Optimasi Proses Koagulasi dan Flokulasi pada Pengolahan Primer Air Limbah Kawasan Industri ABC
Zainur Risky Ardiansyah1*, Temmy Wikaningrum2
1,2Program Studi Teknik Lingkungan, Universitas Presiden, Bekasi Indonesia
*Koresponden email:zainur.ardiansyah@student.president.ac.id
Diterima: 2 Maret 2023 Disetujui: 9 Maret 2023
Abstract
A jar test method is used to optimize the coagulation and flocculation processes in the first stage (chemical 1) of WWTP at ABC Industrial Estate. This research aims to find out the most effective type of PAC; to obtain the optimum combination of coagulant dose, flocculant dose, flocculation time; also to compare the quality and cost of wastewater treatment between existing conditions and optimum conditions according to the results of this study. The research used an experimental method with independent variables are: type of coagulant, namely PAC A (17% Al2O3) and PAC B (10% Al2O3); coagulant doses (200, 250, 300, 350, 400, 450) ppm; flocculant doses (1, 2, 3, 4, 5, 6) ppm; and flocculation time (20, 25, 30, 35, 40, 45) minutes.
Turbidity parameter is used to analyze the wastewater quality. The result shows that the best type of coagulant is PAC A and the optimum combination of coagulant dose, flocculant dose, and flocculation time are: 200 ppm, 4 ppm, and 20 minutes. The turbidity of wastewater decreased by 98.33%, from 54.6 NTU to 0.91 NTU. The estimated cost for treating wastewater decreased by 62.83%, from IDR 4,773/m3 per day to IDR 1,774/m3 per day.
Keywords: Type of PAC coagulant, coagulant dose, flocculant dose, time of flocculation, cost of waste water treatment.
Abstrak
Optimasi proses koagulasi dan flokulasi pada pengolahan primer air limbah Kawasan Industri ABC dilakukan dengan metode jar test. Objek penelitian yaitu pada unit koagulasi dan flokulasi pertama (kimia 1). Percobaan dilakukan untuk menentukan jenis koagulan PAC terbaik dalam mengolah air limbah;
mendapatkan kombinasi optimum dari dosis koagulan, dosis flokulan, dan waktu flokulasi; serta membandingkan kualitas dan biaya pengolahan air limbah pada kondisi eksisting dengan kondisi optimum sesuai dengan hasil kajian pada penelitian. Metode penelitian yang digunakan adalah eksperimental dengan variabel bebas meliputi jenis koagulan PAC A (17% Al2O3) dan PAC B (10% Al2O3); dosis koagulan (200, 250, 300, 350, 400, 450) ppm; dosis flokulan (1, 2, 3, 4, 5, 6) ppm; serta waktu flokulasi (20, 25, 30, 35, 40, 45) menit. Kualitas air limbah dari proses terbaik jar test kemudian dianalisis kandungan kekeruhan.
Dari hasil percobaan diperoleh jenis koagulan terbaik yaitu PAC A serta kombinasi optimum dari dosis koagulan, dosis flokulan serta waktu flokulasi yaitu: 200 ppm, 4 ppm, dan 20 menit. Hasil uji laboratorium menunjukkan bahwa kekeruhan air limbah mengalami penurunan sebesar 98.33% dari 54.6 NTU menjadi 0.91 NTU. Estimasi biaya pengolahan air limbah turun sebesar 62.83% dari 4,773 IDR/m3 per hari menjadi 1,774 IDR/m3 per hari.
Kata Kunci: jenis koagulan PAC, dosis koagulan, dosis flokulan, waktu flokulasi, biaya pengolahan air limbah
1. Pendahuluan
Perkembangan industri telah memberikan pengaruh yang besar terhadap pertumbuhan perekonomian suatu negara. Namun, perkembangan dan pembangunan industri dapat menimbulkan dampak biogeofisik kimia terhadap lingkungan, salah satunya yaitu karena dihasilkan air limbah industri [1]. Air limbah industri mengandung beragam material beracun yang terdiri dari campuran zat-zat kimia organik maupun zat-zat kimia anorganik yang berasal dari sisa proses produksi atau penguraian bahan yang digunakan untuk proses produksi [2]. Proses pengolahan air limbah sebelum dibuang ke badan air penerima sangatlah penting dilakukan guna menurunkan kadar bahan-bahan berbahaya seperti COD dan BOD sehingga air limbah menjadi ramah lingkungan dan tidak memberikan dampak yang signifikan terhadap lingkungan [3]. Selain itu, juga berfungsi untuk menjaga kondisi sungai agar tetap baik sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat [4].
Proses pengolahan air limbah dapat dilakukan melalui sistem setempat (on site) ataupun melalui sistem terpusat (off site) [5]. Salah satu contoh proses pengolahan air limbah yang menerapkan sistem pengolahan terpusat (off site) adalah proses pengolahan air limbah di Kawasan Industri ABC. Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) di Kawasan Industri ABC memiliki kapasitas 8.000 m3/hari. IPAL ini berfungsi untuk menampung dan mengolah air limbah dari 126 perusahaan industri yang berada di dalam Kawasan Industri tersebut (Perusahaan Kawasan Industri ABC, 2021). Proses pengolahan air limbah dilakukan dengan dua tahapan, yaitu primary treatment yang berfungsi untuk menghilangkan zat-zat tersuspensi di dalam air limbah dan secondary treatment yang berfungsi untuk menghilangkan zat-zat terlarut dari air limbah yang tidak dapat dihilangkan pada proses primary treatment.
