SKRIPSI
PENGOLAHAN AIR TANAH DENGAN PROSES
MICRO BUBBLE GENERATOR
O l e h :
REZA SURYA NUGRAHA
1052010007
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” J ATIM
SURABAYA
PENGOLAHAN AIR TANAH DENGAN PROSES
MICRO BUBBLE GENERATOR
SKRIPSI
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik (ST.)
Program Studi Teknik Lingkungan.
Oleh :
REZA SURYA NUGRAHA
1052010007
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “VETERAN” J ATIM
SURABAYA
PENGOLAHAN AIR TANAH DENGAN PROSES
MICRO BUBBLE GENERATOR
oleh :
REZA SURYA NUGRAHA
1052010007
Telah Dipertahankan Dihadapan dan Diterima Oleh Tim Penguji Skripsi Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Program Studi Teknik Lingkungan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur Pada Tanggal : ...2014
Pembimbing I Penguji I
Ir. Putu Wesen, MS.
NIP. 19520920 198303 1 00 1 Ir. Tuhu Agung Rachmanto, MT.
NIP. 19620501 198803 1 00 1 Penguji II
Pembimbing II
Dr. Ir. Munawar Ali, MT. NIP. 19600401 198803 1 00 1
Penguji III Firra Rosariawari, ST. MT
NPT. 3 7504 04 0196 1
Okik Hendriyanto C., ST. MT. NPT. 3 7507 99 0172 1
Mengetahui,
Dekan Fakultas teknik Sipil dan Perencanaan UPN “Veteran” Jawa Timur
KATA PENGANTAR
Puji Syukur, Atas Kehadirat Tuhan Yang Maha Esa saya dapat
menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Pengolahan Air Tanah Dengan Proses
Micro Bubble Generator.
Adapun tujuan penyusunan skripsi ini adalah sebagai tanggung jawab
untuk memberikan hasil setelah secara langsung melakukan penelitian serta
sebagai salah satu usaha memenuhi salah satu syarat penting kelulusan mahasiswa
strata satu Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Pembangunan Nasional
“Veteran” Jawa Timur.
Selama menyelesaikan tugas ini, saya telah banyak memperoleh
bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, saya
mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Ir. Naniek Ratni J.A.R., Mkes. selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
2. Dr. Ir. Munawar Ali, MT selaku Ketua Program Studi Teknik Lingkungan.
3. Ir. Tuhu Agung Rachmanto, MT selaku Dosen Pembimbing I skripsi yang
selalu memberi waktu dan kesempatan untuk membimbing saya.
4. Firra Rosariawari, ST.MT selaku Dosen Pembimbing II yang membing
saya di dalam menjalankan penilitian.
5. Teruntuk orang tua tercinta yang selalu memberikan doa dan dukungan
disetiap waktu.
6. Bapak Afan yang telah membuatkan alat untuk penelitian yang saya
lakukan.
7. Teman – teman mahasiswa Teknik Lingkungan yang telah memberi
semangat dan dukungan.
8. Dosen Penguji yang telah banyak memberikan masukan dan tambahan.
9. Sahabat dan teman-teman yang selalu membantu dalam proses penelitian
di laboratorium riset.
Kepada para pembaca, kritik dan sarannya yang membangun akan kami
terima demi perbaikan penulisan seperti kata pepatah tiada gading yang tak retak
dan saya masih sangat menyadari bahwa tugas skripsi saya ini masih sangat jauh
dari kesempurnaan. Akhir kata, kami sampaikan terima kasih dan mohon maaf
yang sebesar-besarnya apabila di dalam penyusunan laporan ini terdapat kata-kata
yang kurang berkenan atau kurang dipahami oleh para pembaca.
Surabaya, 9 Oktober 2013
DAFTAR ISI
Kata Pengantar……….. i
Daftar Isi ………. . iii
Daftar Tabel ………. v
Daftar Gambar ………. vi
Intisari ... vii
Abstract ... viii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
I.1 Latar Belakang ... 1
I.2 Perumusan Masalah ... 2
I.3 Tujuan Penelitian ... 2
I.4 Manfaat Penelitian ... 2
I.5 Ruang Lingkup ... 2
BAB II TINJ AUAN PUSTAKA ... 4
II.1 Tinjauan Umum ... 4
II.1.1 Aerasi ... 9
II.1.2 Oksigen Terlarut/dissolved oxygen (DO) ... 14
II.1.3 Besi/Ferrum (Fe) ... 15
II.1.4 Mangan/manganese (Mn) ... 16
II.2 Landasan Teori ... 17
II.2.1 Micro Bubble Generator (Spherical Ball) ... 17
II.2.2 Prinsip Kerja Micro Bubble Generator Metode Spherical Ball ... 17
II.2.3 Teori Mekanika Fluida ... 19
BAB III METODE PENELITIAN ... 23
III.1. Kerangka Penelitian ... 23
III.3. Cara Kerja ... 26
III.4. Variabel ... 26
III.5. Analisis ... 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28
IV.1. Hasil Penelitian ... 28
IV.2. Pembahasan ………. 32
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 35
V.1 Kesimpulan ... 35
V.2 Saran ... 35
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Ion-ion yang terdapat di perairan ... 5
Tabel 2.2 Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990 .. 7
Tabel 2.3 Konsentrasi Oksigen Terlarut Jenuh Pada Tekanan 760mmHg ... 11
Tabel 2.4 Tekanan Uap Air Yang Berkontak Dengan Udara ... 12
Tabel 4.1 Pengaruh Rasio Debit Air Dengan Tekanan Udara Terhadap
Peningkatan Oksigen Terlarut ... 29
Tabel 4.2 Nilai Kandungan Besi (Fe) Setelah Proses Aerasi Terbaik ………... 31
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konstruksi Micro Bubble Generator Type Spherical Ball ... 18
Gambar 2.2 a) Aliran Pipa ... 19
b) Aliran Kanal-Terbuka... 19
Gambar 2.3 Ilustrasi Jenis Aliran ... 20
Gambar 2.4 Grafik Tekanan Pengukuran Dan Tekanan Mutlak... 22
Gambar 3.1 Bagan Kerangka Penelitian ………. 23
Gambar 3.2 Bagan Alur Percobaan………....…………... 24
Gambar 3.3 Mekanisme Proses Aerasi ………. 25
Gambar 3.4. Detail Micro Bubble Generator Type Spherical Ball ……… 25
Gambar 4.1 Grafik Hubungan Antara Variabel Dengan Respon Berbagai Variabel ………. 30
INTISARI
Air sumur yang berlokasi di Perumahan Sedati Agung Sidoarjo, menjadi
media untuk proses penambahan oksigen terlarut dengan proses aerasi. Proses
aerasi menggunakan micro bubble generator yang menghasilkan gelembung-gelembung kecil yang akan efektif dalam proses injeksi udara. Hasil dari
penambahan oksigen pada air sumur diujikan untuk mengetahui persentase (%)
penurunan besi (Fe) dan mangan (Mn) dari pengolahan dengan variasi waktu
sampling.
