1
MODEL ALAT PENGOLAHAN Fe DAN Mn MENGGUNAKAN
SISTEM VENTURI AERATOR DENGAN VARIABEL DIAMETER
PIPA VENTURI DAN KEMIRINGAN IRISAN PIPA VENTURI
Prasdiatma Pratama
Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya
*email: nu_tama@yahoo.com Abstrak
Telah dibuat modifikasi alat venturi aerator dengan konfigurasi terbaik guna mereduksi Fe dan Mn secara efektif serta memilki desain sederhana sehingga dapat mudah diaplikasikan dalam skala rumah tangga. Variabel yang digunakan adalah diameter pipa venturi dan kemiringan irisan pipa venturi. Diameter pipa venturi menggunakan variasi 7.5 mm, 5mm dan 2.5 mm. Sedangkan kemiringan irisan pipa venturi menggunakan variasi 300, 450 dan 600. Sampel air tanah yang digunakan adalah air tanah yang berasal dari daerah Sedati, Sidoarjo.Hasil penelitian menunjukkan diameter pipa venturi 7.5 mm memiliki efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn yang paling baik, yaitu 96.23% untuk Fe dan 94.91% untuk Mn. Kemudian pipa venturi dengan kemiringan irisan pipa venturi 300 memiliki efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn paling baik dengan efisiensi maksimum hingga 96.23% untuk Fe dan 91.25% untuk Mn.
Semakin besar diameter pipa venturi dan semakin kecil sudut kemiringan irisan pipa venturi akan memberikan efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn yang semakin besar. Konfigurasi terbaik venturi aerator adalah venturi aerator dengan diameter pipa venturi 7.5 mm dan kemiringan irisan pipa venturi 300.
Kata Kunci : Reduksi Fe dan Mn, venturi aerator, diameter pipa venturi, kemiringan irisan pipa venturi
Abstract
Venturi aerator equipment modifications had made with the best configuration to reduce the Fe and Mn are effective and have the simple design that can be easily applied in a household scale. Variable used is a venturi pipe diameter and slope slices of venturi pipe. Diameter of venturi pipe using a variation of 7.5 mm, 5 mm and 2.5 mm. While the slope slices of the venturi pipe using a variation of 300, 450 and 600. Samples of ground water used is ground
2
water coming from Sedati, Sidoarjo.The result showed 7.5 mm diameter of venturi pipe has a reduction efficiency of Fe and Mn content of the best, that is 96.23% to 94.91% for reduction of Fe and Mn. Then pipe venturi with a slope slices of 300 has a decreasing amount of Fe and Mn best with maximum efficiency up to 96.23% to 91.25% for Fe and Mn.
The larger diameter of venturi pipe and the smaller slope slices of venturi pipe will provide the efficiency of Fe and Mn levels increase. The best configuration is a venturi venturi aerator aerator with a 7.5 mm diameter of venturi pipe and the slope slices of the venturi pipe 300.
Keywords: Reduction of Fe and Mn, venturi aerator, diameter of venturi pipe, slope slices of venturi pipe
1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang
Sering dijumpai masalah bahwa kualitas air tanah yang digunakan masyarakat kurang memenuhi syarat sebagai air minum. Air tanah sering mengandung zat besi (Fe) dan Mangan (Mn) yang cukup besar. Kandungan Fe dan Mn dalam air menyebabkan warna air menjadi kuning kecoklatan, menimbulkan bau yang kurang enak dan menyebabkan warna kuning pada dinding bak serta bercak-bercak kuning pada pakaian. Oleh karena itu, penggunaan air tanah sebagai sumber air minum harus memenuhi standar kualitas air minum yang berlaku. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum, kadar Fe dalam air minum maksimum adalah 0,3 mg/lt, dan kadar Mn dalam air minum adalah 0,4 mg/lt.
Untuk menanggulangi masalah tersebut, perlu dilakukan upaya penyediaan sistem alat pengolah skala rumah tangga yang dapat mengurangi kandungan (Fe) dan (Mn) yang terdapat dalam air tanah sehingga memenuhi standar kualitas air minum. Besi (Fe) dan mangan (Mn) dapat direduksi melalui proses aerasi. Proses aerasi merubah bentuk ion Fe2+ atau Mn2+ yang larut dalam
air menjadi bentuk senyawa Fe3+ dan Mn3+ yang tak larut dalam air.
Salah satu sistem alat pengolah yang dapat digunakan adalah dengan menggunkan venturi
3 mahal dalam pembuatannya sehingga cocok untuk diaplikasikan dalam skala rumah tangga. Pada penelitian ini akan direncanakan alat venturi aerator yang tepat guna bagi masyarakat.