Penjelasan singkat proses pengolahan air limbah di IPAL Kawasan Industri ABC adalah sebagai berikut: Air limbah dari sisa kegiatan produksi dan/atau domestik seluruh Perusahaan Industri yang ada di dalam Kawasan Industri ABC dan memenuhi baku mutu air limbah yang telah dipersyaratkan dialirkan menuju bak ekualisasi. Air limbah tersebut ditampung di dalam bak ekualisasi bertujuan untuk mencegah terjadinya concentrate shock loading dan hydraulick shock loading. Bak ekualisasi dibangun dengan dimensi panjang 32 m, lebar 32 m, dan kedalaman 3 m. Air limbah dari bak ekualisasi kemudian dialirkan menuju bak unit proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1).
Dari unit proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1), air limbah kemudian diolah lebih lanjut menggunakan proses biologi dengan sistem lumpur aktif. Air limbah dialirkan menuju bak aerasi yang dilengkapi dengan sistem blower yang berfungsi untuk menyuplai kebutuhan oksigen pada mikroorganisme aerobic yang ada di dalam sistem agar dapat tumbuh dan bekerja dengan baik. IPAL Kawasan Industri ABC memiliki 2 (dua) kolam aerasi yang mana masing-masing kolam aerasi memiliki dimensi panjang ± 16 m, lebar ± 41 m, dan kedalaman ± 3 m untuk kolam aerasi 1 dan panjang ± 18 m, lebar ± 46 m, dan kedalaman ± 3.5 m untuk kolam aerasi 2. Air limbah dari unit pengolahan biologi kemudian diolah kembali dengan proses koagulasi dan flokulasi (kimia 2) dan kemudian dialirkan menuju badan air penerima yaitu Sungai Cikadu. Sebelum dialirkan menuju Sungai Cikadu, air limbah yang telah diolah ditampung terlebih dahulu pada bak fish pond. Objek penelitian yang diambil pada penelitian adalah proses pengolahan air limbah di unit koagulasi dan flokulasi pertama (kimia 1).
Pengolahan air limbah dengan proses koagulasi dan flokulasi harus dilakukan dengan optimum, apabila bahan kimia yang digunakan berlebih maka dapat mengakibatkan biaya pengolahan air limbah menjadi besar dan tidak efisien. Berdasarkan data Perusahaan Kawasan Industri ABC tahun 2021, pengolahan air limbah dengan proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1) di IPAL Kawasan Industri ABC dilakukan dengan menggunakan dosis bahan kimia sebagai berikut: dosis koagulan PAC ± 350 ppm, dosis polimer anionik ± 8 ppm, dan dosis Natrium Hidroksida (NaOH) ± 200 ppm. Besar biaya pengolahan air limbah yang harus dikeluarkan untuk proses koagulasi dan flokulasi pertama (kimia 1) yaitu sekitar 4,773 IDR/m3 air limbah diolah per hari. Biaya tersebut cukup tinggi jika dibandingkan dengan biaya pengolahan air limbah pada unit koagulasi dan flokulasi yang dapat mencapai 3,520 IDR/m3 air limbah diolah per hari [6].
Tingginya biaya yang dikeluarkan tersebut salah satunya disebabkan karena belum adanya penentuan standar operasional serta kondisi optimum pada proses koagulasi dan flokulasi. Pengurangan biaya (cost reduction) terutama pada proses pengolahan air limbah sangatlah diperlukan bagi perusahaan untuk mencapai target perusahaan dalam rangka meminimalisir pengeluaran dan untuk mendapatkan laba perusahaan yang diinginkan tercapai. Dari kondisi tersebut, akan dilakukan optimasi proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1) sehingga diperoleh kemungkinan peluang kombinasi dari dosis koagulan, dosis flokulan, serta waktu flokulasi yang lebih efektif dan efisien untuk mengolah air limbah serta dapat dijadikan sebagai dasar pengolahan air limbah di unit koagulasi dan flokulasi (kimia 1) IPAL Kawasan Industri ABC.
2. Metode Penelitian
Metode yang digunakan pada penelitian adalah eksperimental, sehingga peneliti melakukan percobaan secara langsung pada skala laboratorium. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Lingkungan Universitas Presiden pada bulan September – Desember 2022.
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain:
▪ Flocculator Model 7790-402
▪ Beaker glass (ukuran 1000 mL, 500 mL, 250 mL, dan 100 mL)
▪ Syringe (ukuran 12 mL dan 6 mL)
▪ Magnetic stirrer
▪ Weight scale
▪ Pipet tetes
▪ Stopwatch
▪ pH Meter
▪ Turbidimeter
Bahan-bahan yang digunakan antara lain:
▪ Air limbah Kawasan Industri ABC, hasil uji kualitas air limbah inlet dapat dilihat pada Tabel 7 dan Tabel 8.
▪ Koagulan PAC A (17% Al2O3)
▪ Koagulan PAC B (10% Al2O3)
▪ Polimer anionik ENFLOC Grade AP-502
Skema Alat Percobaan Jar Test
Skema rangkaian alat pada percobaan jar test ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Rangkaian Alat Percobaan Jar Test Sumber: Data Percobaan, 2022
Tahapan Penelitian
Berikut adalah tahapan penelitian yang disajikan dalam bentuk diagram alir:
Identifikasi Masalah
Studi Literatur Perencanaan Alat dan Bahan
Persiapan Sampel Air Limbah (Uji Karakteristik Awal Air Limbah meliputi
pH dan Turbidity)
Percobaan 1 – Jenis Koagulan PAC
Uji Parameter Kualitas Air Limbah PAC Terbaik
Percobaan 2 - Dosis Koagulan
Uji Parameter Kualitas Air Limbah
Dosis Koagulan Optimum Percobaan 3 - Dosis
Flokulan Uji Parameter Kualitas Air Limbah
Dosis Flokulan Optimum
Percobaan 4 – Waktu Flokulasi Uji Parameter Kualitas Air
Limbah Waktu Flokulasi
Terbaik
Gambar 2. Diagram Alir Tahapan Penelitian Sumber: Data Percobaan, 2022
Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan pada penelitian ini, yaitu:
Variabel Bebas :