Penelitian dilakukan dengan menggunakan bak kontak berbentuk balok,
suplay air dari pompa air dengan suction head 9 meter dan discharge head 24
meter dan total head 33 meter dengan 220 volt/50hz/1HP dan 2850 RPM.
Sedangkan suplay injeksi udara menggunakan kompresor yang mempunyai
volume 7 liter dan 220 volt/0,75HP/2850 RPM. Dengan variasi waktu sampling
dari 5 menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 60 menit dan 90
menit. Kemudian alat ukur oksigen terlarut menggunakan DO meter dan hasil
terbaik selanjutnya dianalisis di laboratorium untuk diketahui penurunan dari
masing-masing perlakuan.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa jumlah oksigen terlarut naik dari
sampel awal sampai waktu sampling akhir. Lama waktu efektif yang terbaik untuk
menaikkan jumlah oksigen terlarut pada waktu sampling 5 menit sampai 15 menit.
Sedangkan pada waktu sampling 20 menit sampai dengan 90 menit adalah titik
jenuh dari proses aerasi dengan menggunakan micro bubble generator.
ABSTRACT
Water wells are located in the Housing Sedati Agung Sidoarjo, a media to
the process of adding dissolved oxygen to the aeration process. Aeration process
using micro bubble generator that produces small bubbles that will be effective in the air injection process. The results of the addition of oxygen in the water wells
tested to determine the percentage (%) decrease in iron (Fe) and manganese (Mn)
of the processing time of sampling variation.
Research was conducted by using a tub-shaped box beams, the supply of
water from the water pump with a suction head of 9 meters and 24 meters
discharge head and total head of 33 meters with 220 volt/50hz/1HP and 2850
RPM. While the supply of air injection using a compressor that has a volume of 7
liters and 220 volts / 0.75 HP/2850 RPM. With the variation of the sampling time
of 5 minutes, 10 minutes, 15 minutes, 20 minutes, 25 minutes, 30 minutes, 60
minutes and 90 minutes. Then the dissolved oxygen measuring devices using the
DO meter and the best results were then analyzed in the laboratory to note the
decline of each treatment.
The results showed that the amount of dissolved oxygen increased from
the initial sample to the end of the sampling period. The length of time that is best
effective to increase the amount of dissolved oxygen at the sampling time 5
minutes to 15 minutes. While the sampling time 20 minutes to 90 minutes is the
saturation point of the aeration process using micro bubble generator.
BAB I
PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Air adalah salah satu komponen utama penunjang kehidupan seluruh
makhluk hidup. Pencemaran dan penurunan kualitas air karena peningkatan
aktivitas manusia akan berdampak membahayakan kelangsungan hidup berbagai
jenis biota air dan akan mengancam kehidupan manusia.
Sering dijumpai masalah bahwa kualitas air, khususnya 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 dan
menimbulkan bau yang kurang enak.
Salah satu metode untuk memperbaiki kualitas air adalah dengan
meningkatkan kadar oksigen dalam air. Micro Bubble Generator (MBG) jenis Spherical Ball adalah salah satu alat yang mampu melarutkan oksigen kedalam air melalui gelembung-gelembung udara ukuran mikro yang dihasilkannya.
Dari variabel yang dilakukan oleh Michio Sadatomi dkk. dihasilkan besar
gelembung 0,49mm dengan debit udara masuk 0,98lt/min dan besar gelembung
0,12mm saat debit udara masuk 0,24lt/min. Dari penelitian ini dapat dilihat bahwa
air dimasukkan ke dalam pipa inlet dengan memberikan tekanan pada air,
kemudian memberikan tekanan udara ke dalam pipa tersebut. Dari penelitian ini
dapat ditentukan persamaan kekekalan massa dan energi. Bahwa kecepatan air di
pipa outlet harus lebih besar daripada kecepatan air di pipa inlet. Sedangkan untuk
udara, jika tekanan kurang dari tekanan atmosfir maka udara akan otomatis
tersedot kedalam aliran air. Pada penelitian kedua yang dilakukan oleh Takahiro
Arakawa dkk. maka dapat disimpulkan bahwa sistem generator micro bubble
secara kontinyu dapat mencampur dan mengefisiensikan reaksi dengan cepat
untuk mencapai peningkatan kinerja dalam sistem mikrofluida. Diameter
gelembung berkisar antara 110 m sampai 220 m. Sedangkan untuk penelitian
2
dijelaskan bahwa generator micro bubble yang akurat dan tepat sangat penting
untuk micromachining Dalam penelitian ini, model mathematical telah
dikembangkan untuk memprediksi diameter alat micro bubble generator yang
dibuat. Dan dapat dibandingkan juga pada aerasi konvensional yaitu dengan cara
Spray Aerator dapat menghasilkan gelembung berdiameter 15-30mm. Maka alat
Micro Bubble Generator (MBG) akan digunakan untuk meremoval besi (Fe) dan mangan (Mn) dalam air sumur.
Dalam penelitian ini, kecepatan liquid harus selaras dengan kecepatan gas
untuk menghasilkan gelembung-gelumbung kecil. Untuk dapat menciptakan
gelembung yang baik dapat dilakukan dengan pengaturan debit menggunakan
valve, sedangkan pengaturan tekanan udara dapat diatur melalui pengaturan
kompresor.
I.2. Rumusan Masalah
Apakah alat Micro Bubble Generator (MBG) efektif untuk meningkatkan koefisien perpindahan massa oksigen.
I.3. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dilakukan penelitian ini adalah :
1.Mengetahui Micro Bubble Generator (MBG) tipe Spherical Ball
untuk meningkatkan oksigen terlarut.
2.Menurunkan kandungan besi (Fe) dan mangan (Mn) dalam air
tanah.
I.4. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dilakukan penelitian ini adalah :
1.Micro Bubble Generator ini dapat menjadi alternatif proses aerasi
yang lebih efektif daripada proses aerasi yang telah ada.
2.Menjadi metode alternatif dalam penurunan kandungan besi (Fe)
dan mangan (Mn) pada air tanah.
I.5. Ruang Lingkup
Untuk membatasi agar dalam penelitian masalah nantinya tidak
3
1.Penelitian dilakukan di laboratorium riset jurusan teknik
lingkungan fakultas teknik sipil dan perencanaan UPN “Veteran”
JATIM
2.Sampel yang digunakan berupa air sumur yang didapatkan di
daerah Sedati Agung Juanda.
3.Melakukan penelitian untuk mengetahui jumlah peningkatan
oksigen terlarut dan penurunan parameter besi (Fe) dan mangan
(Mn).
4.Hasil analisa oksigen terlarut dilakukan di laboratorium riset
jurusan teknik lingkungan fakultas teknik sipil dan perencanaan
UPN “Veteran” JATIM dan hasil analisa besi (Fe) dan mangan
(Mn) dilakukan di Balai Riset Dan Standardisasi Industri
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
II.1. Tinjauan Umum
Air merupakan kebutuhan pokok manusia sehari-hari, sehingga kualitas air
harus memenuhi syarat fisik, kimia, mikrobiologis dan radioaktifitas. Air
dibutuhkan untuk keperluan umum, sebagian air baku untuk menyediakan air
bersih diambil dari air tanah. Sumber air tanah di alam secara kuantitas relative
tetap karena melalui proses siklus hidrologi air. Namun demikian sering dijumpai
sumber tanah yang banyak mengandung unsure logam terutama besi (Fe) dan
mangan (Mn). Keberadaan unsure besi (Fe) dan mangan (Mn) dalam air tanah
pada umumnya dipengaruhi oleh struktur pembentuk lapisan batuan yang berada
di atasnya.