1.2 Rumusan Masalah
Bagaiman cara mendesain venturi aerator yang tepat guna dengan mencari: 1. Diameter pipa venturi.
2. Kemiringan irisan pipa venturi.
1.3 Tujuan
Tujuan dari penelitian ini antara lain:
1. Menentukan konfigurasi terbaik venturi aerator.
2. Menentukan diameter pipa venturi yang paling efektif untuk penurunan kadar Fe dan Mn. 3. Menentukan besar kemiringan pipa venturi yang paling efektif untuk penurunan kadar Fe
dan Mn.
1.4 Ruang Lingkup
Ruang Lingkup dari penelitian ini antara lain:
1. Penelitian kadar Fe dan Mn dengan menggunakan model alat venturi aerator.
2. Sampel yang digunakan adalah sampel air tanah yang ada di daerah Sedati, Sidoarjo.
3. Parameter yang diukur adalah besi (Fe) dan mangan (Mn).
4. Sampel diambil pada dua titik yaitu pada influen venturi aerator dan efluen venturi aerator.
5. Variabel yang digunakan adalah diameter pipa venturi dan kemiringan irisan pipa venturi. Berikut ini adalah variasinya:
- Diameter pipa venturi : 7.5 mm, 5 mm, dan 2.5 mm ” - Kemiringan irisan pipa venturi : 30o, 45o,60o.
6. Spesifikasi alat :
Pompa : Debit = 40 l/mnt
4 Head = 32 meter
Pipa Utama : Diameter = ¾” Panjang = 6 meter Pipa Venturi : Jumlah pipa = 5 buah
1.5 Landasan Teori
Besi (Fe) adalah unsur alamiah dari tanah dan batuan. Keberadaan Fe di dalam air tanah biasanya berhubungan dengan pelarutan batuan dan mineral, terutama oksida, sulfida, karbonat dan silikat yang mengandung logam-logam tersebut. Konsentrasi Fe yang tinggi biasanya terdapat pada air sumur dalam, danau atau reservoar, dimana konsentrasi Fe dapat mencapai 10 mg/lt pada air dengan tingkat alkalinitas yang rendah. (Kawamura, 1991).
Untuk parameter besi dan mangan, mengolah air menjadi air minum harus memenuhi standar air yang ada, yaitu Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010 seperti terlihat pada Tabel 1.1.
Tabel 1.1 Daftar Persyaratan Kualitas Air Minum No Jenis Parameter Satuan Kadar Maksimum
1 Besi mg/liter 0.3
2 Mangan mg/liter 0.4
Sumber: Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/ MENKES/PER/IV/2010
Proses transfer gas banyak digunakan dalam system pengolahan air bersih dan air buangan. Tujuan transfer gas dalam pengolahan air adalah sebagai berikut: (McGraw-Hill, 1990).
1. Untuk mengurangi konsentrasi zat penyebab rasa dan bau, dan untuk mengoksidasi zat organik. 2. Untuk menambahkan oksigen dalam air, umumnya untuk mengoksidasi besi dan mangan
5 3. Untuk menyisihkan senyawa yang dapat meningkatkan biaya pengolahan, misalkan oleh adanya
hydrogen sulfide yang akan meningkatkan kebutuhan klor pada proses deklorinasi.
4. Untuk meremoval gas radon. 5. Untuk meremoval VOCs.
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)-,
maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.
Fe(HCO3)2 ===> FeCO3 + CO2 + H2O
Mn(HCO3)2 ===> MnCO3 + CO2 + H2O
Dari reakasi tersebut dapat dilihat, jika CO2 berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan
bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :
FeCO3 + CO2 ===> Fe(OH)2 + CO2
MnCO3 + CO2 ===> Mn(OH)2 + CO2
Baik hidroksida besi (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksidasi dengan udara atau aerasi akan terjadi reaksi (ion) sebagai berikut:
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ===> 4 Fe(OH)3 + 8 H+
2 Mn2+ + O
2 + 2 H2O ===> 2 MnO2 + 4 H+
Sesuai dengan reaksi tersebut, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,14 mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l (http://kelair.bppt.go.id).
Venturi aerator adalah venturi yang memiliki lubang pada bagian throat-nya sehingga udara
6 fluida di bagian throat venturi memiliki tekanan di bawah atmosfer sehingga udara luar yang memiliki tekanan atmosfer dapat masuk ke dalam aliran dengan sendirinya tanpa tambahan energi.
Beberapa hal yang mempengaruhi kelarutan oksigen ke dalam air pada venturi aerator diantaranya adalah :
1. Desain Venturi, yaitu perbandingan diameter throat terhadap diameter pipa (konvergen), jarak antara bagian yang konvergen dengan throat untuk menghasilkan perbedaan tekanan yang besar, dan jarak antara throat dengan bagian yang divergen untuk memulihkan tekanan aliran.