1. Jenis PAC = PAC A (17% Al2O3) dan PAC B (10% Al2O3) 2. Dosis Koagulan = (200, 250, 300, 350, 400, dan 450) ppm.
3. Dosis Flokulan = (1, 2, 3, 4, 5, dan 6) ppm.
4. Waktu Pengadukan Flokulasi = (20, 25, 30, 35, 40, dan 45) menit.
Variabel Kontrol :
1. Waktu Koagulasi = 1 menit
2. Kecepatan Pengadukan Koagulasi = 120 rpm 4. Kecepatan Pengadukan Flokulasi = 40 rpm
5. Waktu pengendapan = 15 menit
6. Volume air limbah = 800 mL
7. Jenis Polimer Anionik = ENFLOC Grade AP-502 8. Jenis air limbah = Inlet Kawasan Industri ABC
Penentuan variabel kontrol mengacu pada SNI 19-6449-2000 tentang metode pengujian Koagulasi – Flokulasi dengan Cara Jar [7].
Variabel Terikat = Turbidity air limbah (NTU)
Teknik Pengumpulan dan Analisis Data
Air limbah dari hasil percobaan pada setiap variabel bebas (variabel bebas 1, 2, 3, dan 4) dianalisis tingkat kekeruhan (turbidity). Untuk sampel dengan kualitas air limbah terbaik pada percobaan variabel 4 yaitu waktu flokulasi akan dilakukan pengujian parameter tambahan yaitu pH. Dari hasil pengujian turbidity (kekeruhan) air limbah tersebut kemudian dihitung besar penurunan turbidity (%removal turbidity), sesuai persamaan 2.1.
% Penurunan turbidity = (𝑁0− 𝑁𝑖
𝑁0 ) x 100% ………(2.1)
dimana:
N0 = Turbidity awal air limbah
Ni = Turbidity air limbah setelah pengolahan
Metode pengecekan terhadap parameter pH dan kekeruhan (turbidity) disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Metode Pengujian Air Limbah No Parameter Uji Metode Uji
1. pH SNI 06-6989.11-2019
2. Turbidity SNI 06-6989.25-2005 Sumber: Data percobaan, 2022
Pengumpulan dan Analisis Data
Penyusunan Laporan
Kesimpulan
Untuk menganalisa pengaruh variabel terhadap parameter yang diuji maka dilakukan plotting data antara lain:
1. Jenis Koagulan PAC vs Turbidity.
2. Dosis Koagulan vs Turbidity.
3. Dosis Flokulan vs Turbidity.
4. Waktu Pengadukan Flokulasi vs Turbidity.
Untuk menghitung biaya pengolahan air limbah dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.2.
Biaya pengolahan air limbah = ∑(𝑛𝑖 𝑥 𝐻𝑖)
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑖𝑟 𝑙𝑖𝑚𝑏𝑎ℎ 𝑑𝑖𝑜𝑙𝑎ℎ (𝑚3) ………..(2.2) dimana :
ni = Jumlah penggunaan bahan kimia (i), (kg⁄hari) Hi = Harga bahan kimia (i), (IDR⁄kg)
Biaya pengolahan air limbah, [IDR⁄(m3 air limbah diolah per hari)]
Dari hasil pengolahan dan analisis data diharapkan memperoleh peluang kombinasi yang optimum dari jenis koagulan PAC, dosis koagulan, dosis flokulan serta waktu flokulasi untuk menurunkan kadar turbidity (kekeruhan) air limbah yang dapat dijadikan sebagai dasar pengolahan air limbah di unit koagulasi dan flokulasi (kimia 1) IPAL Kawasan Industri ABC serta dapat diketahui besar biaya pengolahan air limbah pada kondisi optimum sesuai dengan hasil kajian pada penelitian ini.
3. Hasil dan Pembahasan
Data hasil percobaan yang menunjukkan pengaruh dari jenis koagulan PAC, dosis koagulan, dosis flokulan, serta waktu flokulasi disajikan pada Tabel 2, Tabel 3, Tabel 4, Tabel 5, dan Tabel 6.