Dalam beberapa parameter fisik yang digunakan untuk menentukan
kualitas air meliputi suhu, kekeruhan, warna, daya hantar listrik, jumlah zat padat
terlarut, rasa dan bau.
a. Bau
Air yang bau dapat member petunjuk terhadap kualitas air, misalnya bau amis
dapat disebabkan oleh adanya algae dalam air tersebut. b. Jumlah zat padat terlarut
Padatan terlarut total (Total Dissolved Solid atau TDS) merupakan bahan-bahan terlarut (diameter < 10-6 mm) dan koloid (diameter 10-6 mm – 10-3 mm) yang
berupa senyawa-senyawa kimia dan bahan-bahan lain, yang tidak tersaring pada
kertas saring berdiameter 0,45 (Rao, 1992 dalam Effendi, 2003). TDS
biasanya disebabkan oleh bahan anorganik berupa ion-ion yang terdapat di
5
Tabel 2.1. Ion-ion yang terdapat di perairan
Ion Utama (Major Ion) (1,0 – 1000 mg/liter)
Ion Sekunder (Secondary Ion) (0,01 – 10 mg/liter)
1. Sodium (Na) 1. Besi (Fe) 2. Kalsium (Ca) 2. Strontium (Sr) 3. Magnesium (Mg) 3. Kalium (K) 4. Sulfat (SO4) 4. Karbonat (CO3) 5. Bikarbonat (HCO2) 5. Nitrat (NO3) 6. Klorida (Cl) 6. Fluorida (F)
7. Boron (B)
8. Silika (SiO2)
Sumber : Todd, 1970 dalam Effendi, 2003
c. Kekeruhan
Kekeruhan menggambarkan sifat optik air yang ditentukan berdasarkan
banyaknya cahaya yang diserap dan dipancarkan oleh bahan-bahan yang terdapat
didalam air. Kekeruhan disebabkan adanya bahan organik dan anorganik yang
tersuspensi dan terlarut (misalnya lumpur dan pasir halus), maupun bahan
anorganik dan organik yang berupa plankton dan mikroorganisme lain (APHA,
1976: Davis dan Cornwell, 1991 dalam Effendi 2003). Zat anorganik yang
menyebabkan kekeruhan dapat berasal dari pelapukan batuan dan logam,
sedangkan zat organik berasal dari lapukan hewan dan tumbuhan. Bakteri dapat
dikategorikan sebagai materi organic tersuspensi yang menambah kekeruhan air.
d. Rasa
Air minum biasanya tidak memberikan rasa (tawar). Air yang berasa
menunjukkan kehadiran berbagai zat yang dapat membahayakan kesehatan. Efek
yang dapat ditimbulkan terhadap kesehatan manusia tergantung pada penyebab
timbulnya rasa.
e. Suhu
Suhu sebaiknya sejuk atau tidak panas, agar tidak terjadi pelarutan zat kimia pada
saluran/pipa yang dapat membahayakan kesehatan, menghambat reaksi-reaksi
biokimia didalam saluran/pipa, mikroorganisme pathogen tidak mudah
6
Peningkatan suhu mengakibatkan peningkatan viskositas, reaksi kimia, evaporasi,
volatilisasi serta menyebabkan penurunan kelarutan gas dalam air (gas O2, CO2,
N2, CH4 dan sebagainya) (Haslam, 1995 dalam Effendi, 2003). Peningkatan suhu
juga menyebabkan terjadinya peningkatan dekomposisi bahan organik oleh
mikroba. Kisaran suhu optimum bagi pertumbuhan fitoplankton di perairan adalah
20 - 30 .
f. Warna
Air sebaiknya tidak berwarna untuk alasan estetika dan untuk mencegah
keracunan dari berbagai zat kimia maupun mikroorganisme yang berwarna.
Warna dapat menghambat penetrasi cahaya ke dalam air. Warna pada air
disebabkan oleh adanya partikel hasil pembusukan bahan organik, ion-ion metal
alam (besi dan mangan), plankton, humus, buangan industri, dan tanaman air.
Adanya oksida besi menyebabkan air berwarna kemerahan, sedangkan oksida
mangan menyebabkan air berwarna kecoklatan atau kehitaman. Kadar besi
sebanyak 0,3 mg/l dan kadarv mangan sebanyak 0,05 mg/l sudah cukup dapat
menimbulkan warna pada perairan (peavy et al., 1985 dalam Effendi, 2003).
g. DHL (Daya Hantar Listrik)
Daya hantar listrik (DHL) merupakan kemampuan suatu cairan untuk
menghantarkan arus listrik (disebut juga konduktivitas). DHL pada air merupakan
ekspresi numerik yang menunjukkan kemampuan suatu larutan untuk
menghantarkan arus listrik. Oleh karena itu, semakin banyak garam-garam terlarut
yang dapat terionisasi, semakin tinggi pula DHL. Besarnya nilai DHL bergantung
kepada kehadiran ion-ion anorganik, valensi, suhu, serta konsentrasi total maupun
relatifnya.
Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990 yang mengatur
tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air telah menetapkan standar baku
mutu air bersih yang menunjukkan suatu air bersih telah memenuhi persyaratan
kesehatan. Untuk logam besi (Fe) mempunyai standar baku mutu 1,0 mg/l.
Sedangkan untuk mangan (Mn) mempunyai standar baku mutu 0,5 mg/l. Apabila
7
memenuhi syarat dan harus dilakukan pengolahan sebelum dipakai untuk
keperluan sehari-hari terutama untuk dikonsumsi.
Berikut ini daftar tabel dengan standar baku mutu parameter yang lain
menurut Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990
Tabel 2.2. Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor 416/Menkes/Per/IX/1990
Persyaratan air minum Persyaratan air bersih Parameter Satuan Kadar
9
digunakan untuk mengurangi atau menurunkan kadar logam besi dan mangan
pada air. Dalam literatur banyak dijumpai istilah yang berkaitan dengan aerasi
yang tentunya pengertian dari literatur satu dengan yang lain belum tentu sama.
Pengertian-pengertian istilah aerasi dari masing-masing literatur secara umum
dapat didefinisikan sebagai berikut :
a. Menurut Scott (dalam Benefield, 1982)
Aerasi adalah suatu proses dimana air dibawa pada kontak langsung dengan udara
untuk mengubah konsentrasi substansi volatile yang terkandung dalam air.
b. Menurut O’Connor (dalam Benefield, 1982)
10
Sehingga pengertian aerasi disini dapat diartikan sebagai suatu proses dimana gas,
biasanya udara dan air berada di dalam suatu kontak antara satu dengan yang lain
dengan tujuan untuk memindahkan zat-zat yang mudah menguap dalam air. Dan
zat-zat yang mudah menguap tersebut meliputi oksigen, karbon dioksida,
nitrogen, hidrogen sulfida, methan, dan berbagai komponen anorganik yang
menyebabkan bau dan rasa dalam proses aerasi. (Popel, 1974)
Aerasi merupakan istilah lain dari transfer gas, lebih dikhususkan pada
transfer gas oksigen atau proses penambahan oksigen ke dalam air. Keberhasilan
proses aerasi tergantung pada besarnya nilai suhu, kejenuhan oksigen,
karakteristik air dan turbulensi air.