2. Laju alir aliran, menentukan seberapa dekat tekanan di dalam throat dengan kondisi vakum dan fenomena pengadukan gelembung akibat turbulensi aliran.
3. Luas lubang di bagian throat, mempengaruhi ukuran gelembung udara yang masuk dan secara tidak langsung akan mempengaruhi laju pelarutan oksigen dalam air (ditambah dengan pengaruh turbulensi aliran). (http://digilib.itb.ac.id).
2. Metode Penelitian
Penelitian dilakukan dengan mendesain alat yang terdiri dari 1 unit venturi aerator untuk proses aerasi. Unit venturi aerator ini terdiri atas rangkaian pipa suction, pompa, pipa utama dan pipa venturi. Pipa suction berupa pipa PVC berukuran 1” dan pipa utama yang digunakan adalah pipa PVC ¾”. Pompa yang digunakan adalah pompa dengan debit 40 l/detik dan head 32 m, sehingga dihasilkan kecepatan aliran 1.2 m/dtk pada pipa utama ¾”.
Variasi yang digunakan adalah variasi diameter pipa venturi dan kemiringan irisan pipa venturi. Diameter pipa venturi yang digunakan sebesar 7.5 mm, 5 mm, dan 2.5 mm. Pipa venturi diameter 7.5 mm menggunakan spidol ukuran standar, diameter 5 mm menggunakan bulpoint, dan diameter 2.5 mm menggunakan sedotan aqua gelas. Sedangkan, untuk variasi kemiringan irisan pipa venturi digunakan sudut kemiringan 300, 450, dan 600.
7 Dilakukan penelitian pendahuluan berupa analisa kadar Fe dan Mn yang terkandung dalam air tanah di daerah Sedati, Sidoarjo. Hasil analisa ini merupakan kondisi awal sampel sebelum dilakukan pengolahan dengan venturi aerator. Analisa Fe dilakukan dengan metode spektrofotometer dan analisa Mn dilakukan dengan metode persulfat.
Gambar 2.1 Desain Venturi Aerator
Gambar 2.2 Detail Pipa Venturi
Proses percobaan dimulai dengan memompa air sumur ke dalam bak penampung. Selanjutnya dari bak penampung air dipompa dengan pompa yang terangkai dengan venturi aerator kemudian akan masuk melalui pipa suction dan mengalir melewati pipa utama. Pipa venturi terhubung tegak lurus dengan badan pipa utama, pada pipa venturi inilah udara luar akan masuk dan
8 mengalirkannya ke pipa utama. Outlet akan keluar pada ujung pipa utama, dari outlet inilah air sampel hasil pengolahan akan diambil. Rangkaian venturi aerator yang digunakan terlihat seperti pada Gambar 2.1 dan Gambar 2.1.
3. Analisa dan Pembahasan
Analisa dilakukan terhadap hasil percobaan yang didapat sehingga bisa diketahui efekfitas penggunaan venturi aerator terhadap penurunan kadar Fe dan Mn pada sampel air tanah berdasarkan variasi diameter pipa venture dan kemiringan irisan pipa venturi. Efisiensi penurunan kadar Fe dihitung dengan rumus:
Efisiensi (%) = (A – B) / A x 100%...persamanaan 3.1 Keterangan:
A = Konsentrasi Fe air sampel inlet (mg/L) B = Konsentrasi Fe air sampel outlet (mg/L)
Efisiensi penurunan kadar Mn dihitung dengan rumus:
Efisiensi (%) = (C – D) / C x 100%...persamanaan 3.2 Keterangan:
C = Konsentrasi Mn air sampel inlet (mg/L) D = Konsentrasi Mn air sampel outlet (mg/L)
Hasil kualitas awal sampel air tanah dapat dilihat pada Tabel 3.1 berikut ini. Tabel 3.1 Hasil Analisa Awal Air Sampel
Parameter Hasil Analisa Laboratorium (mg/l) Batas Konsentrasi Maksimum Menurut Kepmenkes RI No. 492/Menkes/PER/IV/2010 (mg/l) Besi (Fe) 3.533 0.3 Mangan (Mn) 2.85 0.4
9 Dari hasil penelitian yang diperoleh selanjutnya akan dibahas mengenai pengaruh variabel-variabel yang telah ditentukan terhadap besar efisiensi penurunan kadar besi (Fe) dan mangan (Mn), sehingga akan didapatkan desain venturi aerator terbaik berdasarkan variabel tersebut. Variabel-variabel yang dipakai adalah diameter pipa venturi dan sudut kemiringan irisan pipa venturi. Digunakan diameter ¾” dengan kecepatan aliran 1.2 m/dtk dan jumlah pipa venturi 5 buah. Ketentuan ini diambil berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Annas Taufan, dimana dari penelitian tersebut didapatkan diameter ¾” dengan kecepatan aliran 1.2 m/dtk dan 5 pipa venturi memberikan efisiensi removal Fe dan Mn yang paling besar.
