Program Studi Teknik Lingkungan
Nama Mata Kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum
Jumlah SKS 3
Pengajar 1. Prof. Dr. Ir. Mary Selintung, MSc. 2. Dr. Eng. Ir. Hj. Rita Tahir Lopa, MT 3. Ir. Achmad Zubair, MSc.
4. Dr. Eng. Bambang Bakri, ST., MT. 5. Roslinda Ibrahim, SP., MT
Sasaran Belajar
Setelah lulus mata kuliah ini mahasiswa mampu membuat perencanaan dan perancangan bangunan pengolahan air minum
Mata Kuliah Prasyarat Penyediaan Air Minum
Deskripsi Mata Kuliah
Mata Kuliah bangunan pengolahan air Minum merupakan mata kuliah yang diwajibkan bagi mahasiswa semester VI yang telah mengikuti materi perkuliahan penyediaan air minum. Materi perkuliahan mencakup pembahasan mengenai pengertian dan metode perencanaan bangunan pengolahan air minum; penentuan kebutuhan air dan debit air baku, analisis kualitas air baku, perencanaan bangunan unit pengolahan: intake, prasedimentasi, koagulasi dan flokulasi, sedimentasi, filtrasi, disinfeksi, pengolahan lumpur, reservoir dan pengolahan lumpur.
DISINFEKSI
I PENDAHULUAN
1.1 CAKUPAN ATAU RUANG LINGKUP MATERI PEMBELAJARAN Materi pembahasan pada pertemuan ke-13 (tigabelas) ini adalah:
Tinjauan Umum Disinfeksi secara fisik Disinfeksi secara kimia Kriteria desain
1.2 SASARAN PEMBELAJARAN
Setelah mengikuti pertemuan ini mahasiswa diharapkan mampu memahami dan menjelaskan perbedaan disinfeksi secara fisik dengan secara kimia serta kiteria desain disinfeksi.
1.3 PRILAKU AWAL MAHASISWA
Sebaiknya mahasiswa telah mengetahui dan memahami materi pembahasan pada perkuliahan sebelumnya, agar dapat mengikuti pembahasan materi pada pertemuan ini dengan baik.
1.4 MANFAAT
Manfaat yang diperoleh setelah mengikuti pertemuan ini adalah meningkatkan pengetahuan mahasiswa mengenai diinfeksi, termasuk didalamnya disinfeksi secara fisik, secara kimia dan kiteria desain disinfeksi. 1.5 URUTAN PEMBAHASAN
Materi pembahasan dimulai dengan pengetahuan mengenai tinjauan umum. Kemudian materi pembahasan selanjutnya mengenai diinfeksi secara fisik dan kimia. Terakhir pembahasan mengenai kriteria desain.
1.6 PETUNJUK BELAJAR
Mahasiswa diharapkan membaca isu terkait pada media massa yang menambah wawasan secara umum. Membaca bahan yang akan dikuliahkan pada minggu berikut agar dapat lebih siap dan dapat didiskusikan pada pertemuan berikut.
3
II PENYAJIAN
2.1 UMUM
Disinfeksi merupakan proses untuk membebaskan air minum dari mikroorganisme patogen dengan cara memutuskan rantai antara Manusia dengan bibit penyakit melaui media air. Metoda disinfeksi, secara umum ada dua, yaitu cara fisik dan cara kimiawi. Disinfeksi secara fisik adalah perlakuan fisik terhadap mikroorganisme, yaitu panas dan cahaya yang mengakibatkan matinya mikroorganisme akibat perlakuan fisik tersebut. Air panas hingga titik didihnya akan merusak sebagian besar bakteri. Sinar matahari mempunyai sinar ultra violet yang cukup berperan dalam mematikan mikroorganisme.
Disinfeksi secara kimiawi adalah memberikan bahan kimia ke dalam air sehingga terjadi kontak antara bahan tersebut dengan mikroorganisme yang berakibat matinya mikroorganisme. Beberapa bahan kimia untuk disinfeksi yang umum adalah klor dan senyawanya, brom, iodine, ozone, fenol dan senyawa fenolat, alkohol, logam berat dan senyawa yang berkaitan, bahan pewarna, sabun dan deterjen sintetis, senyawa ammonium kuarter, hidrogen peroksida dan beberapa basa dan asam. Dari bahan-bahan kimia diatas, klor dan ozone yang paling umum digunakan dalam disinfeksi air minum.