Fungsi utama aerasi dalam pengolahan air adalah melarutkan oksigen ke
dalam air untuk meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam air, dalam campuran
tersuspensi lumpur aktif dalam bioreaktor dan melepaskan kandungan gas-gas
yang terlarut dalam air, serta membantu pengadukan air (Awaluddin, 2007).
Dalam proses aerasi terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi
perpindahan oksigen, diantaranya sebagai berikut (Benefield, 1990) :
1. Suhu
Koefisien transfer gas (KLa) meningkat seiring dengan kenaikan suhu, karena suhu
dalam air akan mempengaruhi tingkat difusi, tegangan permukaan dan kekentalan
air. Kemampuan difusi oksigen meningkat dengan peningkatan suhu, sedang
tegangan permukaan dan kekentalan menurun seiring dengan kenaikan suhu.
2. Kejenuhan Oksigen
3. Konsentrasi jenuh oksigen (Cs) dalam air tergantung pada suhu dan tekanan
parsial oksigen yang berkontak dengan air. Secara teoritis konsentrasi oksigen
terlarut dalam air pada tekanan 760mmHg dapat diketahui melalui tabel 1
11
Tabel 2.3. Konsentrasi Oksigen Terlarut Jenuh Pada Tekanan 760 mmHg
Suhu DO
23 8,68 24 8,53 25 8,38 26 8,22 27 8,07 28 7,92 29 7,77 30 7,63
Sumber : Benefield, 1980
Dan nilai Cs pada tekanan barometrik dapat ditentukan dengan persamaan berikut
(Benefield, 1990) :
Cs = ( Cs )760 ……… [2.1]
P menyatakan tekanan barometrik dalam mmHg dan p menyatakan tekanan jenuh
uap air pada suhu air yang diaerasi. Tekanan jenuh uap air pada berbagai suhu
disampaikan pada tabel 2.
4. Karakteristik Air
Dalam praktek ada perbedaan nilai KLa untuk air bersih dengan KLa air limbah
yang mengandung materi tersuspensi, surfaktan (detergen) dalam larutan dan
perbedaan temperatur. Faktor-faktor ini juga mempengaruhi nilai Cs.
5. Turbulensi Air
Turbulensi akan menurunkan derajat tahanan liquid – film, laju perpindahan masa oksigen karena terjadi percepatan laju pergantian permukaan bidang kontak, yang
12
Tabel 2.4. Tekanan Uap Air Yang Berkontak Dengan Udara
Suhu kerjanya berdasarkan daya gravitasi. Air yang akan diaerasi akan mengalir secara
gravitasi karena beda ketinggian dari step satu ke step yang lain dalam cascade aerator. Pada tiap step akan terjadi kontak antara logam dalam air dengan oksigen sehingga terjadi reaksi oksidasi. Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4 – 6 step, setiap step kira-kira ketinggian 30 cm dengan kapasitas kira-kira 0,01 m3/detik per
m2, untuk menghilangkan putaran (turbulen) guna menaikkan efisiensi aerasi,
hambatan sering ditepiperlatan pada setiap step. Keuntungan cascade ini adalah tidak memerlukan perawatan.
b. Multiple Plat Form Aerator
Merupakan proses aerasi dengan menjatuhkan air dari lempengan berbentuk
lingkaran, yang disusun bertingkat dari lingkaran dengan diameter paling kecil
seterusnya berurutan ke bawah hingga lempengan yang paling besar. Air yang
jatuh dari lempengan satu ke lempengan yang lain akan terjadi kontak udara
dengan air yang mengandung logam sehingga terjadi reaksi oksidasi yang
13
c. Spray Aerator
Terdiri atas nosel penyemprot yang tidak bergerak (Stationary Nozzles), dihubungkaan dengan kisi lempengan yang mana air disemprotkan ke udara
sekeliling pada kecepatan 5 – 7 m/detik. Spray aerator sederhana pengeluran air melalui bawah batang-batang pendek dari pipa yang panjangnya 25 cm dan
diameter 15 – 30 mm. Piringan melingkar ditempatkan beberapa sentimeter di
bawah setiap ujung pipa, sehingga bisa terbentuk selaput air tipis melingkar yang
selanjutnya menyebar menjadi tetesan-tetesan air yang halus.
d. Pneumatic System
Merupakan proses aerasi dengan menyemprotkan atau menginjeksikan udara
melalui dasar dari bak air yang akan diaerasi, gelembung udara hasil injeksi udara
melalui dasar bak aerasi akan naik ke atas dan akan kontak dengan logam dalam
air sehingga terjadi reaksi.
e. Multiple Tray Aerator
Jenis aerator ini terdiri atas 4 – 8 nampan (tray) dengan dasarnya penuh lubang. Melalui pipa berlubang air dibagi rata melalui atas tray, dari sini percikan-percikan kecil turun ke bawah dengan kecepatan kira-kira 0,02 m3/detik per m2
permukaan nampan (tray). Tetesan kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada setiap nampan (tray) berikutnya.
Besi atau mangan masuk ke dalam air oleh karena reaksi biologis pada
kondisi reduksi atau anaerobik (tanpa oksigen). Jika air yang mengandung besi
atau mangan dibiarkan terkena udara atau oksigen maka reaksi oksidasi besi atau
mangan akan timbul dengan lambat dan membentuk endapan atau gumpalan
koloid dari oksida besi atau oksida mangan yang tidak diharapkan. Endapan
koloid ini akan menempel atau tertinggal dalam sistem perpipaan, menyebabkan
noda pada cucian pakaian, serta dapat mennyebabkan masalah pada sistem pipa
distribusi disebabkan karena dapat menyokong tumbuhnya mikroorganisme
seperti crenothrix dan clonothrix yang dapat menyumbat perpipaan serta dapat menimbulkan rasa atau bau logam pada air minum. Standar kualitas air bersih di
Indonesia berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan RI Nomor
14
diperbolehkan maksimum 1 mg/ltd an kadar mangan maksimum yang
diperbolehkan 0,5 mg/lt.
II.1.2. Oksigen Ter larut/Dissolved oxygen (DO)
Oksigen terlarut (DO) adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang
berasal dari fotosintesa dan absorbs atmosfer/udara. Untuk mengetahui kualitas air
dalam suatu perairan, dapat dilakukan dengan mengamati beberapa parameter
kimia seperti oksigen terlarut (DO). Semakin banyak jumlah DO (dissolved oxygen) maka kualitas air semakin baik, jika kadar oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap akibat degradasi anaerobic yang
mungkin saja terjadi. Satuan DO dinyatakan dalam persentase saturasi. Oksigen
memegang peranan penting sebagai indikator kualitas perairan, karena oksigen
terlarut berperan dalam proses oksidasi dan reduksi bahan organik dan anorganik.