3.1 Analisa Besi (Fe)
Analisa besi (Fe) dilakukan dengan menggunakan metode spektrofotometri. Hasil analisa sampel awal sebelum pengolahan menunjukkan kadar yang relatif tinggi yaitu sebesar 3.533 mg/l.
3.1.1 Pengaruh Diameter Pipa Venturi Terhadap Penurunan Kadar Fe
Hasil konsentrasi Fe setelah dilakukan pengolahan serta tingkat efisiensinya dapat dapat dilihat pada Tabel 3.2., Tabel 3.3 dan Gambar 3.1.
Tabel 3.2 Konsentrasi Fe Setelah Pengolahan Berdasarkan Diameter Pipa Venturi Konsentrasi Fe (mg/l) 30⁰ 5 Pipa Venturi 45⁰ 60⁰
Pipa Venturi 7.5 mm 0.133 0.300 0.483 Pipa Venturi 5 mm 0.333 0.833 0.933 Pipa Venturi 2.5 mm 0.867 0.900 1.067
Sumber : Hasil Analisa
Tabel 3.3 Efisiensi Penurunan Kadar Fe Berdasarkan Diameter Pipa Vennturi Efisiensi Fe (%) 30⁰ 5 Pipa Venturi 45⁰ 60⁰
Pipa Venturi 7.5 mm 96.23 91.51 86.32 Pipa Venturi 5 mm 90.56 76.41 73.58 Pipa Venturi 2.5 mm 75.47 74.53 69.81
10 Gambar 3.1 Grafik Efisiensi Penurunan Kadar Fe Berdasarkan
Diameter Pipa Venturi
Tabel 3.2 dan 3.3 menunjukkan bahwa pada diameter pipa venturi 7.5 mm mampu menghasilkan efisiensi penurunan Fe hingga 96.23 % dengan konsentrasi 0.133 mg/l. Kemudian pada pipa venturi dengan diameter pipa venturi 5 mm menghasilkan efisiensi maksimum sebesar 90.56 % pada konsentrasi 0.333 mg/l. Selanjutnya untuk pipa venturi dengan diameter 2.5 mm hanya mampu mencapai efisiensi maksimum sebesar 75.45 % pada konsentrasi 0.867 mg/l. Berdasarkan Gambar 3.1 menunjukkan kecenderungan bahwa semakin besar diameter pipa venturi maka tingkat efisiensinya semakin baik.
Nilai rata-rata efisiensi penurunan kadar Fe pada setiap diameter pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Rata-rata Efisiensi Penurunan Kadar Fe Pada Setiap Diameter Pipa Venturi
Fe Venturi 7.5 mm Diameter Pipa Diameter Pipa Venturi 5 mm Venturi 2.5 mm Diameter Pipa Efisiensi
Rata-rata (%) 91.35 80.19 73.27
Sumber : Hasil Analisa 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 30⁰ 45⁰ 60⁰ 5 Pipa Venturi Ef isi en si (% )
Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Variasi Diameter Pipa Venturi (Fe)
Pipa Venturi 7.5 mm
Pipa Venturi 5 mm Pipa Venturi 2.5 mm
11 Pada Tabel 3.4 terlihat bahwa diameter pipa venturi 7.5 mm memiliki rata-rata efisiensi paling besar yaitu sebesar 91.35%, disusul oleh diameter pipa venturi 5 mm sebesar 80.19% dan diameter pipa venturi 2.5 mm sebesar 73.27%. Hal ini menunjukkan bahwa semakin besar diameter pipa venturi maka akan semakin besar efisiensi penurunan kadar Fe.
Venturi aerator dengan diameter pipa venturi paling besar memiliki rata-rata efisiensi paling
baik dikarenakan besaran diameter pada pipa venturi yang masuk ke dalam pipa utama secara langsung akan mempersempit luas aliran fluida dalam pipa utama sehingga kecepatan aliran dalam pipa meningkat dan menghasilkan beda tekan yang besar antara tekanan sebelum melewati throat pipa venturi dengan tekanan setelah melewati throat pipa venturi. Perbedaan tekan yang besar ini menyebabkan daya hisap pipa venturi juga besar sehingga volume udara yang masuk ke dalam aliran air di pipa utama melalui pipa venturi juga semakin besar. Selain itu, diameter pipa venture yang besar mampu menghasilkan turbulensi aliran yang besar. Besarnya volume udara yang masuk ke dalam venturi aerator dan besarnya turbulensi aliran akan meningkatkan kelarutan O2 dalam air,
sehingga oksidasi Fe akan semakin maksimal.
