Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305

(1)

Week 4 Jar Test

Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL)

RE

091305

(2)

Jar test?

Pengadukan?

(3)

Pengadukan



Suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau

lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang

homogen.



Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk

memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak).



Aplikasi pengadukan:

 _{Proses fsika seperti pelarutan bahan kimia dan}

proses pengentalan (thickening),

 Proses kimiawi seperti koagulasi-fokulasi dan

disinfeksi,

 Proses biologis untuk mencampur bakteri dan air

limbah.

(4)

Koagulasi-Flokulasi



Koagulasi

 Proses destabilisasi koloid dan partikel dalam air

dengan menggunakan bahan kimia (disebut

koagulan) yang menyebabkan pembentukan inti gumpalan (presipitat).

 Proses koagulasi hanya dapat berlangsung bila ada

(5)

Koagulasi-Flokulasi (2)



Flokulasi

 Proses penggabungan inti fok sehingga menjadi fok

berukuran lebih besar.

 Proses fokulasi hanya dapat berlangsung bila ada

pengadukan.

 Pemberian energi agar terjadi tumbukan antar

partikel tersuspensi dan koloid agar terbentuk

gumpalan (fok) sehingga dapat dipisahkan melalui proses pengendapan dan penyaringan.

(6)

Partikel Solids



Partikel solid dalam air dapat berupa partikel

bebas/diskrit dan koloid dengan ukuran

sangat kecil yaitu10

-7

mm-10

-1

mm.



Beberapa partikel tidak dapat diendapkan

secara langsung



Partikel dan koloid umumnya bermuatan

listrik sama yang menyebabkan tumbukan

antar partikel (terjadi gerak Brown)



(7)

Koagulan,

koagulasi-fokulasi…

Mengapa perlu koagulan?

Mengapa perlu proses koagulasi-fokulasi

(8)

(9)

Koagulasi-Flokulasi



Air baku untuk air bersih berasal dari sungai,

danau, dan sebagainya.



Kekeruhan disebabkan oleh partikel-partikel

kecil dan koloid yang berukuran 10 nm

sampai 10 µm (kwarts, tanah liat, ganggang,

dll)



Kekeruhan dapat dihilangkan dengan

membubuhkan bahan kimia dengan sifat-sifat

tertentu disebut fokulan.

(10)

Prinsip Koagulasi-Flokulasi

1.

Partikel-partikel kecil ini terlalu ringan

2.

Partikel-partikel tersebut tidak dapat menyatu,

bergabung dan menjadi partikel yang lebih

(11)

Koloid



Partikel yang tidak dapat mengendap secara

alami karena adanya stabilitas koloid.



Stabilitas koloid terjadi karena:

 gaya tarik van der waal's

 gaya tolak /repulsive elektrostatik



Koagulasi bertujuan mengurangi stabilitas koloid

(proses destabilisasi) melalui penambahan bahan

kimia dengan muatan berlawanan.

(12)

Koloid (2)



Pada koagulasi akan terjadi :

 Penurunan tegangan permukaan (zeta potensial)

melalui proses netralisasi muatan dan adsorpsi.

 Presipitasi dari koagulan akan menyapu koloid

(13)

Contoh

pengadukan?

Jenis dan metode pengadukan…..?

(14)

Jenis Pengadukan



Kecepatan pengadukan

 Pengadukan cepat  Pengadukan lambat



Metoda pengadukan

 _{Pengadukan mekanis,}  Pengadukan hidrolis

(15)

Pengadukan Cepat



Tujuan:

 untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat

mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air.

 Secara umum, gradien kecepatan berkisar antara

100 hingga 1000 per detik selama 5 hingga 60 detik.

(16)

Pengadukan Cepat (2)



Untuk proses koagulasi-fokulasi:

 Waktu detensi = 20 - 60 detik  G = 1000 - 700 detik-1



Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/

soda):

 Waktu detensi = 20 - 60 detik  G = 1000 - 700 detik-1



Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat,

logam berat, dll)

(17)

Pengadukan Cepat (3)



Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan:

a. Pengadukan mekanis b. Pengadukan hidrolis

c. Pengadukan pneumatis



Pengadukan mekanis paling umum digunakan

karena sangat efektif dan lebih feksibel dalam

operasi.



Faktor penting perancangan pengaduk

mekanis: kedua parameter pengadukan, yaitu G

dan td.

(18)

Pengadukan Lambat



Tujuan: menghasilkan gerakan air secara

perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel

untuk membentuk gabungan partikel

berukuran besar.



Digunakan pada proses fokulasi, untuk

pembesaran inti gumpalan.