Selain itu, oksigen juga menentukan biologik yang dilakukan oleh organism
aerobik dan anaerobik. Dalam kondisi aerobik, peranan oksigen adalah untuk
mengoksidasi bahan organik dan anorganik dengan hasil akhirnya adalah nutrien
yang ada pada akhirnya dapat memberikan kesuburan perairan. Dalam kondisi
anaerobik oksigen yang dihasilkan akan mereduksi senyawa-senyawa kimia
menjadi lebih sederhana dalam bentuk nutrien dan gas. Karena proses oksidasi
dan reduksi inilah maka peranan oksigen terlarut sangat penting untuk membantu
mengurangi beban pencemaran pada perairan.
Kelarutan oksigen dalam air dapat dipengaruhi oleh suhu, tekanan parsial
gas-gas yang ada di udara maupun yang ada di air, salinitas serta persenyawaan
unsur-unsur mudah teroksidasi di dalam air. Kelarutan tersebut akan menurun
apabila suhu dan salinitas meningkat, oksigen terlarut dalam suatu perairan juga
akan menurun akibat pembusukkan-pembusukkan dan respirasi dari hewan dan
tumbuhan yang kemudian diikuti dengan meningkatnya CO2 bebas serta
menurunnya pH.
Oksigen (O2) dalam suatu perairan tidak lepas dari pengaruh parameter
lain seperti karbon dioksida, alkalinitas, suhu, pH, dan sebagainya. Oksigen (O2)
15
karbon (C) yang diperoleh dari bahan organik yang berasal dari ganggang yang
mati maupun oksigen dari udara.
II.1.3. Besi/Ferrum (Fe)
Besi adalah susunan berkala yang mempunyai symbol Fe dan nomor atom
26 dengan berat atom 55,845, berat jenis 7,86, mempunyai titik lebur 2450 ° C,
terletak pada periode 4 dan termasuk logam golongan VII. Memiliki konfigurasi
electron (Ar) 3d6 4s2.Besi dapat ditemui pada hampir setiap tempat di bumi, pada
semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada umumnya, besi yang ada di
dalam air dapat bersifat:
a) Terlarut sebagai Fe2+ (ferro) atau Fe3+ (ferri)
b) Tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1 µm) atau lebih besar, seperti
Fe2O3, FeO, Fe(OH)3 dan sebagainya
c) Tergabung dengan zat organik atau zat padat yang inorganik, seperti tanah
liat.
Besi di alam dapat ditemui dalam bentuk pyrite (FeS2), hematite (Fe2O3),
magnetite (Fe3O4), limonite [FeO(OH)], goethite (HFeO2), dan ochre [Fe(OH)3] (Cole, 1988 dan Moore, 1991). Di dalam air senyawa besi umumnya dalam
bentuk senyawa garam ferri atau garam ferro (valensi 2). Senyawa ferro dalam air
yang sering dijumpai adalah FeO, FeSO4, FeCO3, Fe(OH)2, FeCl2 dan lainnya,
sedangkan senyawa ferri yang sering dijumpai yakni FePO4, Fe3O3, FeCl3,
Fe(OH)3 dan lainnya. Senyawa besi pada umumnya sukar larut dan cukup banyak
terdapat di dalam tanah. Kadang-kadang besi juga terdapat sebagai senyawa
siderite (FeCO3) yang bersifat mudah larut dalam air (Cole, 1988 dalam Effendi,
2003).
Pada air pemukaan jarang ditemui kadar besi lebih dari 1 mg/l, tetapi
dalam air tanah kadar besi dapat jauh lebih tinggi. Konsentrasi yang tinggi dapat
dirasakan dan dapat menodai kain dan perkakas dapur. Hal itu juga dapat ditemui
pada air permukaan yang mengandung besi lebih banyak.Kadar besi dalam air
tersebut juga dapat disebabkan karena adanya pipa-pipa saluran air yang berkarat.
Pada air yang tidak mengandung oksigen, seperti air tanah, besi berada
16
dan terjadi aerasi, Fe2+ teroksidasi menjadi Fe3+ yang sulit larut pada pH 6 sampai
8 (kelarutan hanya di bawah beberapa g/l), bahkan dapat menjadi ferihidroksida
Fe(OH)3 atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa
mengendap.
Menurut Y.P Tirta Dharma (2002), kehadiran ion Fe2+ yang terlarut dalam
air dapat menimbulkan gangguan-gangguan seperti :
a. Rasa dan bau logam yang amis pada air, disebabkan karena bakteri
mengalami degradasi.
b. Besi dalam konsentrasi yang lebih besar mg/l, akan memberikan suatu rasa
pada air yang menggambarkan rasa metalik, astrinogent atau obat.
c. Mengakibatkan pertumbuhan bakteri besi (Crenothrix dan Gallionella) yang berbentuk filamen.
d. Menimbulkan warna kecoklat-coklatan pada pakaian putih.
e. Meninggalkan noda pada bak-bak kamar mandi dan peralatan lainnya (noda
kecoklatan disebabkan oleh besi).
f. Dapat mengakibatkan penyempitan atau penyumbatan pipa.
g. Endapan logam ini juga yang dapat memberikan masalah pada system
penyediaan air secara individu (sumur)
II.1.4. Mangan/manganese (Mn)
Mangan (Mn), merupakan kation logam yang memiliki karakteristik kimia
serupa dengan besi. Merupakan unsur pertama logam golongan VIIB, dengan
berat atom 54,94 g/mol, nomor atom 25, berat jenis 7,43 g/cm3, titik lebur 1247 °
C dan titik didihnya 2032 ° C. Mangan berada dalam bentuk manganous (Mn2+) dan manganik (Mn4+). Didalam tanah, Mn4+ berada dalam bentuk senyawa mangan dioksida yang sangat tak terlarut di dalam air dan mengandung karbon
dioksida. Pada kondisi reduksi (anaerob) akibat dekomposisi bahan organik
dengan kadar yang tinggi, Mn4+ pada senyawa mangan dioksida mengalami
reduksi menjadi Mn2+ yang bersifat larut. Mn2+ berikatan dengan nitrat, sulfat, dan
klorida serta larut dalam air. Di dalam sistem air alami dan juga di dalam sistem
pengolahan air, senyawa mangan dan besi berubah-ubah tergantung derajat
17
pada umumnya mempunyai valensi dua yang larut dalam air. Oleh karena itu di
dalam sistem pengolahan air, senyawa mangan dan besi valensi dua tersebut
dengan berbagai cara oksidasi menjadi senyawa yang memiliki valensi yang lebih
tinggi yang tidak larut dalam air sehingga dapat dengan mudah dipisahkan secara
fisik. Toksisitas mangan relatif sudah tampak pada konsentrasi rendah. Dengan
demikian tingkat kandungan mangan yang diizinkan dalam air yang digunakan
untuk keperluan domestik sangat rendah, yaitu dibawah 0,05 mg/lt. Mangan
biasanya muncul dalam air sumur sebagai Mn(HCO3)2, MnCl2, atau MnSO4.