3.1.2 Pengaruh Kemiringan Irisan Pipa Venturi Terhadap Penurunan Kadar Fe
Hasil analisa konsentrasi Fe setelah pengolahan dan efisiensi removal Fe berdasarkan variabel kemiringan irisan pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.5, Tabel 3.6 dan Gambar 3.2.
Tabel 3.5 Konsentrasi Fe setelah Pengolahan Berdasarkan Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Konsentrasi Fe (mg/l) 7.5 mm 5 Pipa Venturi 5 mm 2.5 mm Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ 0.133 0.333 0.867 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ 0.300 0.833 0.900 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰ 0.483 0.933 1.067
Sumber : Hasil Analisa
Tabel 3.6 Efisiensi Penurunan Kadar Fe Berdasarkan Kemiringan Irisan Pipa Venturi Efisiensi Fe (%) 5 Pipa Venturi
12 7.5 mm 5 mm 2.5 mm
Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ 96.23 90.57 75.46 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ 91.51 76.42 74.53 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰ 86.33 73.59 69.80
Sumber : Hasil Analisa
Gambar 3.2 Grafik Efisiensi Penurunan Kadar Fe Berdasarkan Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Berdasarkan Tabel 3.13 dan Tabel 3.14 didapatkan bahwa pada pipa venturi 7.5 mm dengan kemiringan irisan 300 mampu menghasilkan efisiensi maksimum penurunan Fe hingga 96.23 %
dengan konsentrasi sebesar 0.133 mg/l. Pipa venturi dengan kemiringan irisan 450 mampu
menghasilkan efisiensi hingga sebesar 91.51 % pada konsentrasi 0.300 mg/l. Kemudian untuk pipa venturi dengan kemiringan irisan 600 hanya mampu mencapai efisiensi maksimum sebesar 86.33 %
pada konsentrasi 0.483 mg/l. Gambar 3.2 menunjukkan kecenderungan bahwa semakin kecil kemiringan pipa venturi maka tingkat efisiensinya penurunan kadar Fe semakin baik.
Nilai rata-rata efisiensi penurunan kadar Fe pada setiap kemiringan pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.7. 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 7.5 mm 5 mm 2.5 mm 5 Pipa Venturi Ef isi en si (% )
Diameter Pipa Venturi
Variasi Kemiringan Irisan Pipa Venturi (Fe)
Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰
13 Tabel 3.7 Rata-rata efisiensi Penurunan Kadar Fe Pada Setiap Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Analisa Fe Kemiringan Irisan Pipa Venturi 300 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 450 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 600
Efisiensi
Rata-rata (%) 87.42 80.82 76.57
Sumber : Hasil Analisa
Dari Tabel 3.7 terlihat bahwa irisan pipa venturi 300 memiliki rata-rata efisiensi paling besar
yaitu sebesar 87.42%, disusul oleh kemiringan irisan pipa venturi 450 sebesar 80.82% dan kemiringan irisan pipa venturi 600 sebesar 76.57%. Hal ini semakin jelas menunjukkan bahwa
semakin kecil kemiringan irisan pipa venturi maka akan semakin efisiensi penurunan kadar Fe nya. Kemiringan irisan pipa yang kecil memiliki luas permukaan lubang keluaran pipa venturi semakin kecil. Kondisi ini menyebabkan gelembung udara yang masuk ke dalam fluida semakin banyak dengan ukuran gelembung yang semakin kecil dan halus serta menghasilkan luas permukaan yang lebih besar sehingga meningkatkan luas kontak udara dengan fluida dan meningkatkan kelarutan O2 dalam fluida. Hal inilah yang menyebabkan kemiringan pipa venturi 300
memiki efisiensi penurunan kadar Fe yang paling besar.
3.2 Analisa Mangan (Mn)
Analisa Mn dilakukan dengan menggunakan metode persulfat. Hasil analisa sampel awal sebelum pengolahan menunjukkan kadar Mn relative tinggi yaitu sebesar 2.85 mg/l.
3.2.1 Pengaruh Diameter Pipa Venturi Terhadap Penurunan Kadar Mn
Hasil konsentrasi Mn setelah dilakukan pengolahan serta tingkat efisiensinya dapat dapat dilihat pada Tabel 3.8 dan 3.9 serta Gambar 3.3.