Gradien kecepatan diturunkan secara

perlahan-lahan agar gumpalan yang telah

terbentuk tidak pecah lagi dan berkesempatan

bergabung dengan yang lain membentuk

(19)

Pengadukan Lambat (2)



Penggabungan inti gumpalan sangat

tergantung pada karakteristik fok dan nilai

gradien kecepatan.



Secara umum, pengadukan dilakukan pada

gradien kecepatan kurang dari 100 per detik

selama 10 hingga 60 menit.

(20)

Pengadukan Lambat (3)



Untuk proses koagulasi-fokulasi:

 Waktu detensi = 15 - 45 menit  G = 10 - 75 detik-1

 GT = 48.000 - 210.000



Untuk air sungai:

 Waktu detensi = minimum 20 menit  _{G = 10 - 50 detik}-1



Untuk air waduk/reservoir:

(21)

Pengadukan Lambat (4)

 _{Untuk air keruh:}

 _{Waktu dan G lebih rendah}

 _{Bila menggunakan garam besi sbg koagulan:}

 G tidak lebih dari 50 detik-1

 _{Untuk fokulator 3 kompartemen:}

 G kompartemen 1 : nilai terbesar

 G kompartemen 2 : 40 % dari G komp. 1  _{G kompartemen 3 : nilai terkecil}

 _{Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):}

 _{Waktu detensi = minimum 30 menit}  G = 10 - 50 detik-1

(22)

Pengadukan Lambat (5)



Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat,

logam berat, dll)

 Waktu detensi = 15 - 30 menit  G = 20 - 75 detik-1

 GT = 10.000 - 100.000



Pengadukan lambat dilakukan dengan cara antara

lain:

(23)

Jar test…?

Fungsi jar test…? Metode….?

(24)

(25)

Penentuan dosis optimum: unit proses koagulasi –

fokulasi dan sedimentasi

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS 25

Koagulasi Flokulasi Sedimentasi

(26)

-Al3+_{- Al}3+

Al3+_Al3+

(27)



Dengan pembubuhan fokulan maka stabilitas

partikel terganggu karena:



Molekul Al

+

pada tawas menempel pada

permukaan koloid dan mengubah muatan

elektrisnya koloid biasanya bermuatan negatif

(pada pH 5 sampai 8)



Mengendap sebagai fok Al (OH)

₃

yang dapat

mengurung koloid dan mengendap



Paling

Efsien

(28)

Koagulasi Flokulasi Sedimentasi

Pengadukan cepat Flash Mix

100 rpm, 1 menit

Pengadukan lambat Slow Mix

(29)

11/05/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS 29

Tawas

Alkalinitas alami

Flok

Kerugian: menurunkan pH, bersifat korosif pada logam



4



3 2



3



2



3 4 2 2

2 SO .18H O 3Ca HCO 2Al OH 3CaSO 18H O 6CO

Al _ _ _ _ _



H

O

Al

OH

H

(30)

Soda ash untuk menaikkan alkalinitas

Kapur jenuh untuk menaikkan alkalinitas



SO



H O Ca



OH



Al



OH



CaSO H O

Al₂ ₄ ₃.18 ₂ _ 3 ₂ _ 2 ₃ _ 3 ₄ _18 ₂



4



3 2



3



2



3 4 2 2

2 SO .18H O 3Na CO 3H O 2Al OH 3NaSO 18H O 3CO

(31)

Hubungan Kekeruhan dan Alkalinitas

Kekeruhan

Alkalinitas

Dosis Koagulan

Tinggi

Rendah

Sedikit

Tinggi

Banyak

Rendah

Tinggi

Sedang

(perlu penambahan kekeruhan)

Rendah

Harus ditambah

kekeruhan

(32)

Ketelitian

Kesalahan-kesalahan disebabkan oleh:

- Sampel yang tidak representatif untuk badan air yang diperiksa.

 _{Sampel yang tidak diaduk membuat zat tersuspensi}

yang berat tertinggal di bawah, sehingga pada saat

air baku dituangkan dalam 6 beker glass, hanya beker terakhir yang mendapatkan cairan dengan zat

tersuspensi yang berada di bagian sebelah bawah sampel.

 _{Perbedaan nilai pH}

 _{Saat pembubuhan fokulan ke dalam jar test tidak}

bersamaan

 _{Pengambilan sampel yang telah diolah melalui proses}

(33)

Pengawetan Sampel



Waktu pengawetan paling lambat 1 hari, karena

setelah 1 hari dapat terjadi fokulasi sendiri dari

zat-zat tersuspensi tanpa pembubuhan fokulan,

sehingga sampel tidak berlaku.