Tabel 2. Hasil Percobaan Variabel 1 – Pengaruh Koagulan PAC A No. Dosis
Koagulan (ppm)
Trial 1 Trial 2 AVG
(NTU)
%Removal Turbidity Turb 1
(NTU)
Turb 2 (NTU)
Turb 1 (NTU)
Turb 2 (NTU)
1. 50 30,30 30,20 27,10 27,20 28,70 69,30
2. 100 23,40 23,30 23,20 22,70 23,15 75,24
3. 200 18,83 18,94 17,73 17,45 18,24 80,49
4. 300 15,61 15,69 14,38 14,36 15,01 83,95
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 3. Hasil Percobaan Variabel 1 – Pengaruh Koagulan PAC B No. Dosis
Koagulan (ppm)
Trial 1 Trial 2 AVG
(NTU)
%Removal Turbidity Turb 1
(NTU)
Turb 2 (NTU)
Turb 1 (NTU)
Turb 2 (NTU)
1. 50 31,30 31,30 28,80 28,70 30,03 67,89
2. 100 29,00 28,60 25,20 25,40 27,05 71,07
3. 200 21,90 21,80 20,10 20,10 20,98 77,57
4. 300 19,16 19,04 18,97 18,88 19,01 79,67
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 4. Hasil Percobaan Variabel 2 – Pengaruh Dosis Koagulan No. Dosis
Koagulan (ppm)
Trial 1 Trial 2 AVG
(NTU)
% Removal Turbidity Turb 1
(NTU)
Turb 2 (NTU)
Turb 1 (NTU)
Turb 2 (NTU)
1. 200 0,93 0,89 0,92 0,91 0,91 98,33
2. 250 0,89 0,89 0,86 0,86 0,88 98,40
3. 300 0,71 0,73 0,63 0,58 0,66 98,79
4. 350 0,46 0,47 0,40 0,44 0,44 99,19
5. 400 0,46 0,46 0,47 0,45 0,46 99,16
6. 450 0,51 0,53 0,54 0,50 0,52 99,05
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 5. Hasil Percobaan Variabel 3 – Pengaruh Dosis Flokulan No. Dosis
Flokulan (ppm)
Trial 1 Trial 2 AVG
(NTU)
%Removal Turbidity Turb 1
(NTU)
Turb 2 (NTU)
Turb 1 (NTU)
Turb 2 (NTU)
1. 1 1,23 1,25 1,24 1,25 1,24 97,72
2. 2 1,18 1,14 1,13 1,17 1,16 97,88
3. 3 1,16 1,13 1,01 1,16 1,12 97,96
4. 4 0,93 0,89 0,92 0,91 0,91 98,33
5. 5 1,46 1,53 1,43 1,44 1,47 97,32
6. 6 1,48 1,52 1,47 1,45 1,48 97,29
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 6. Hasil Percobaan Variabel 4 – Pengaruh Waktu Flokulasi No. Waktu
Pengadukan (Menit)
Trial 1 Trial 2 AVG
(NTU)
%Removal Turbidity Turb 1
(NTU)
Turb 2 (NTU)
Turb 1 (NTU)
Turb 2 (NTU)
1. 20 0,93 0,89 0,92 0,91 0,91 98,33
2. 25 1,89 1,87 1,81 1,80 1,84 96,63
3. 30 1,76 1,75 1,63 1,61 1,69 96,91
4. 35 1,59 1,58 1,85 1,86 1,72 96,85
5. 40 1,56 1,54 1,56 1,58 1,56 97,14
6. 45 1,65 1,65 1,86 1,85 1,75 96,79
Sumber : Data Percobaan, 2022
Persiapan Sampel
Air limbah yang diperoleh dari inlet IPAL Kawasan Industri ABC yang berada di bak ekualisasi sebelum digunakan pada penelitian harus dilakukan homogenisasi dan dianalisis kualitas air limbah yang meliputi pH, temperatur, dan turbidity. Proses homogenisasi dilakukan dengan cara meletakkan air limbah pada satu wadah berukuran 60 Liter sambil dilakukan pengadukan sehingga diperoleh konsentrasi/
komposisi air limbah yang sama. Pengujian kualitas air limbah inlet dilakukan untuk mengetahui pengaruh percobaan jar test yang dilakukan. Kualitas air limbah eksisting IPAL Kawasan Industri ABC dapat dilihat pada Tabel 7, Tabel 8, dan Tabel 9.
Tabel 7. Kualitas Air Limbah Inlet IPAL (untuk Percobaan Variabel 1) No. Parameter Unit Hasil Pengujian
1. pH - 8.00
2. Temperatur 0C 32.0
3. Turbidity NTU 93.5
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 8. Kualitas Air Limbah Inlet IPAL (untuk Percobaan Variabel 2, 3, dan 4) No. Parameter Unit Hasil Pengujian
1. pH - 8.20
2. Temperatur 0C 31.3
3. Turbidity NTU 54.6
Sumber : Data Percobaan, 2022
Tabel 9. Karakteristik Air Limbah Outlet Sedimentasi Pertama IPAL No. Parameter Unit Hasil Pengujian
1. pH - 7.30
2. Temperatur 0C 31.2
3. Turbidity NTU 23.65
Sumber : Data Percobaan, 2022
Pengaruh Jenis Koagulan
Jenis koagulan PAC yang digunakan pada percobaan adalah koagulan PAC A (17% Al2O3) yang mana koagulan tersebut adalah koagulan eksisting di IPAL Kawasan Industri ABC serta koagulan PAC B (10% Al2O3) yang digunakan sebagai koagulan pembanding karena berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Ni Iluh Permata Ariase pada tahun 2021, koagulan ini memiliki performa yang baik dalam menurunkan kadar kekeruhan air limbah (turbidity) mencapai 95.7% [8], selain itu koagulan PAC B juga telah digunakan dan berhasil mengolah air limbah di IPAL Kawasan Industri lain.
Penentuan jenis koagulan merupakan salah satu faktor penting pada proses pengolahan air limbah dengan metode koagulasi dan flokulasi karena hal tersebut dapat mempengaruhi efektivitas proses pengolahan air limbah yang akan dijalankan serta untuk mengetahui kemampuan koagulan dalam menurunkan kadar bahan pencemar di dalam air limbah. Pengaruh jenis koagulan PAC terhadap turbidity (kekeruhan) air limbah disajikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Pengaruh Jenis Koagulan PAC terhadap Turbidity Air Limbah Sumber: Data Percobaan, 2022
Dari Gambar 3 dapat diketahui bahwa jenis koagulan PAC mempengaruhi tingkat kekeruhan air limbah, dengan jumlah dosis dan kondisi operasi proses yang sama, koagulan PAC A memiliki kemampuan yang lebih efektif untuk menurunkan turbidity (kekeruhan) air limbah dibandingkan dengan koagulan PAC B karena menghasilkan nilai turbidity (kekeruhan) air limbah yang lebih rendah. Turbidity (kekeruhan) air limbah sebelum ditambahkan koagulan PAC adalah 93.5 NTU, setelah ditambahkan koagulan PAC A dengan dosis 50 ppm, 100 ppm, 200 ppm, dan 300 ppm, turbidity (kekeruhan) air limbah mengalami penurunan menjadi 28.70 NTU; 23.15 NTU; 18,24 NTU; dan 15,01 NTU. Sedangkan setelah ditambahkan koagulan PAC B, turbidity (kekeruhan) mengalami penurunan menjadi 30.03 NTU; 27.05 NTU; 20.98 NTU; dan 19.01 NTU. Semakin besar kandungan Al2O3 yang dimiliki oleh bahan koagulan, maka daya koagulasi dan flokulasi yang dimiliki oleh bahan koagulan tersebut juga semakin baik [9].