Bahan yang akan digunakan untuk disinfeksi harus memenuhi persyratan sebagai berikut:
Dapat membunuh berbagai jenis dan populasi pathogen di dalam air pada waktu dan suhu tertentu
Tidak bersifat racun terhadap manusia dan mahluk hidup lain
Murah, metode penyimpanan serta pembubuhan mudah dan aman Mudah dianalisa dan dideteksi
4 2.2 DISINFEKSI SECARA FISIK
1. Pemanasan
Pemanasan dengan waktu pendidihan selama 15 – 20 menit dapat membunuh bakteri pathogen tidak untuk bakteri pembentuk spora dan menurunkan kesadahan sementara dalam air.
2. Radiasi Ultra Violet
Radiasi sinar ultra violet dapat digunakan untuk disinfeksi air minum. Sumber sinar ultra violet yang bisa digunakan adalah lampu mercury tekanan rendah. Lampu mercury menghasilkan sekitar 85% output cahaya monokrom pada panjang gelombang 253,7 nm, yang berada pada rentang optimum (250 - 270 nm) untuk mematikan mikroorganisme. Untuk menghasilkan energi ultra violet, lampu mengandung uap mercury. Energi dibangkitkan dengan eksitasi uap mercury menghasilkan emisi sinar ultra violet. Radiasi ultra violet dengan panjang gelombang sekitar 254 nm mempenetrasi dinding sel mikroorganisme dan diabsorpsi oleh bahan seluler termasuk DNA (deoxyribonucleic acid) dan RNA (ribonucleic acid), sehingga menghalangi replikasi atau menyebabkan kematian sel.
Tabel 12.1 Keuntungan dan kerugian Ultraviolet sebagai disinfektan
Sumber: Qasim, et al. (2000)
Desinfeksi dengan UV akan efektif apabila :
Tidak terdapat zat yang dapat mengabsorbsi sinar (senyawa fenol, aromatik/LAS)
Zat yang tersuspensi
5 2.3 DISINFEKSI SECARA KIMIA
Bahan pengoksidasi/oksidan yang dapat digunakan adalah:
Kelompok halogen, klorin (paling efektif), bromin dan iodin (kolam renang) Ozon (terkuat, mahal tanpa meninggalkan sisa untuk pengaman jaringan) KMnO4 dan H2O2 (Digunakan di rumah sakit)
Ion logam Ag (perak) (efektif untuk bakteri)
CuSO4 efektif untuk ganggang bukan untuk bakteri
Teknologi desinfeksi dengan bahan kimia, tergantung pada : Jenis bakteri
Kadar desinfektan
Kondisi air yang didensinfeksi dan pH Waktu kontak
Desinfeksi yang paling efektif adalah klorin, HOCl dan OCl- (Klor bebas) dibanding dengan Klor terikat NH2Cl, NHCl3 dan NCl3 pada pH tertentu.
1. Klorinasi
Klor merupakan bahan yang paling umum digunakan sebagai disinfektan karena efektif pada konsentrasi rendah, murah dan membentuk sisa klor jika diterapkan pada dosis yang mencukupi. Beberapa faktor penting yang mempengaruhi efisiensi disinfeksi dengan klor adalah:
Kekuatan dari desinfektan Konsentrasi dari desinfektan Temperatur Pengadukan Reaksi breakpoint Waktu kontak Karakteristik air Karakteristik mikroorganisme pH
6 Senyawa klor yang umum digunakan adalah gas klor (Cl2), kalsium
hipoklorit (Ca(OCl)2), sodium hipoklorit (NaOCl) dan klor dioksida (ClO2). Reaksi
klorinasi :
Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl
(HOCl) (H+) (Cl-)/(Cl2) = Kh = 4,5 x 10 (mole/L) pada 25 ºC ...(1)
Dosis klor adalah jumlah klor yang ditambahkan pada air untuk menghasilkan residu spesifik pada akhir waktu kontak. Hasil sisa (residu) adalah dosis dikurangi kebutuhan klor yang digunakan oleh komponen dan materi organik yang ada dalam air. Dosis klor yang dibutuhkan pada proses pengolahan ditentukan dengan uji laboratorium atau pilot plant. Dosis klor dapat bervariasi tergantung pada kualitas air, temperatur dan kondisi iklim yang lain. Umumnya, dosisnya berada pada rentang 0,2 sampai 4 mg/L. Tabel berikut menunjukkan dosis klor yang dianjurkan.