Kadar mangan pada kerak bumi sekitar 950 mg/kg, sumber alami mangan
mica[K(Mg,Fe)3(AlSi3O10)(OH)2], dan amphibole[(Mg,Fe)7Si8O22(OH)2].
II.2. Landasan Teori
Dalam penelitian ini teori-teori yang mendukung akan dijelaskan pada
landasan teori.
II.2.1. Micro Bubble Gener ator (Spherical Ball)
Micro Bubble Generator (MBG) adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghasilkan gelembung udara di dalam air dengan ukuran diameter kecil serta
untuk mengoptimalkan tingkat dan jumlah transfer oksigen. Micro bubble dapat
dihasilkan dengan beberapa metoda dengan karakteristik yang berbeda-beda.
Metoda tersebut antara lain dengan elektrolityc microbubble generator, porous plate (PP), ventury tube type bubble generator, dan spherical body in a flowing water tube. Pemanfaatan dari teknologi micro bubble ini telah meluas ke berbagai bidang industri. Pada industri perikanan alat ini digunakan untuk meningkatkan
kadar oksigen pada tambak atau kolam. Manfaat lain adalah untuk meningkatkan
kualitas air yang terpolusi buangan limbah pabrik.
II.2.2. Prinsip Kerja Micro Bubble Gener ator Metode Spherical Ball
Prinsip kerja utama dari micro bubble generator metode spherical ball
adalah menciptakan beda tekanan antara tekanan udara luar dengan tekanan fluida
dalam pipa sampai titik tekanan vakum sehingga udara (gas) terhisap masuk
18
Secara lebih jelas konstruksi dari alat ini dapat dilihat pada gambar 2.1.
Apabila suatu aliran fluida bertekanan dialirkan melalui pipa tersebut maka akan
terjadi pertambahan kecepatan partikel fluida pada saat melewati daerah sekitar
bola, pertambahan kecepatan ini dikarenakan penyempitan penampang saluran
oleh bola dan pertambahan panjang lintasan partikel fluida saat menyusuri
permukaan bola. Kecepatan tertinggi terjadi pada daerah puncak bola.
Berdasarkan persamaan massa dan energy (persamaan Bernoulli), peningkatan
kecepatan aliran akan diikuti dengan penurunan tekanan sehingga daerah sekitar
puncak bola memiliki tekanan lebih rendah dari pada daerah inlet pipa.
Apabila tekanan didalam pipa lebih rendah dibandingkan dengan tekanan
atmosfer, maka udara secara otomatis akan terhisap kedalam aliran fluida, melalui
lubang-lubang kecil pada Test Section yaitu daerah yang bertekanan rendah. Dikarenakan aliran yang terjadi pada daerah downstream adalah turbulen dan terdapat tegangan geser, udara yang masuk tersebut akan terpecah menjadi micro
bubble dengan jumlah yang sangat banyak.
Gambar. 2.1. Konstruksi Micro Bubble Generator Type Spherical Ball
(Sadatomi, 2004)
Ilustrasi di atas menggambarkan aliran air bertekanan masuk dari sisi inlet
pipa. Aliran air akan bertambah kecepatannya saat melewati bola karena
penyempitan penampang aliran dan pertambahan panjang lintasan partikel air saat
menyusuri dinding bola. Pertambahan kecepatan menyebabkan tekanan disekitar
19
terhisap masuk melalui lubang intake disekitar bola dan membentuk
gelembung-gelembung kecil yang keluar dari sisi outlet pipa.
II.2.3. Teori Mekanika Fluida
Mekanika fluida adalah ilmu yang mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan
gas dalam keadaan diam ataupun bergerak. Secara khusus, fluida didefinisikan
sebagai zat yang berdeformasi secara terus-menerus selama dipengaruhi suatu
tegangan geser. Tegangan geser terbentuk oleh gaya tangensial yang bekerja pada
sebuah permukaan.
Banyak kriteria yang digunakan untuk mengklasifikasikan aliran fluida.
Sebagai contoh; aliran dapat digolongkan sebagai aliran steady dan unsteady,
satu-dua-atau tiga dimensi, aliran compressible atau incompressible, dan salah
satu klasifikasi yang terpenting adalah klasifikasi yang menggolongkan apakah
aliran itu laminar atau turbulen.
A. Aliran Viskos Dalam Pipa
Perbedaan utama antara saluran tertutup dan terbuka adalah : mekanisme
dasar yang menggerakkann fluida.
a) Untuk aliran tertutup, gravitasi mungkin memiliki arti penting jika pipa tidak
horizontal, namun gaya penggerak utamanya adalah gradien tekanan sepanjang
pipa. Jika pipa tidak terisi penuh, tidak mungkin untuk menjaga perbedaan
tekanan P1-P2.
b) Untuk saluran terbuka, hanya gravitasi yang menjadi gaya penggeraknya
20
B. Aliran Laminar dan Turbulen
Aliran fluida di dalam sebuah pipa mungkin merupakan aliran laminar atau
turbulen. Osborne Reynolds (1842-1912), adalah orang pertama kali
membedakan dua klasifikasi aliran ini dengan menggunakan sebuah peralatan
sederhana seperti pada ilustrasi gambar dibawah.
Sifat-sifat laminar dan turbulen ini dapat diamati dengan menginjeksikan zat
pewarna yang mengambang dalam sebuah pipa beraliran seperti ditunjukkan pada
gambar. Untuk “laju aliran yang cukup kecil” guratan zat pewarna (sebuah
garis-gurat) akan tetap berupa garis yang terlihat jelas selama mengalir, dengan hanya
sedikit saja menjadi kabur karena difusi molekuler dari zat pewarna ke air di
sekelilingnya. Untuk suatu “laju aliran sedang” yang lebih besar, guratan zat
pewarna berfluktuasi menurut waktu, ruang dan olakan putus-putus dengan
perilaku tak beraturan muncul di sepanjang guratan. Sementara itu untuk “laju
aliran yang cukup besar” guratan zat pewarna akan segera kabur dan menyebar di
seluruh pipa dengan bola yang acak. Ketiga karakteristik ini, yang masing-masing
disebut sebagai aliran laminar, transisi, turbulen. Bisa disebut juga aliran turbulen dicirikan dari adanya ketidakteraturan lokal dalam medan aliran yang dipengaruhi
oleh sifat-sifat mekanik seperti kecepatan, tekanan atau temperatur.
21
Salah satu parameter tak berdimensi yang biasanya juga digunakan untuk
mensifati tipe aliran adalah bilangan Reynolds (Re), Re adalah perbandingan
antara efek inersia dan viskos dalam aliran. Dari hasil analisa, dapat diketahui
bahwa aliran pada pipa tergantung terhadap angka Reynolds (Reynolds Number), ……… [2.2]
Dimana V adalah kecepatan rata-rata di dalam pipa. Artinya, aliran di dalam
sebuah pipa adalah laminar, transisi, atau turbulen jika bilangan Reynoldsnya
“Cukup kecil”, “Sedang”, “Cukup besar”; D adalah diameter dalam pipa. Jika Re
2100 biasanya aliran bersifat laminar dan jika Re 2100 biasanya aliran
bersifat turbulen.