Tabel 3.8 Konsentrasi Mn Setelah Pengolahan Berdasarkan Diameter Pipa Venturi Konsentrasi Mn (mg/l) 5 Pipa Venturi 30⁰ 45⁰ 60⁰ Pipa Venturi 7.5 mm 0.242 0.386 0.145 Pipa Venturi 5 mm 0.290 0.507 0.604
14 Pipa Venturi 2.5 mm 0.652 1.208 0.990
Sumber : Hasil Analisa
Tabel 3.9 Efisiensi Penurunan Kadar Mn Berdasarkan Diameter Pipa Venturi
Efisiensi Mn (%) 30⁰ 5 Pipa Venturi 45⁰ 60⁰ Pipa Venturi 7.5 mm 91.51 86.46 94.91
Pipa Venturi 5 mm 89.83 82.21 78.81 Pipa Venturi 2.5 mm 77.12 57.62 65.25 Sumber : Hasil Analisa
Gambar 3.3 Grafik Efisiensi Penurunan Kadar Mn Berdasarkan Diameter Pipa Venturi
Pada Tabel 3.8 dan 3.9 terlihat bahwa pada 5 pipa venturi dengan diameter pipa venturi 7.5 mm mampu menghasilkan efisiensi penurunan kadar Mn hingga 94.91 % dengan konsentrasi 0.145 mg/l. Kemudian pada pipa venturi dengan diameter pipa venturi 5 mm menghasilkan efisiensi maksimum sebesar 89.83 % pada konsentrasi 0.290 mg/l. Selanjutnya untuk pipa venturi dengan diameter 2.5 mm hanya mampu mencapai efisiensi maksimum sebesar 77.12 % pada konsentrasi 0.652mg/l. Gambar 3.3 menunjukkan secara umum bahwa semakin besar diameter pipa venturi maka tingkat efisiensinya semakin baik.
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 30⁰ 45⁰ 60⁰ 5 Pipa Venturi Efi si e n si (% )
Kemiringan irisan Pipa Venturi
Variasi Diameter Pipa Venturi (Mn)
Pipa Venturi 7.5 mm Pipa Venturi 5 mm Pipa Venturi 2.5 mm
15 Nilai rata-rata efisiensi penurunan kadar Mn pada setiap kemiringan pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.10 berikut ini:
Tabel 3.10 Rata-Rata efisiensi Penurunan Kadar Mn Pada Setiap Diameter Pipa Venturi
Mn Venturi 7.5 mm Diameter Pipa Diameter Pipa Venturi 5 mm Venturi 2.5 mm Diameter Pipa Efisiensi
Rata-rata (%) 90.96 83.62 66.66
Sumber : Hasil Analisa
Dari Tabel 3.10 di atas terlihat bahwa rata-rata efisiensi penurunan Mn yang paling baik ada pada venturi aerator dengan diameter pipa venturi 7.5 mm dengan rata-rata efisiensi sebesar 90.96 %. Kemudian diameter pipa venturi 5 mm yang mampu memberikan efisiensi rata-rata sebesar 83.62 % dan yang terakhir adalah diameter pipa venturi 2.5 mm dengan efisiensi rata-rata hanya sebesar 66.66 %.
Hasil ini sesuai dengan teori yang ada dan sesuai dengan hasil yang ada pada analisa Fe dimana pada analisa Fe tingkat efisiensi sebanding dengan semakin besarnya diameter pipa venturi. Pola efisiensi penurunan kadar Mn sama seperti penurunan kadar Fe karena penurunan kadar Fe dan Mn sama-sama dipengaruhi oleh besarnya O2 yang terlarut dalam air. Maka, pipa diameter 7.5 mm
mampu memberikan efesiensi yang lebih besar dari pada pipa diameter 5 mm dan 2.5 mm. Pipa 7.5 mm mampu memberikan beda tekan yang besar anatara tekanan pada aliran sebelum melewati
throat dan setelah melewati throat. Perbedaan tekan yang besar ini akan mampu memasukkan O2 ke
dalam system venturi dalam jumlah yang lebih banyak. Selain itu diameter pipa venture 7.5 mm mampu memberikan tingkat turbulensi yang besar sehingga perpindahan oksigen ke dalam larutan dapat berjalan maksimal sehingga tingkat removal kadar Mn akibat proses oksidasi semakin tinggi.
3.2.2 Pengaruh Kemiringan Irisan Pipa Venturi Terhadap Penurunan Kadar Mn
Variabel kemiringan irisan pipa venturi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebesar 300, 450, dan 600. Sudut kemiringan tersebut diaplikasikan pada ketiga variasi diameter pipa venturi,
16 yaitu pada pipa venturi 2.5 mm, 5 mm, dan 7.5 mm. Hasil analisa konsentrasi Mn setelah pengolahan dan efisiensi removal Mn berdasarkan variabel kemiringan irisan pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.11 dan 3.12 serta Gambar 3.4.