(34)

Contoh hasil analisis sampel air

Turbidity air baku = 51,7 NTU pH air baku = 7,44

Beker 1 2 3 4 5 6

Alum (mg/L) 0 10 20 30 40 50

pH 7,41 6,41 6,00 6,28 6,23 6,11

Turbidity (NTU) 51,6 17,3 5,11 3,40 4,54 5,10

Beker 1 2 3 4 5 6

Alum (mg/L) 0 5 10 15 20 25

Polimer (mg/L) 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2

(35)

Hitunglah berapa

jumlah koagulan yang harus

dilarutkan

dalam air setiap pembuatan

larutan alum, jika suatu IPA yang mengolah

100 L/s air, memerlukan dosis alum 50

mg/L. Koagulan dilarutkan setiap 8 jam

sekali. Kemurnian alum 60%.

11/05/2018 Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS 35

Kebutuhan koagulan

= (50 mg/L / 60%) x 100 L/s x 8 jam x 3600 s/jam x 10-6

(36)

Berapa kebutuhan air untuk melarutkan larutan

alum 240 kg, dengan konsentrasi larutan alum 5%,

jika berat jenis alum 1,05 kg/L. Hitung debit

koagulan yang dibubuhkan pada air baku!

Volume alum = 240 kg / (1,05 kg/L) = 228,6 L

Volume larutan = 228,6 L / 5% = 4571,4 L

(37)

Debit larutan bahan kimia

Maka debit koagulan yang harus dibubuhkan ke

dalam IPAM

= 4.571.400 mL / (8 jam x 3600 s/jam)

= 158,7 mL/s

Cara pembubuhan bisa dengan dosing pump atau

pembubuh aliran konstan

(38)

T u g a s:

1.

Buat grafk hubungan konsentrasi alum

dengan dengan pH dan kekeruhan.

2.

Cari konsentrasi alum optimum untuk

menurunkan kekeruhan.

3.

Apa hubungan konsentrasi alum dengan pH?

4.

Tuliskan reaksi yang membuktikan pH

turun.

5.

Apa penyebab kekeruhan naik kembali saat

konsentrasi alum ditambah?

(39)

Syarat koagulan….?

(40)

Syarat umum koagulan



Trivalent cation

 Secara umum koloid pada air permukaan adalah

bermuatan negatif, maka kation diperlukan untuk proses netralisasi muatan.

 _{Valensi tiga adalah yang paling efektif}



Non toxic

 Produce_safe water



Insoluble in the neutral pH range

 Koagulan diharapkan mengendap jika dibubuhkan

(41)

Coagulant aids

 _{Tipe coagulant aids}

 _{pH adjuster}

 Asam dan basa digunakan untuk mengatur pH agar proses koagulasi dan fokulasi

terjadi pada rentang optimal

 Asam sulfuric acid

 Basa  lime Ca(OH)₂ atau soda Na₂CO₃  _{Activated silica}

 Ditambahkan ke air agar air dalam kondisi stabil/memiliki muatan negatif pada

permukaan koloid

 Dapat begabung dengan koloid dengan muatan positif (Al atau Fe) sehingga foc

lebih besar, lebih berat  pengendapan lebih cepat

 Digunakan pada pengolahan air dengan konsentrasi warna tinggi tetapi turbidity

rendah

 _Clays

 Fungsi mirip dengan activated silica  _Polymers

 Dapat memiliki muatan negatif (anionic), positif (cationic), positif-negatif

(polyamphotype) atau tidak bermuatan (nonionic)

 Membentuk foc lebih besar

(42)

(43)

(44)

Contoh soal

 _{Berdasarkan standar pengukuran fosfat, nilai konsentrasi akurat yang}

dapat dibaca oleh spektrofotometer adalah 0.15-1.3 mg/L. Jumlah sampel yang digunakan sebesar 25 mL setiap analisis fosfat.

a. Sampel air sungai di daerah pertanian ABS 1,5

b. Sampel air PAM ABS 0.03

c. Sampel limbah industri ABS 2.3

Berapa konsentrasi sampel tersebut? Apa yang harus dilakukan?

Konsentr asi ABS mg/L 0.0 0 0.15 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.95 1.0 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2

(45)

Contoh soal

 _{Berdasarkan standar pengukuran fosfat, nilai}

konsentrasi akurat yang dapat dibaca oleh

spektrofotometer adalah 0.15-1.3 mg/L. Jumlah sampel yang digunakan sebesar 25 mL setiap analisis fosfat.

a. Sampel air sungai di daerah pertanian dianalisis

b. Sampel air PAM ditambah larutan stock sebesar 25 mL dengan konsentrasi 0.3 mg/L dibaca dengan

spektrofotometer sebesar: ABS 0,22

c. Sampel limbah industri diencerkan dengan labu ukur 250 mL dengan menggunakan sampel sebanyak 50 mL, menghasilkan bacaan spektrofotometer ABS 0,67 Berapa konsentrasi sampel tersebut?

(46)