C. Pengukuran Tekanan
Tekanan (pressure) dinyatakan sebagai gaya per satuan luas. Dengan demikian, satuan tekanan sama dengan tegangan (stress), dan pada umumnya tekanan dapat dianggap sebagai sejenis tegangan juga. Tekanan absolut (absolute pressure) diukur relatif terhadap suatu keadaan hampa sempurna (tekanan nol mutlak), atau gaya per satuan luas yang bekerja pada dinding penampung fluida.
Tekanan relatif atau tekanan pengukuran (gage pressure) adalah selisih antara tekanan absolut dan tekanan atmosfer setempat.
Tekanan mutlak selalu positif, tetapi tekanan pengukuran dapat positif
maupun negatif, tergantung pada apakah tekanan tersebut di atas tekanan atmosfer
(bernilai positif) atau dibawah tekanan atmosfer (bernilai negatif). Sebuah tekanan
negatif disebut juga sebagai tekanan hisap atau hampa. Misalnya, tekanan mutlak 10 psi (abs) dapat dinyatakan sebagai pengukuran -4,7 psi (gage), jika tekanan
atmosfer setempat adalah 14,7 psi, atau dengan cara lain dinyatakan sebagai
22
Gambar 2.4 Grafik Tekanan Pengukuran Dan Tekanan Mutlak
D. Pembentukan Gelembung
Gaya yang bekerja pada pembentukan gelembung adalah :
a) Gaya apung (Bouyanncy Force) ( )
b) Gaya tegangan permukaan cairan (Surface Tension Force) ( )
c) Momentum flux udara (Inersia Force) ( )
d) Gaya seret (Drag Force) ( )
Pembentukan gelembung (bubble) terdiri dari 2 tahap : 1) Tahap pengembangan (Expansion Stage)
2) Tahap pelepasan (Detachment Stage)
Selama tahap pengembangan, gelembung mengembang kearah radial sebagai
hasil dari injeksi gas, melalui nosel tunggal, dimana jejak pembentukan
gelembung dempet pada ujung nosel. Pada akhir tahap ekspansi ditentukan oleh
BAB III
METODE PENELITIAN
III.1. Kerangka Penelitian
Berikut adalah diagram alir penelitian yang akan dilakukan :
Gambar 3.1. Bagan Kerangka Penelitian Per masalahan
Kurangnya pemanfaatan air tanah yang masih mengandung Besi (Fe) dan Mangan
(Mn) terlalu tinggi sebagai air bersih
Persiapan Alat dan Bahan pembuatan dan perancangan alat
Micro Bubble Generator
Pelaksanaan penelitian
Uji konsentrasi Besi (Fe) dan Mangan (Mn) pada proses aerasi yang terbaik dari
uji peningkatan transfer oksigen dengan Micro Bubble Generator
Analisa data
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Uji peningkatan jumlah oksigen yang ada pada air sumur dengan
24
III.2. Bahan dan Peralatan
III.2.1. Bahan
Sampel ( Air Tanah/Sumur daerah Juanda)
III.2.2. Peralatan
1. Micro Bubble Generator
2. Pompa
3. Kompresor
4. DO meter
5. Bak reaktor
6. Bak penampung
Gambar 3.2. Bagan Alur Percobaan
Air sampel (Air sumur)
Pompa Bak Penampung
Micro Bubble Generator
25
Gambar 3.3. Mekanisme Proses Aerasi
26
III.3. Cara Kerja
Penelitian yang dilakukan terdiri dari empat tahap yaitu : persiapan alat,
proses transfer gas, dan pengujian jumlah peningkatan kandungan oksigen terlarut
dengan menggunakan DO meter serta pengujian besi (Fe) dan mangan (Mn) pada proses aerasi terbaik. Penelitian ini menggunakan sistem batch.
Dengan dimensi bak kontak yang diketahui, maka debit bukaan valve di
rencanakan dengan ditandai pada sudut busur. Maka waktu tinggal air di dalam
bak kontak dapat diketahui. Dengan adanya waktu tinggal dan volume bak maka
dapat di tentukan debit air sesuai bukaan valve dalam sudut busur.
III.4. Variabel
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah variabel dependen
dan variabel independen.
III.4.1. Variabel dependen
a) Volume air sampel dalam bak 0,044 m3
b) Suhu air 250C
c) Dimensi bak :
1. Panjang = 58cm = 0,58m
2. Lebar = 29cm = 0,29m
3. Tinggi = 26cm = 0,26m
d) Dimensi micro bubble generator :
27
III.5. Analisis
Analisis dalam penelitian ini bertujuan untuk mengetahui jumlah nilai
peningkatan oksigen terlarut yang ada dalam air sumur dan untuk menurunkan
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian tentang proses aerasi dengan pembentukkan gelembung
kecil atau yang disebut dengan micro bubble untuk memaksimalkan peningkatan oksigen terlarut pada air sumur di daerah Juanda. Dengan meningkatnya oksigen
terlarut yang ada dalam air sumur diharapkan proses aerasi ini dapat menurunkan
parameter-parameter yang terdapat pada air sumur khususnya logam seperti Besi
(Fe) dan Mangan (Mn).
IV.1. Hasil Penelitian
Pada penelitian ini, dimensi bak kontak telah diketahui untuk menjadi
acuan dalam proses mencari debit air yang di inginkan, dan bak kontak
mempunyai volume sebesar 0,044 m3. Sebagai variabel, debit harus di variasi kan
pada bukaan valve yang di inginkan dengan tekanan udara yang sesuai dengan
debit air sehingga dapat membentuk gelembung kecil (micro bubble). Sedangkan hasil analisa awal kandungan besi (Fe) dan mangan (Mn) setelah di ujikan dapat
diketahui sebesar 0,2549 mg/lt untuk kandungan besi sedangkan <0,0224 mg/lt
untuk kandungan mangan.
Variasi yang digunakan rasio debit air dengan tekanan udara. Pada valve
90° pada busur maka debit yang dihasilkan 0,000404 m3/dt dengan menambahkan
tekanan udara 10 psi, pada valve 80° menghasilkan debit 0,000389 m3/dt dengan
menambahakan tekanan udara 9 psi, pada valve 70° menghasilkan debit 0,000379
m3/dt dengan menambahkan tekanan udara 8 psi, pada valve 60° menghasilkan
debit 0,000358 m3/dt dengan menambahkan tekanan udara 7 psi, pada valve 50°
menghasilkan debit 0,000328 m3/dt dengan menambahkan tekanan udara 6 psi
dan variasi waktu sampling adalah 0 menit, 5 menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit,
25 menit, 30 menit, 60 menit, 90 menit.