Untuk mengetahui signifikansi antara kedua koagulan yang digunakan pada percobaan terhadap turbidity (kekeruhan) air limbah, maka dilakukan uji statistik ANOVA dengan taraf signifikansi (alpha) yaitu 0.05 dan diperoleh hasil sesuai pada Tabel 10.
28,70
23,15
18,24
15,01 30,03
27,05
20,98
19,01
0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00
50 100 150 200 250 300
Turbidity, (NTU)
Dosis Koagulan, (ppm)
PAC A PAC B
Tabel 10. Hasil Uji ANOVA Koagulan PAC A dan PAC B t-Test: Two-Sampel Assuming Equal Variances
PAC A PAC B
Mean 21,274375 24,265625
Variance 35,70762656 26,44889323
Observations 4 4
Pooled Variance 31,0782599
Hypothesized Mean Difference 0
Df 6
t Stat -0,758821037
P(T<=t) one-tail 0,238350433
t Critical one-tail 1,943180281
P(T<=t) two-tail 0,476700866
t Critical two-tail 2,446911851
Sumber: Data Percobaan, 2022
Dari Tabel 10 dapat disimpulkan bahwa nilai probabilitas yang dihasilkan dari Uji T yaitu 0.238350433 yang mana nilai tersebut lebih besar dari nilai taraf signifikansi yang ditetapkan sehingga dapat disimpulkan bahwa koagulan PAC A dan PAC B tidak memiliki perbedaan yang signifikan sehingga kedua koagulan tersebut memiliki peluang untuk digunakan pada percobaan selanjutnya. Namun koagulan yang dipilih untuk digunakan pada percobaan selanjutnya (percobaan variabel 2, 3, dan 4) adalah koagulan PAC A dengan mempertimbangkan beberapa hal, antara lain: (1) koagulan PAC A menghasilkan clear water/air limbah hasil pengolahan dengan nilai kekeruhan (turbidity) yang lebih rendah jika dibandingkan dengan koagulan PAC B dan (2) koagulan PAC A adalah koagulan eksisting yang digunakan pada proses koagulasi dan flokulasi di IPAL Kawasan Industri ABC sehingga tidak memungkinkan untuk dilakukan penggantian.
Pengaruh Dosis Koagulan
Dosis koagulan yang digunakan pada percobaan adalah 200 ppm, 250 ppm, 300 ppm, 350 ppm, 400 ppm, dan 450 ppm. Dosis koagulan berpengaruh terhadap proses destabilisasi partikel terutama dalam hal tumbukan antar partikel dan pembentukan flok pada air limbah sehingga penambahannya harus dilakukan dengan jumlah yang tepat agar dihasilkan kualitas air limbah sesuai dengan yang diharapkan. Penambahan dosis koagulan yang kurang akan mengakibatkan tumbukan antar partikel tidak sempurna sehingga pembentukan flok-flok terjadi kurang optimal. Begitupula sebaliknya, jika penambahan dosis koagulan melebihi batas optimum, maka flok-flok tidak akan terbentuk dan dapat menimbulkan deflokulasi sehingga larutan menjadi kekeruhan kembali [4][10]. Pengaruh dosis koagulan PAC A terhadap turbidity (kekeruhan) air limbah dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4. Pengaruh Dosis Koagulan terhadap Turbidity Air Limbah Sumber: Data Percobaan, 2022
Dari Gambar 4 dapat diketahui bahwa dosis koagulan PAC mempengaruhi tingkat kekeruhan (turbidity) air limbah. Penambahan dosis koagulan yang optimum adalah yang menghasilkan nilai turbidity (kekeruhan) terendah atau yang memiliki efisiensi (%removal turbidity) tertinggi yaitu dosis 350 ppm, di
0,91 0,88
0,66
0,44 0,46 0,52
0,300 0,400 0,500 0,600 0,700 0,800 0,900 1,000
200 250 300 350 400 450
Turbidity, NTU
Dosis Koagulan, ppm
mana pada Gambar 4, dosis optimum koagulan dapat dilihat setelah adanya titik balik kurva. Profil kekeruhan (turbidity) yang disajikan pada Gambar 4 sudah sesuai dengan teori koagulasi dan flokulasi karangan John C. Crittenden, ddk., pada buku water treatment principles and design (third edition) tahun 2012, yang menjelaskan bahwa partikel akan berflokulasi ketika jumlah koagulan yang ditambahkan sudah tepat (muatan menjadi netral). Pada penambahan dosis koagulan yang berlebih, mobilitas elektroforesis partikel akan meningkat dan jumlah ion koagulan yang diserap oleh partikel koloid juga mengalami peningkatan, akibatnya terjadi pembalikan muatan dan residu kekeruhan (turbidity) yang dihasilkan meningkat [11]. Dosis koagulan berlebih yang dimaksud adalah dosis 400 ppm dan 450 ppm. Oleh sebab itu, residual kekeruhan (turbidity) yang awalnya mengalami penurunan dari 0.44 NTU setelah ditambahkan koagulan PAC dengan dosis 400 ppm dan 450 ppm mengalami peningkatan menjadi 0.46 NTU dan 0.52 NTU.