Tabel 13.2 Dosis Klor yang Diperlukan untuk Disinfeksi
Sumber: Qasim et al. (2000).
Reduksi klorin dan oksidasi amoniak terjadi pada perbandingan molar klorin dan amoniak > 1 dan reaksi akan sempurna pada saat perbandingannya mencapai 2 yang menyebabkan kedua zat atau senyawa hilang dari larutan (BreakPoint Chlorination/BPC). BPC terjadi pada titik dimana kedua zat atau senyawa hilang pada air yang mengandung amoniak yang diberi zat
7 desinfektan klor. BPC maksimum terjadi pada pH 6,5 – 8,5 dengan waktu kontak lebih dari 30 menit
Gambar 13.1 Grafik klorinasi dengan breakpoint
Deklorinasi diperlukan apabila jumlah klor yang dibubuhkan berlebih, menghilangkan bau dan rasa. Metode yang digunakan antara lain:
Penambahan agen reduksi (SO2, NaHSO3, Na2SO3) Reaksi :
SO2 + 2 H2O + Cl2 => H2SO4 + 2 HCl NaHSO3 + Cl2 + H2O => NaHSO4 + 2 HCl 2 Na2S203 + Cl2 => Na2S406 + 2 NaCl C + 2 Cl2 + 2 H2O => CO2 + 4 HCl Karbon aktif
Aerasi 2. Ozone
Ozone merupakan oksidan kuat berbentuk gas berwarna biru yang berbau tajam dan merupakan bentuk tidak stabil dari oksigen yang terdiri dari tiga atom O (rumus kimia ozone adalah O3). Ozone dihasilkan dari oksigen
yang dilewatkan pada listrik bertegangan tinggi dalam udara kering. Reaksinya adalah:
O2 + 2e- 2O-
O + O2 O3
8
Gambar 13.2 Skema sel pembentukan ozone
Reaksi ini merupakan reaksi reversible, sekali ozone terbentuk, akan terurai menjadi oksigen. Reaksi reversible ini terjadi di atas suhu 35oC. Oleh karena itu, diperlukan peralatan sistem pendingin pada sistem penghasil ozon. Energi yang dibutuhkan untuk menghasilkan ozone adalah 0,82 kW-h per kg ozone.
Pemakaian ozone dalam pengolahan air minum yang paling umum adalah untuk disinfeksi terhadap bakteri dan virus. Dosis ozone sebesar 0.4 mg/l dalam waktu 4 menit (faktor waktu kontak (CT) = 1.6) direkomendasikan untuk menghilangkan bakteri patogenik dan polivirus. Faktor CT sebesar 2 diperlukan untuk menjamin penghilangan total Giardia cysts.
Disinfeksi dengan ozone membutuhkan air input yang bebas dari mangan terlarut (Mn2+). Jika terdapat kandungan Mn2+ lebih besar dari 0,03 mg/l, ozone akan mengoksidasi mangan menjadi Mn(VII) yang berwarna jingga kecoklatan sebagai akibat presipitasi MnO2. Karena itu diperlukan
pengecekan warna air input yangberhubungan dengan kandungan bahan organik agar tidak menghasilkan presipitasi setelah ozonasi.
Ozone sebagai oksidan yang sangat reaktif, dalam proses ozonasi akan langsung membunuh mikroorganisme karena merusak dinding sel (lisis). Ozonasi tidak menghasilkan padatan terlarut dan tidak dipengaruhi oleh ion ammonium atau pengaruh pH dalam proses.
9
Gambar 13.3 Bak kontak ozone
Pada reaksi itu terbentuk radikal bebas, HO2 dan HO, yang mempunyai
kekuatan oksidasi besar dan merupakan bentuk yang aktif dalam proses disinfeksi. Radikal bebas ini juga mempunyai kekuatan oksidasi untuk bereaksi dengan pengotor lain dalam larutan.