Tabel 3.11 Konsentrasi Mn setelah Pengolahan Berdasarlkam Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Konsentrasi Mn (mg/l) 7.5 mm 5 Pipa Venturi 5 mm 2.5 mm Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ 0.242 0.290 0.652 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ 0.386 0.507 1.208 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰ 0.145 0.604 0.990
Sumber : Hasil Analisa
Tabel 3.12 Efisiensi Penurunan Kadar Mn Berdasarkan Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Efisiensi Mn (%) 7.5 mm 5 Pipa Venturi 5 mm 2.5 mm Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ 91.51 89.82 77.12 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ 86.46 82.21 57.61 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰ 94.91 78.81 65.25
Sumber : Hasil Analisa
Dari Tabel 3.11 dan 3.12 didapatkan bahwa pada pipa venturi 7.5 mm dengan kemiringan irisan 300 mampu menghasilkan efisiensi penurunan Mn hingga 91.51 % dengan konsentrasi 0.242
mg/l. Kemudian pada pipa venturi dengan kemiringan irisan 450 dapat menghasilkan efisiensi
hingga 86.46 % pada konsentrasi 0.386 mg/l. Selanjutnya untuk pipa venturi dengan kemiringan irisan 600 ternyata mampu mencapai efisiensi maksimum sebesar 94.91 % pada konsentrasi 0.145
mg/l. Dari gambar 3.4 menunjukkan bahwa diameter irisan pipa venture 600 mampu memberikan
efisiensi yang lebih besar dari pada kemiringan irisan pipa venture 300 dan 450. Hal ini tidak sesuai dengan kecenderungan efisiensi secara umum serta tidak sesuai dengan teori yang ada. Karena secara teori, luas permukaan lubang keluaran pada pipa venturi yang semakin kecil akan menghasilkan gelembung udara yang lebih banyak dan lebih halus sehingga akan meningkatkan tingkat kelarutan O2 pada fluida dan proses oksidasi Mn akan semakin baik.
17 Gambar 3.4 Grafik Efisiensi Penurunan Kadar Mn Berdasarkan
Kemiringan Pipa Venturi
Ketidakkonsistenan ini disebabkan oleh perlakuan analisa laboratarium yang dilakukan pada saat kondisi air sampel masih belum stabil dimana Mn2+ yang telah berubah manjadi Mn3+ belum
terendapkan secara optimal, karena analisa Mn dilakukan tidak lama setelah dilakukan pengambilan sampel hasil percobaan. Kejadian ini tidak terlihat pada data hasil analisa Fe, karena analisa laboraratorium untuk kandungan Fe dilakukan 24 jam setelah pengambilan sampel sehingga larutan sampel pada saat analisa sudah berada kondisi stabil.
Selain itu, terjadinya ketidakkonsistenan juga bisa disebabkan akibat terjadinya perubahan debit pompa secara mendadak (debit tidak konstan) sehingga kecepatan aliran air dalam sistem
venturi aerator juga berubah yang berpengaruh terhadap proses aerasi. Perubahan debit pompa ini
secara mendadak bisa menyebabkan posisi pipa venturi sedikit berubah yang mampu mempengaruhi tingkat efisiensi aerasi.
Namun, secara umum pipa venturi dengan kemiringan irisan pipa venture 300 memiliki efisiensi yang lebih besar dari pada kemiringan irisan pipa venturi 450 dan 600. Selain itu hasil
analisa pada duplo menunjukkan kemiringan irisan pipa venture 300 mampu memberikan efisiensi
paling tinggi. Tabel dan gambar hasil analisa duplo dapat dilihat pada Lampiran A.
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00 60.00 70.00 80.00 90.00 100.00 7.5 mm 5 mm 2.5 mm 5 Pipa Venturi e fi si e n si (% )
Diameter Pipa Venturi
Variasi Kemiringan Irisan Pipa Venturi (Mn)
Kemiringan Irisan Pipa Venturi 30⁰ Kemiringan Irisan Pipa Venturi 45⁰ Kemiringan Irisan Pipa Venturi 60⁰
18 Nilai rata-rata efisiensi penurunan kadar Mn pada setiap kemiringan irisan pipa venturi dapat dilihat pada Tabel 3.13 berikut ini:
Tabel 3.13 Efisiensi Rata-rata Penurunan Kadar Mn Pada Setiap Kemiringan Irisan Pipa Venturi
Mn Kemiringan Irisan Pipa Venturi 300 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 450 Kemiringan Irisan Pipa Venturi 450
Efisiensi
Rata-rata (%) 86.15 75.43 75.66
Sumber : Hasil Analisa
Dari Tabel 3.13 terlihat bahwa kemiringan irisan pipa venturi 300 memiliki rata-rata
efisiensi penurunan kadar Mn paling besar di bandingkan dengan kemiringan irisan pipa venturi 450 dan 600. Pada pipa venturi dengan, kemiringan irisan 300 mampu menghasilkan efisiensi rata-rata
penurunan Mn hingga 86.15 % dan kemiringan irisan pipa venture 600 ditempat kedua dengan
efisisensi rata-rata penurunan Mn sebesar 75.66%. kemudian terakhir adalah pipa venturi dengan kemiringan irisan 600 hanya mampu mencapai efisiensi rata-rata sebesar 75.43%
Kemiringan irisan pipa yang kecil memiliki luas permukaan lubang keluaran pipa venturi semakin kecil. Kondisi ini menyebabkan gelembung udara yang masuk ke dalam fluida semakin banyak dengan ukuran gelembung yang semakin kecil dan halus serta menghasilkan luas permukaan yang lebih besar sehingga meningkatkan luas kontak udara dengan fluida dan meningkatkan kelarutan O2 dalam fluida. Hal inilah yang menyebabkan kemiringan pipa venturi 300
memiki efektifitas penurunan kadar Fe yang lebih baik.