Pada kondisi optimum (dosis koagulan 350 ppm) turbidity (kekeruhan) air limbah mengalami penurunan sebesar 99.19% dari 54.6 NTU menjadi 0.44 NTU. Dosis koagulan yang digunakan untuk percobaan selanjutnya (percobaan variabel 3, dan 4) bukanlah dosis koagulan 350 ppm melainkan dosis 200 ppm. Hal tersebut mempertimbangkan beberapa hal, anatara lain: (1) turbidity (kekeruhan) air limbah hasil pengolahan memiliki nilai kurang dari 1.0 NTU dan %removal turbidity lebih besar dari 98%, nilai tersebut masih jauh memenuhi standar kebutuhan air bersih berdasarkan Permenkes RI No. 32 Tahun 2017 tentang Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan dan Persyaratan Kesehatan Air untuk Keperluan Higiene Sanitasi, Kolam Renang, Solus Per Aqua, dan Pemandian Umum [12] dan (2) faktor biaya pengolahan air limbah.
Pengaruh Dosis Flokulan
Dosis flokulan yang digunakan pada percobaan adalah 1 ppm, 2 ppm, 3 ppm, 4 ppm, 5 ppm, dan 6 ppm. Dosis flokulan berpengaruh terhadap proses pengikatan flok-flok yang sudah terbentuk pada proses koagulasi menjadi flok-flok yang memiliki ukuran lebih besar sehingga dapat mempercepat waktu penjernihan/pengendapan partikel air limbah. Pengaruh dosis flokulan terhadap kualitas air limbah dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Pengaruh Dosis Flokulan terhadap Turbidity Air Limbah Sumber: Data Percobaan, 2022
Dari Gambar 5 dapat diketahui bahwa dosis flokulan yang digunakan pada proses flokulasi mempengaruhi tingkat kekeruhan (turbidity) air limbah. Penambahan dosis flokulan yang optimum adalah penambahan dosis yang menghasilkan nilai kekeruhan (turbidity) terendah atau yang memiliki efisiensi (%removal turbidity) tertinggi yaitu dosis 4 ppm, yang mana pada Gambar 5, dosis optimum flokulan ditunjukkan setelah adanya titik balik kurva. Profil kekeruhan (turbidity) yang disajikan pada Gambar 5 berkorelasi dengan percobaan yang telah dilakukan oleh Wahyu Ardie Nugroho pada tahun 2009, yang menjelaskan bahwa penambahan dosis flokulan harus dilakukan dengan tepat karena jika terjadi overdosis (penambahan flokulan berlebih), partikel/flok yang sudah terbentuk tidak akan mengendap dan menyebabkan kekeruhan kembali [13]. Kekeruhan (turbidity) air limbah setelah penambahan dosis 4 ppm mengalami penurunan sebesar 98.33% dari 54.6 NTU menjadi 0.91 NTU. Setelah diketahui bahwa dosis flokulan 4 ppm adalah dosis optimum, maka dosis tersebut kemudian digunakan pada percobaan selanjutnya (percobaan variabel 4) untuk mengetahui pengaruh waktu flokulasi pada jar test.
Pengaruh Waktu Flokulasi
Waktu flokulasi yang digunakan pada percobaan adalah 20 menit, 25 menit, 30 menit, 35 menit, 40 menit, dan 45 menit. Pengadukan pada tahap flokulasi adalah pengadukan lambat yang bertujuan untuk meningkatkan interaksi antara flokulan dengan flok-flok yang belum terbentuk pada proses koagulasi sehingga bergabung membentuk flok-flok dengan ukuran yang lebih besar. Pengadukan lambat pada proses flokulasi juga berfungsi untuk menjaga agar flok-flok yang sudah terbentuk tidak pecah kembali [14]. Laju
1,24
1,16 1,12
0,91
1,47 1,48
0,700 0,900 1,100 1,300 1,500
1 2 3 4 5 6
Turbidity, NTU
Dosis Flokulan, ppm
pembentukan partikel flok salah satunya dipengaruhi oleh interaksi antar molekul yang dihasilkan dari proses agitasi (pengadukan). Pengaruh waktu flokulasi terhadap turbidity (kekeruhan) air limbah dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Pengaruh Waktu Flokulasi terhadap Turbidity Air Limbah Sumber: Data Percobaan, 2022
Dari Gambar 6 dapat diketahui bahwa nilai turbidity (kekeruhan) terendah diperoleh setelah dilakukan proses flokulasi selama 20 menit yaitu 0.91 NTU dengan % removal turbidity sebesar 98.33%.
Waktu flokulasi tersebut terbaik karena memiliki peluang semakin besar terjadinya kontak antara flokulan dengan kontaminan air limbah. Penambahan waktu flokulasi tidak lagi dapat memperbesar penyisihan kekeruhan (turbidity) air limbah karena penambahan waktu flokulasi akan menurunkan efektifitas flokulan, di mana hal tersebut diindikasikan dengan waktu flokulasi yang semakin lama maka nilai kekeruhan (turbidity) yang dihasilkan semakin besar karena flok yang sudah terbentuk menjadi rusak dan pecah [15].
Hal tersebut juga selaras dengan percobaan yang telah dilakukan oleh Regita Nurul Anggraeni pada tahun 2020, yang menyatakan bahwa waktu detensi optimum pada proses flokulasi menggunakan prototipe skala laboratorium adalah 19.7 menit (± 20 menit). Di mana waktu detensi tersebut dapat menurunkan tingkat kekeruhan (turbidity) pada air baku dari 41-60 NTU menjadi 10 NTU dibandingkan dengan waktu detensi 12 menit, 25,7 menit, dan 42,5 menit yang hanya mampu menurunkan turbidity air baku menjadi 10.4 NTU, 13 NTU, dan 12.1 NTU [16].
