5.
Teknik Bioseparasi
Dina Wahyu
Genap/ March 2014
Outline
Chemical Reaction Engineering
Pendahuluan
mempelajari ruang lingkup teknik bioseparasi dan teknik “cel disruption”
Teknik Pemisahan Secara Fisika 2
Mempelajari teknik pemisahan sedimentasi
1 2 3
Teknik Pemisahan Secara Fisika 1
Mempelajari teknik sentrifugasi pada bioseparasi
Koagulasi dan flokulasi
Mengetahui teknik pemisahan dengan cara koagulasi dan flokulasi
Teknik Pemisahan Secara Fisika 3
Mempelajari teknik filtrasi pada bioseparasi
Adsorpsi
Proses adsorpsi pada cairan dan gas, serta pengetahuan bahan adsorpsi
5 4
6
Adsorpsi 2
Kinetika Adsorpsi, Isotherm Adsorption
7
LATAR BELAKANG
• Air bersih merupakan salah satu kebutuhan pokok bagi manusia
• Ketersediaan air baik secara kuantitas, kualitas, maupun kontinuitas sangat diperlukan bagi kelangsungan hidup manusia
manusia
• Saat ini, di perkotaan, kualitas dan kuantutas air menurun akibat pencemaran dan padatnya penduduk
• Koagulasi dan flokulasi merupakan salah satu cara pengolahan air untuk menghilangkan zat-zat yang berbahaya dalam air untuk menghasilkan air bersih yang bisa digunakan manusia
Sifat Khas Koloid
tidak dapat disaring
PENGERTIAN KOLOID
Koloid merupakan sistem yang partikel-partikelnya terdispersi secara merata dalam suatu medium.
KOAGULASI KOAGULASI
tidak dapat disaring
fasa terdispersi tersebar secara merata dalam medium pendispersi
serta dapat memberikan suatu hamburan
cahaya yang bergerak tidak teratur jika terkena
seberkas cahaya yang dinamakan efek Tyndall.
PENGERTIAN KOAGULASI
penambahan zat kimia (koagulan) ke dalam air baku dengan maksud mengurangi gaya tolak-menolak antar partikel
koloid
•
Koagulasi terpenuhi dengan penambahan ion-ion yang mempunyai muatan berlawanan dengan partikel koloid
•
Partikel koloid umumnya bermuatan negatif, sehingga ion- ion yang ditambahkan harus kation atau bermuatan positif ion yang ditambahkan harus kation atau bermuatan positif
• Ion bivalen (+2) 30-60 kali lebih efektif dari ion monovalen (+1)
• Ion trivalen (+3) 700-1000 kali lebih efektif dari ion monovalen
Kekuatan koagulasi ion-ion tersebut bergantung pada bilangan
valensi atau besarnya muatan
KOAGULASI KOAGULASI
Koagulasi-flokulasi terdiri dari dua tahap besar PROSES KOAGULASI
Al2(SO4)3.18H2O Penambahan
koagulan Aluminium
sulfat
• Pengadukan cepat
• Pengadukan pelan
Pengadukan campuran koagulan- air umpan
KOAGULASI KOAGULASI
PROSES KOAGULASI
Pada proses koagulasi, juga dibagi dalam tahap secara fisika dan kimia
Fisika
• Pemanasan
• Pengadukan
• Pengadukan
• Pendinginan
Kimia
• Elektroforesis
• Penambahan koloid
• Penambahan elektrolit
KOAGULASI KOAGULASI
Dalam proses koagulasi, stabilitas koloid sangat berpengaruh
Beberapa gaya yang menyebabkan stabilitas partikel, yaitu:
Proses Koagulasi
partikel, yaitu:
Gaya elektrostatik yaitu gaya tolak menolak tejadi jika partikel-partikel mempunyai muatan yang sejenis.
Bergabung dengan molekul air (reaksi hidrasi).
Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besar yang
diadsorpsi pada permukaan.
•
Suhu air
•
Derajat Keasaman (pH)
•
Jenis Koagulan Kadar ion terlarut
FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PROSES KOAGULASI
•
Kadar ion terlarut
•
Tingkat kekeruhan
•
Dosis koagulan
•
Kecepatan pengadukan
•
Alkalinitas
Efektifitas koagulasi berdasarkan TDS
Efektifitas koagulasi berdasarkan TDS menyatakan persen penyisihan padatan terlarut (dissolved solid) akibat proses koagulasi.
Efektivitas Koagulasi
(dissolved solid) akibat proses koagulasi.