Hasil tersebut juga menunjukkan bahwa dibandingkan dengan penurunan kadar Fe, penurunan kadar Mn masih lebih rendah. Hal ini disebabkan Mn lebih sulit teroksidasi oleh O2
dibandingkan dengan Fe. Untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,14 mg/l oksigen dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l.
4. Kesimpulan
19 1. Desain terbaik venturi aerator dalam penelitian ini adalah venturi aerator dengan diamer pipa
venturi 7.5 mm menggunakan spidol dan kemiringan irisan pipa venturi sebesar 300.
2. Semakin besar diameter pipa venturi maka akan dihasilkan efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn yang semakin baik. Dalam penelitian ini diameter pipa venturi 7.5 mm yang menggunakan spidol ukuran standar mampu memberikan efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn terbaik dengan efisiensi hingga 96.23% pada Fe dan 94.91% pada Mn
3. Kemiringan irisan pipa venturi yang semakin kecil akan memberikan efisiensi penurunan kadar Fe dan Mn yang semakin baik, dalam hal ini adalah venturi aerator dengan kemiringan irisan pipa venturi 300. Efisiensi maksimum yang dicapai oleh pipa venturi dengan irisan pipa venturi 300 adalah 96.23% untuk Fe 91.52% untuk Mn
5 Saran
Beberapa saran yang dapat diberikan dari hasil penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Analisa Fe dan Mn terhadap air sampel sebaiknya dilakukan hingga kondisi larutan stabil, dimana Fe3+ dan Mn3+ yang terbentuk telah terendapkan secara optimal pada botol sampel.
2. Pipa venturi diberi standar baku untuk pemasangan pada pipa utama, sehingga didapatkan ketepatan posisi pada pemasangan pipa venturi. Selain itu, diberi perekat permanen pada pipa venturi untuk pemasangan pada pipa utama agar posisi pipa venturi tidak berubah.
3. Dalam pengaplikasian alat venturi aerator ini kepada masyarakat sebaiknya diberi pengolahan lanjutan berupa filtrasi guna memisahkan Fe3+ dan Mn3+, karena apabila tidak ada pemisahan
tersebut Fe3+ dan Mn3+ akan mengendap pada reservoir. 6. Daftar Pustaka
Alaert, G. Dan Sumestri, S (1987), Metodelogi Penelitian Air, Usaha Nasional Surabaya.
Al-Layla, M.A., S. Ahmad, SJ. Middlebrooks (1977), Water Supply Engineering Design 2nd edition, An Arbor Science. Michigan, USA.
20 Anonim (2010)., http://www.advancebpp.wordpress.com
Anonim (2010)., http://digilib.itb.ac.id
Anonim (2010)., http://smk3ae.wordpress.com
ASCE and AWWA (1990), Water Treatment Plant Design, 2nd
ed., McGraw Hill Companies,
Toronto.
Driseol, F.G (1989), Groundwater and Wells 2nd
edition, Johnson Filtration System Inc., S. Paul,
Minnesota.
Hammer, M.J, and Hammer, M. J. Jr (2004), Water and Wastewater Technology 5th edition, Prentice-Hal, Inc., New Jersey.
Kawamura, S (1991), Integrated Design of Water Treatment Facilities, John Willey and Sons. Inc. New York.
Popel, H.J (1974), Aeration and Gas Transfer, Delft University of Technology, Delft. Qasim, S.R (2000), Wastewater Treatment Plant, Texas, CBS International Edition.
Sanropie, D., Sumini, AR., Margono, Sugiharto, Purwanto, S., Ristanto, B (1984),. Penyediaan air
bersih, Pusdiknakes Depkes RI, Jakarta.
Taufan, A (2010), Model Alat Pengolahan Fe dan Mn Menggunakan Sistem Venturi Aerator
Dengan Variabel Diameter Pipa dan Jumlah Pipa Venturi, Teknik Lingkungan ITS,