Dari rangkaian percobaan jar test yang telah dilakukan, diperoleh jenis koagulan PAC terbaik serta kombinasi optimum dari dosis koagulan, dosis flokulan, dan waktu flokulasi, sebagai berikut:
1. Jenis Koagulan = PAC A 2. Dosis Koagulan PAC = 200 ppm 3. Dosis Flokulan PAC = 4 ppm 4. Waktu Flokulasi = 20 menit
Air limbah hasil pengolahan pada kondisi optimum tersebut kemudian dianalisis pH, temperatur, dan turbidity (kekeruhan). Kualitas air limbah yang diperoleh pada kondisi optimum jar test dibandingkan dengan kualitas air limbah inlet IPAL dan outlet bak sedimentasi pertama pada pengolahan primer IPAL Kawasan Industri ABC disajikan pada Tabel 11.
Tabel 11. Perbandingan kualitas air limbah hasil percobaan terbaik pada jar test dibandingkan dengan kualitas air limbah eksisting IPAL
No. Parameter Unit Hasil Pengujian
Inlet IPAL Outlet Bak Sedimentasi Pertama
Hasil Percobaan Jar Test
1. pH - 8.20 7.30 7.94
2. Temperatur 0C 31.3 31.2 27.6
3. Turbidity NTU 54.6 23.65 0.91
Sumber : Data Percobaan, 2022
Dari Tabel 11 dapat diketahui bahwa proses koagulasi dan flokulasi memberikan dampak terhadap penurunan kekeruhan (turbidity) air limbah eksisting IPAL Kawasan Industri ABC. Konsentrasi kekeruhan (turbidity) awal air limbah sebelum dilakukan proses koagulasi dan flokulasi adalah 54.6 NTU, setelah dilakukan proses koagulasi dan flokulasi pada kondisi optimum, kekeruhan (turbidity) air limbah mengalami penurunan sebesar 98.33% menjadi 0.91 NTU. Turbidity (kekeruhan) pada hasil optimum jar test memiliki nilai yang lebih baik jika dibandingkan dengan nilai turbidity (kekeruhan) pada outlet bak
0,91
1,84
1,69 1,72
1,56
1,75
0,50 1,00 1,50 2,00
20 25 30 35 40 45
Turbidity, NTU
Dosis Koagulan, ppm
sedimentasi pengolahan primer IPAL Kawasan Industri ABC yang hanya mampu menurunkan kadar kekeruhan (turbidity) air limbah sebesar 56.68% menjadi 23.65 NTU.
Evaluasi Biaya pengolahan Air Limbah pada Proses Koagulasi dan Flokulasi
Pengolahan air limbah dengan proses koagulasi dan flokulasi membutuhkan biaya yang cukup besar apabila tidak dilakukan dengan tepat, mengingat harga bahan-bahan kimia koagulan dan flokulan untuk mengolah air limbah tersebut sangatlah mahal, sehingga dibutuhkan suatu proses yang optimum agar dihasilkan proses pengolahan air limbah yang efektif dan efisien. Harga dan penggunaan dosis bahan-bahan kimia pada proses koagulasi dan flokulasi di primary treatment proses pengolahan air limbah Kawasan Industri ABC ditampilkan pada Tabel 12.
Tabel 12. Harga dan Penggunaan Dosis Bahan-bahan Kimia di Primary Treatment Proses Pengolahan Air Limbah Kawasan Industri ABC
No. Bahan Kimia Harga Bahan Kimia (IDR/kg)
Dosis Penggunaan Bahan Kimia (ppm) Kondisi Eksisting Hasil Jar Test
1. Koagulan 7,500 350 200
2. Flokulan 68,500 8 4
3. NaOH 8,000 200 0
Sumber : Data Perusahaan Kawasan Industri ABC, 2021 dan Data Percobaan, 2022
Berdasarkan data pada Tabel 12 dan setelah dilakukan perhitungan menggunakan Persamaan 2.2 dapat ditentukan estimasi/besar biaya pengolahan air limbah pada proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1) di IPAL Kawasan Industri ABC sesuai pada Tabel 13.
Tabel 13. Biaya Pengolahan Air Limbah pada Proses Koagulasi dan Flokulasi (Kimia 1) di IPAL Kawasan Industri ABC
No. Bahan Kimia Penggunaan Bahan Kimia (kg/hari) Biaya pengolahan Air Limbah (IDR/m3 per hari)
Kondisi Eksisting Hasil Jar Test Kondisi Eksisting Hasil Jar Test
1. Koagulan 1,103 630 2,626 1,500
2. Flokulan 25 13 548 274
3. NaOH 630 0 1,600 0
Biaya Pengolahan Air Limbah 4,773 1,774
Sumber : Data Percobaan, 2022
Penggunaan bahan kimia (kg/hari) pada Tabel 13 diperoleh dari perkalian antara dosis penggunaan bahan kimia (ppm) dengan debit air limbah yang diolah (m3/hari) pada IPAL Kawasan Industri ABC, di mana data debit air limbah yang diolah didasarkan pada rata-rata debit harian dari tanggal 19 November 2022 s/d 27 November 2022 yaitu sebesar 3151 m3/hari. Berdasarkan hasil perhitungan pada Tabel 13, dapat diketahui bahwa besar biaya pengolahan air limbah pada proses koagulasi dan flokulasi (kimia 1) di IPAL Kawasan Industri ABC setelah dilakukan optimasi menggunakan metode jar test dapat diturunkan sebesar 62.83% dari 4,773 IDR/m3 air limbah diolah per hari menjadi 1,774 IDR/m3 air limbah diolah per hari.