Bila ozone masuk ke dalam air, akan terjadi dua kemungkinan, yaitu oksidasi langsung yang berlangsung lambat dan selektif, dan auto-dekomposisi menjadi radikal hidroksil yang berlangsung cepat. Auto-dekomposisi dipercepat oleh adanya radikal hidroksil, radikal organik, hidrogen peroksida, sinar ultra violet, atau ion hidroksida dalam konsentrasi tinggi. Radikal hidroksil dapat mengoksidasi organik dengan cepat dan tidak selektif. Oksidasi langsung akan terjadi bila pH air rendah dan auto dekomposisi akan terjadi bila pH air tinggi.
Ozone bereaksi dengan senyawa anorganik seperti ion nitrat, besi, mangan, sulfida, dan amonium. Oksidasi substansi anorganik ini dengan prosese ozonisasi sangat cepat dan lengkap. Ozone, sebagai oksidan yang kuat dan efektif, merusak banyak senyawa organik penyebab warna, rasa, dan bau dalam air minum. Oleh karena itu, ini secara luas digunakan untuk mengendalikan rasa dan bau, menyisihkan warna dan menyisihkan besi dan mangan.
Ozone juga bereaksi dengan bahan organik alami (NOMs=natural
10 pestisida. Ozon menguraikan senyawa organik menjadi jenis molekul yang lebih rendah, seperti aldehid dan keton.
Keuntungan dan kerugian ozone dalam pengolahan air minum tercantum pada Tabel berikut 12.3, Sedangkan perbandingan berbagai bahan kimia sebagai disinfektan dapat dilihat pada Tabel 12.4,
Tabel 13.3 Keuntungan dan Kerugian Ozone sebagai Disinfektan
Sumber: Qasim et al. (2000).
2.4 KRITERIA DESAIN
1. Jenis densifektan yang digunakan:
Gas klor (Cl2), kandungan klor aktif minimal 99%
Kaporit atau kalsium hipoklorit (CaOCl2 ) x H2O kandungan klor aktif (60 — 70) %
Sodium hipoklorit (NaOCl), kandungan klor aktif 15%
2. Dosis klor ditentukan berdasarkan dpc yaitu jumlah klor yang dikonsumsi air besarnya tergantung dari kualitas air bersih yang di produksi serta ditentukan dari sisa klor di instalasi (0,25 – 0,35) mg/l.
11
III PENUTUP
3.1 RANGKUMAN
Disinfeksi merupakan proses untuk membebaskan air minum dari mikroorganisme patogen dengan cara memutuskan rantai antara Manusia dengan bibit penyakit melaui media air.
Metoda disinfeksi ada dua, yaitu cara fisik dan cara kimiawi. Disinfeksi secara fisik adalah perlakuan fisik terhadap mikroorganisme, yaitu panas dan cahaya yang mengakibatkan matinya mikroorganisme. Sedangkan disinfeksi secara kimiawi adalah memberikan bahan kimia ke dalam air sehingga terjadi kontak antara bahan tersebut dengan mikroorganisme yang berakibat matinya mikroorganisme
3.2 SOAL TES FORMATIF
Untuk mengetahui tingkat penguasaan pengetahuan yang diperoleh mahasiswa, maka dosen sebagai fasilitator memberikan tes formatif berupa pertanyaan sebagai berikut:
1. sebutkan syarat bahan yang digunakan untuk filtrasi ! 2. Jelaskan perbedaan disifeksi fisik dengan disinfeksi kimia ! 3.3 UMPAN BALIK
Diskusi dan memberikan pertanyaan untuk memonitor penerimaan mahasiswa akan bahan kuliah yang disajikan.
3.4 DAFTAR PUSTAKA
Hamer, Mark J. 1975, Water and Waste Water Technology, John Wiley & sons, Inc.
Masduki, A. (2009), Bahan Ajar Mata Kuliah Pengolahan Air Minum, Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP, ITS Surabaya.
Qasim, S.R., Motley, E.M., dan Zhu, G. (2000), Water Work Engineering: Planning,
Design & Operation, Prentice Hall PTR, Texas.
Standar Nasional Indonesia (SNI) 6774: 2008 tentang Tata cara perencanaan unit paket instalasi pengolahan air, Badan Standarisasi Nasional.
