikroorganisma.
Penurunan kualitas air tersebut disebabkan oleh bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau bahan-bahan hasil metabolisme mikroba.
Aerasi dilakukan dalam alat yang disebut aerator. Aerator jenis forced draft fan diperlihatkan pada Gambar 4.6. Gambar 4.7 dan 4.8 memperlihatkan aerator jenis coke-tray aerator dan pressure aerator yang berfungsi untuk mengoksidasi besi terlarut menjadi besi yang tak larut dengan diikuti pemisahan melalui filter.
Gambar 4.6. Forced draft aerator
Gambar 4.7 Coke-tray aerator
Gambar 4.8 Pressure aerator
4.1.2 Filtrasi
Proses filtrasi bertujuan untuk menahan zat-zat tersuspensi (suspended matter) dalam suatu fluida dengan cara melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori, misalnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya. Fluida dapat berupa cairan (zat-zat tersuspensi dalam cairan/slurry) atau gas. Zat-zat tersuspensi dapat berukuran sangat halus atau kasar, kaku atau kenyal, berbentuk bulat atau sangat tidak beraturan. Produk yang diinginkan dapat berupa filtrat atau padatan (cake).
Pada kondisi tertentu, filtrasi dapat digunakan untuk proses penjernihan air dengan cara penyaringan langsung terhadap air baku.
Media penyaring (filter) dapat dioperasikan dengan baik untuk jangka waktu tertentu, jika pressure drop meningkat sampai batas yang diizinkan, maka harus dilakukan pembersihan filter dengan cara cuci balik (backwashing). Cuci-balik dilakukan dengan cara mengalirkan air secara berlawanan arah dengan arah aliran pada saat operasi selama 5 - 10 menit, setelah itu dilakukan pembilasan.
Filter dapat digolongkan menjadi beberapa jenis berdasarkan siklus operasinya batch atau kontinu, produk yang diinginkan filtrat atau cake atau gaya pendorongnya (driving force). Jenis filter yang dikenal berdasarkan gaya pendorong yang digunakan antara lain jenis gravity filter (Gambar 4.9) dan pressure filter (Gambar 4.10)
Pressure filter cukup banyak digunakan karena memiliki beberapa keuntungan, antara lain :
c. unit-unit lain mudah ditambah jika diperlukan
d. mengurangi biaya pemompaan air untuk proses selanjutnya Pressure filter juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain :
a. keadaan media penyaring sukar dilihat
b. keadaan backwashing tidak dapat dilihat langsung c. kehilangan media penyaring tidak dapat dilihat langsung
Contoh jenis filter yang lain adalah up flow filter (Gambar 4.11). Penamaan filter ini didasarkan pada arah alirannya yaitu dari bawah ke atas. Ukuran media penyaring ditentukan dari Uniformity-Coefficient (koefisien keseragaman). Semakin kecil harga koefisien ini, semakin seragam ukuran media penyaring tersebut.
How filter operates
1. Open valve A (This allows influent to flow to filter).
2. Open valve B (This allows water to flow through filter).
3. During filter operation all other valves are closed.
How filter is backwashed 1. Close valve A.
2. Close valve B when water in filter drops down to top of overflow.
3. Open valves C and D (This allows water from wash-water tank to flow up through the filtering medium, loosening up the sand and washing the accumulated solids from the surface of the sand, out of the filter. Filter backwash water is returned to head end of treatment plant.
How to filter to waste (if used)
1. Open valves A and E. All other valves closed. Effluent is sometimes filtered to waste for a few minutes after filter has been washed to condition the filter before it is put into service.
Gambar 4.9 Conventional Gravity Filter
Uniformity coefficient (u) =
10 60
d d size EffectiveUniformity = dengan :
Uniformity = d60 = ukuran ayakan yang meloloskan 60% wt sampel yang dianalisa.
Effective size = d10 = ukuran ayakan yang meloloskan 10% wt sampel yang dianalisa.
Gambar 4.10 Pressure filter