4. Kesimpulan
Koagulan PAC A adalah koagulan yang lebih efektif untuk menurunkan kadar kekeruhan air limbah (turbidity) jika dibandingkan dengan koagulan PAC B karena koagulan PAC A menghasilkan nilai % removal turbidity yang lebih tinggi. Kombinasi optimum yang diperoleh dari rangkaian percobaan jar test adalah 200 ppm untuk dosis koagulan, 4 ppm untuk dosis flokulan, dan 20 menit untuk waktu flokulasi.
Turbidity (kekeruhan) air limbah mengalami penurunan sebesar 98.33% dari 54.6 NTU menjadi 0.91 NTU, nilai tersebut lebih baik jika dibandingkan dengan turbidity (kekeruhan) air limbah pada eksisting outlet bak sedimentasi pertama IPAL Kawasan Industri ABC yang hanya mampu menurunkan kadar turbidity (kekeruhan) sebesar 56.68% menjadi 23.65 NTU. Biaya pengolahan air limbah dapat diturunkan sebesar 62.83% dari 4,773 IDR/m3 air limbah diolah per hari menjadi 1,774 IDR/m3 air limbah diolah per hari.
5. Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih kepada seluruh civitas akademika Universitas Presiden yang telah memberikan dukungan, semangat, wawasan, serta keahlian yang mana hal tersebut sangatlah membantu dalam penelitian ini. Semoga penelitian ini bermanfaat dan dapat dijadikan sebagai sumber informasi bagi
pembaca mengenai pokok bahasan yang diangkat. Saran dan kritik sangat diperlukan untuk perbaikan selanjutnya.
6. Singkatan
IPAL Instalasi Pengolahan Air Limbah
PAC Poly Aluminium Chloride
pH Potential of Hydrogen
7. Referensi
[1] P. Sitogasa, R. Novembrianto, and E. Hidayah, “Perencanaan IPAL Kawasan Industri Di Jawa Tengah,” ESEC Teknik Lingkungan UPN Veteran Jawa Timur, vol. 2, no. 1, 2021.
[2] H. Khalid, “3 Karakteristik Air Limbah yang Dapat Mencemari Lingkungan,” Indonesia Environment & Energy Center (IEC). Aug. 12, 2020.
[3] A. Rianto, “Efek Negatif Limbah Industri yang Tidak Diolah,” ISW Group. Oct. 03, 2019.
[4] D. Flora Mariyne Wongso Diharjo, Jannie, W. Sekti Retno Permatasari, and T. Wikaningrum,
“Comparison of Coagulant Dose (Poly Aluminum Chloride) Use in The Water Treatments Process of Kalimalang River,” Serambi Engineering, vol. VII, no. 1, Jan. 2022.
[5] D. P. Harudyawati, “Pengelolaan Ipal Komunal yang Berkelanjutan di Dusun Sengkan, Sleman, Yogyakarta,” TUGAS AKHIR, 2016.
[6] R. Afdal and Fadhilah, “Optimasi Penggunaan Koagulan PC300 dan Flokulan A100 untuk Proses Pengolahan Air Limbah Tambang di WWTP01 PT. Mitrabara Adiperdana,Tbk,” Jurnal Bina Tambang, vol. 5, no. 1, 2018.
[7] “Standar Nasional Indonesia 19-6449-2000 tentang Metode Pengujian Koagulasi - Flokulasi dengan Cara Jar.”
[8] N. I. P. Ariase and T. Wikaningrum, “Optimization of Coagulation and Flocculation in Concrete Wastewater of Precast Industry,” Journal of Environmental Engineering and Waste Management, vol. 6, no. 1, pp. 58–70, Apr. 2021, doi: 10.33021/jenv.v6i1.1422.
[9] R. Mayasari, “Pengaruh Kualitas Air Baku Terhadap Jenis Dan Dosis Koagulan,” Jurnal Ilmiah Teknik Industri, vol. 1, no. 2, 2016, doi: https://doi.org/10.32502/js.v1i2.1001.
[10] R. Susanto, “Optimasi Koagulasi - Flokulasi dan Analisis Kualitas Air Pada Industri Semen,”
SKRIPSI, pp. 18–18, 2008.
[11] J. C. Crittenden, R. R. Trussel, D. W. Hand, K. J. howe, and george Tehobanoglous, “Water Treatment Principles and Design (third edition),” in MWH’s Water Treatment, Hoboken, NJ, USA:
John Wiley & Sons, Inc., 2012, pp. 1869–1901. doi: 10.1002/9781118131473.index.
[12] “Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 Tentang Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Dan Persyaratan Kesehatan Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi, Kolam Renang, Solus Per Aqua, Dan Pemandian Umum.”
[13] W. A. Nugroho, “Optimasi penggunaan Koagulan Pada Pengolahan Air Limbah Batubara,”
SKRIPSI, 2009.
[14] M. D. Andriansyah, “Potensi Bahan Koagulan Pac (Poly Aluminium Chloride) Untuk Beberapa Sungai Di Wilayah Yogyakarta,” SKRIPSI, Jun. 2020.
[15] D. Fitria, P. S. Komala, and D. vendela, “Pengaruh Waktu Flokulasi Pada Proses Koagulasi Flokulasi Dengan Biokoagulan Kelor Untuk Menyisihkan Kadar Besi Air Sumur,” Jurnal Reka Lingkungan, vol. 10, no. 2, pp. 165–174, 2022, doi: 10.26760/rekalingkungan.v10i2.165-174.
[16] R. Nurul Anggraeni, “The optimum of detention time on flocculation unit using a laboratory scale prototype,” Journal of Environmental Engineering and Waste Management, vol. 05, no. 02, pp.
101–112, Oct. 2020, doi: 10.33021/jenv.