Efektifitas koagulasi berdasarkan penurunan
COD menyatakan persen penyisihan senyawa-
senyawa organik akibat proses koagulasi.
FLOKULASI
•
Flokulasi adalah suatu proses aglomerasi (penggumpalan) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi
Bertujuan untuk mempercepat proses penggabungan
•
Bertujuan untuk mempercepat proses penggabungan flok-flok yang telah dibibitkan pada proses koagulasi
•
Gradien kecepatan merupakan faktor penting dalam
desain bak flokulasi
Jika nilai gradien terlalu besar maka gaya geser yang
timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika nilai gradient terlalu rendah/tidak memadai maka proses penggabungan antar partikulat tidak akan terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit dihasilkan.
(umumnya 30 hingga 90 detik)
FLOKULASI
(umumnya 30 hingga 90 detik)
Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen :
pertama terjadi proses pendewasaan flok,
kedua terjadi proses penggabungan flok, dan
ketiga terjadi pemadatan flok
EFEKTIVITAS FLOKULASI
•
Efisiensi dari proses flokulasi dapat
dilihat dari kualitas air setelah dilakukan
pemisahan flok secara mekanik.
Proses pengolahan air (Koagulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi -- Flokulasi) Flokulasi)
• Koagulasi dan flokulasi merupakan proses yang terjadi secara berurutan untuk mentidakstabilkan partikel
tersuspensi, menyebabkan tumbukan partikel dan tumbuh menjadi flok
• Pertama koagulasi dengan melibatkan netralisasi dari
• Pertama koagulasi dengan melibatkan netralisasi dari
muatan partikel dengan penambahan elektrolit (koagulan)
• Agregat yang terbentuk akan saling menempel dan
menyebabkan terbentuknya partikel yang lebih besar yang dinamakan mikroflok,
• Pengadukan cepat untuk mendispersikan koagulan dalam larutan dan mendorong terjadinya tumbukan partikel sangat diperlukan untuk memperoleh proses koagulasi yang bagus
Proses pengolahan air (Koagulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi -- Flokulasi) Flokulasi)
Biasanya proses koagulasi ini membutuhkan waktu sekitar 1-3 menit
Tahap selanjutnya, Flokulasi, disebabkan oleh adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut sebagai flokulan (Rath & Singh, 1997)
Mikroflok yang terbentuk pada saat proses koagulasi sebagai akibat penetralan muatan, akan saling
bertumbukan dengan adanya pengadukan lambat dan
menghasilkan flok yang lebih besar
Proses pengolahan air (Koagulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi -- Flokulasi) Flokulasi)
Pertumbuhan ukuran flok akan terus berlanjut dengan penambahan flokulan atau polimer dengan bobot
molekul tinggi
Polimer tersebut menyebabkan terbentuknya jembatan,
Polimer tersebut menyebabkan terbentuknya jembatan, mengikat flok, memperkuat ikatannya serta menambah berat flok sehingga meningkatkan rate pengendapan flok
Waktu yang dibutuhkan untuk proses flokulasi berkisar antara 15-20 menit hingga 1 jam
Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk
cepat dan pengaduk lambat
Proses pengolahan air (Koagulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi -- Flokulasi) Flokulasi)
Faktor utama yang mempengaruhi koagulasi dan flokulasi air adalah kekeruhan, padatan tersuspensi, temperatur, pH, komposisi dan konsentrasi kation dan anion, durasi dan
tingkat agitasi selama koagulasi dan flokulasi, dosis koagulan, dan jika diperlukan, koagulan-pembantu
Pemilihan koagulan dan kadarnya membutuhkan studi
Pemilihan koagulan dan kadarnya membutuhkan studi laboratorium atau pilot plant (menggunakan jar test apparatus) untuk mendapatkan kondisi optimum.
Reaksi kimia untuk menghasilkan flok adalah
Tahapan Pada Proses Koagulasi dan Flokulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi
Proses pengolahan air (Koagulasi -- Flokulasi) Flokulasi)
Pengadukan
• Faktor penting pada proses koagulasi-flokulasi adalah pengadukan. Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi dua, yaitu pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Kecepatan pengadukan dinyatakan dengan gradien kecepatan (G), yang merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai (P):
dari tenaga yang disuplai (P):
• Pengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan alat pengaduk berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk (impeller), lihat Gambar 1.5.
Pengadukan lambat secara mekanis umumnya memerlukan tiga kompartemen dengan ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang paling kecil.
• Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan gerakan air sebagai tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energy potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran. Beberapa contoh pengadukan hidrolis adalah terjunan (Gambar 1.7), loncatan hidrolis, parshall 68 flume, baffle basin (baffle channel, Gambar 1.8), perforated wall, gravel bed dan sebagainya.
•
• Pengadukan pneumatic adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas) berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan gerakan pengadukan pada air (Gambar 5.7).
Injeksi udara bertekanan ke dalam suatu badan air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula.
Kelebihan Koagulasi - Flokulasi
Lebih cepat, efektif dan efisien menghilangkan bahan- bahan limbah dalam bentuk koloid, dengan
menambahkan koagulan. Dengan koagulasi, partikel- partikel koloid akan saling menarik dan menggumpal membentuk flok (Suryadiputra, 1995)
Memudahkan partikel-partikel tersuspensi yang sangat
Memudahkan partikel-partikel tersuspensi yang sangat lembut dan bahan-bahan koloidal di dalam air menjadi agregat/jonjot (proses sebelum penggumpalan) dan
membentuk flok, sehingga dapat dipisahkan dengan proses pengendapan
Menghilangkan beberapa jenis organisme dalam air
Koagulasi Flokulasi
Destabilisasi partikel koloid
Pembubuhan bahan kimia: koagulan, misal koagulan, misal: tawas
Dilakukan pengadukan cepat (rapid
Pembentukan dan pembesaran flok
Dilakukan pengadukan lambat (slow mixing):
Pneumatis
Ringkasan Proses Koagulasi-Flokulasi
Dilakukan pengadukan cepat (rapid mixing):
Hidrolis: terjunan atau hidrolik jump
Mekanis: menggunakan batang pengaduk
Lamanya proses: 30 – 90 detik
Pneumatis
Mekanis
Hidrolis
Waktu operasi: 15 – 30 menit
Pentingnya koagulasi-flokulasi di IPA terhadap air baku air permukaan dan air tanah yang sudah mengalami pengolahan pendahuluan;
seringkali terdapat zat padat dalam bentuk atau ukuran yang tidak memungkinkan mengendap pada proses sedimentasi saja atau dengan proses lain di dalam waktu dentensi yang efisien.
Zat tersuspensi yang mempunyai ukuranlebih dari 5 – 10 μm dapat dihilangkan agak mudah dengan filtrasi atau sedimentasi dan filtrasi.
Sedangkan penghilangan koloid yang tidak tercemar berat dapat Sedangkan penghilangan koloid yang tidak tercemar berat dapat menggunakan Saringan pasir lambat
Selain itu juga penting bagi proses desinfeksi dengan adanya pemisahan zat padat sebelum desinfeksi dilakukan, karena sering kali mikroorgamisme terdapat di dalam zat padat, yang tidak dapat dimusnahkan oleh proses oksidasi reduksi, karena oksidan akan tereduksi oleh zat organik didalam flok sebelum bisa menembus mikroorganisme untuk dimusnahkan
KANDUNGAN
• Uji koagulasi-flokulasi dilaksanakan untuk menentukan dosis bahan-bahan kimia, dan persyaratan yang digunakan untuk memperoleh hasil yang optimum
• Variabel-variabel utama yang dikaji sesuai dengan yang disarankan, termasuk :
• Bahan kimia pembantu
• Bahan kimia pembantu
• PH: nilai ekstrim baik tinggi maupun rendah, dapat berpengaruh terhadap koagulasi/flokulasi, pH optimum bervariasi tergantung jenis koagulan yang digunakan
• Temperatur: suhu rendah berpengaruh terhadap daya koagulasi/flokulasi dan memerlukan pemakaian bahan kimia berlebih, untuk mempertahan- kan hasil yang dapat diterima.
• Persyaratan tambahan dan kondisi campuran.
KESIMPULAN
• Koagulasi-flokulasi merupakan proses berkelanjutan, dimana koagulasi adalah proses awal dengan pengadukan cepat untuk menyatukan koloid-koloid menjadi flok-flok kecil. Kemudian dilanjutkan dengan proses flokulasi yaitu pengadukan lambat untuk membentuk flok menjadi lebih besar sehingga lebih mudah untuk dipisahkan dengan air.
Proses koagulasi memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih
• Proses koagulasi memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih cepat, efektif dan efisien menghilangkan bahan-bahan limbah dalam bentuk koloid, dengan menambahkan koagulan.
Picture Page Layout
Your picture caption can go here. Picture from PresenterMedia.com