Dengan ditentukannya debit berdasarkan bukaan valve menurut sudut
busur, maka dapat digambarkan pada grafik debit air. Untuk menghasilkan
29
Dengan telah di dapatkannya rasio debit air dengan tekanan udara
sehingga membentuk gelembung kecil atau disebut micro bubble, maka untuk mendapatkan hasil oksigen terlarut yang baik harus diberikan waktu kontak antara
air dengan udara. Waktu yang di ambil adalah 0 menit sebagai sampel awal, 5
menit, 10 menit, 15 menit, 20 menit, 25 menit, 30 menit, 60 menit, 90 menit
sebagai waktu sampling. Diharapkan dengan semakin lama waktu sampling air
dengan udara maka jumlah kandungan oksigen terlarut dalam air semakin tinggi.
Berdasarkan hasil penelitian peningkatan oksigen terlarut dalam air sumur dengan
variasi rasio debit air dengan tekanan udara dan waktu sampling dapat dilihat pada
tabel 4.1. 0,0000404 0,0000432 0,0000474 0,0000511 0,0000547 t0 5.4 mg/lt 5.3 mg/lt 5.3 mg/lt 5.4 mg/lt 5.3 mg/lt
Hasil penelitian dari tabel diatas tersebut didapatkan dengan menggunakan
alat testing lab DO meter. Dengan memvariasikan debit air/tekanan udara yang telah ditentukan sebelumnya dengan waktu sampling, maka diperoleh grafik
peningkatan oksigen terlarut dalam air sumur sesuai dengan rasio debit air dengan
tekanan udara dan waktu sampling.
Berdasarkan tabel pengaruh rasio debit air dengan tekanan udara terhadap
peningkatan oksigen terlarut diatas dapat dibentuk hasil grafik hubungan variabel
dengan respon pada berbagai variabel peningkatan oksigen terlarut berdasarkan
30
Gambar 4.1. Grafik Hubungan Antara Variabel Dengan Respon Berbagai
Variabel
Dari hasil jumlah oksigen terlarut yang tertera pada tabel 4.1. dan gambar
4.3. dapat diketahui bahwa setiap waktu sampling oksigen terlarut yang ada dalam
air sumur naik.
Setalah mendapatkan hasil DO Dissolved Oxygen pada percobaan diatas dapat dilihat dari kelima grafik proses aerasi di atas saat debit air 0,000379 m3/dt
dan tekanan udara 8 psi ( Q3 / P3 ) adalah proses terbaik dari kelima proses aerasi
tersebut. Dan proses yang terbaik tersebut dilakukan pengujian penurunan besi
dan mangan untuk mengetahui seberapa besar penurunan besi dan mangan di saat
aerasi terbaik. Berikut ini adalah tabel 4.2 nilai penurunan kandungan besi yang
31
Tabel 4.2. Nilai kandungan besi (Fe) setelah proses aerasi terbaik
Waktu Sampling (menit)
Besi (Fe) mg/lt 0 0.2549 5 0.2472 10 0.2356 15 0.2229 20 0.2146 25 0.2086 30 0.1938 60 0.1211 90 0.0773
Setelah di dapat hasil penurunan berdasarkan tabel 4.2 dapat di buat grafik
dari nilai penurunan kandungan besi :
Gambar 4.2. Grafik Nilai Penurunan Kandungan Besi (Fe) Pada Air Sumur
Dilihat dari penurunan kandungan besi (Fe) yang terdapat pada air sumur
32
mg/lt pada saat waktu sampling 90 menit. Dengan demikian kandungan besi (Fe)
yang ada pada air sumur dapat diturunkan dengan proses aerasi MBG.
Dari hasil penurunan kandungan besi (Fe) pada gambar 4.2. dapat dihitung
persen penyisihan dari waktu sampling 5 menit sampai dengan 90 menit. Pada
waktu sampling 5 menit persen penyisihan 3,02%, 10 menit persen penyisihan
7,57%, 15 menit persen penyisihan 12,56%, 20 menit persen penyisihan 15,81%,
25 menit persen penyisihan 18,16%, 30 menit persen penyisihan 23,98%, 60
menit persen penyisihan 52,50% sedangkan 90 menit persen penyisihan 69,68%.
Untuk percobaan kedua, parameter yang di turunkan adalah kandungan
mangan (Mn) yang terdapat pada air sumur dengan proses aerasi yang sama. Dan
hasil dari proses aerasi dapat dilihat pada tabel 4.3 sebagai berikut.
Tabel 4.3. Nilai kandungan mangan (Mn) setelah proses aerasi terbaik
Waktu Sampling
menit yaitu mempunyai nilai < 0,0224 mg/lt. Ketetapan nilai kandungan mangan
dikarenakan nilai kandungan mangan yang sangat kecil, sehingga pembacaan nilai
kandungan mangan tidak terdeteksi oleh alat.
IV.2. Pembahasan
Setelah dilakukan percobaan transfer oksigen atau aerasi dengan alat micro
bubble generator dapat dilihat bahwa kelima hasil aerasi dapat meningkatkan
jumlah oksigen yang terdapat pada air sumur. Dari kelima proses aerasi, hasil
33
pengujian untuk menurunkan kandungan besi (Fe) dan mangan (Mn). Jumlah nilai
kandungan besi (Fe) dalam air sumur setelah proses aerasi dapat turun dari 0,2549
mg/lt pada sampel awal menjadi 0,0773 mg/lt saat waktu sampling 90 menit
sedangkan nilai kandungan mangan (Mn) adalah tetap, hal ini dikarenakan nilai
kandungan mangan yang sangat kecil, sehingga pembacaan nilai kandungan
mangan tidak terdeteksi oleh alat.
Kadar oksigen yang tinggi tidak menimbulkan pengaruh fisiologis bagi
manusia. Keberadaan logam yang berlebihan di perairan akan mempengaruhi
sistem respirasi organisme akuatik, sehingga pada saat kadar oksigen terlarut
rendah maka terdapat logam berat dengan konsentrasi tinggi dalam air. Air
beroksigen akan memiliki kadar zat besi dan mangan yang rendah. Alasannya zat
besi dan mangan bereaksi dengan oksigen untuk membentuk senyawa yang tidak
bisa dilarutkan dalam air. Masalah besi dan mangan yang paling mungkin terjadi
adalah dari air sumur dengan kandungan karbonat tinggi dan kadar oksigen
rendah.
Besi atau mangan masuk ke dalam air oleh karena reaksi biologis pada
kondisi reduksi atau anaerobik (tanpa oksigen). Dalam proses aerasi, transfer
oksigen merupakan salah satu cara yang digunakan untuk mengurangi atau
menurunkan kandungan logam-logam dan pencemar lain yang ada dalam air
sumur. Dalam penelitian ini, fungsi transfer oksigen untuk menurunkan
kandungan logam besi (Fe) dan mangan (Mn). Aerator yang digunakan pada
penelitian ini adalah micro bubble generator. Micro bubble generator adalah
reaktor pembentuk gelembung kecil yang efektif jika di fungsikan untuk aerasi,
karena dengan gelembung kecil tersebut akan lama tinggal di dalam air dan akan
mengoptimalkan untuk mengontakkan oksigen dengan air agar besi dan mangan
yang ada di dalam air sumur bereaksi dengan oksigen membentuk senyawa ferri
(Fe valensi 3) serta mangan oksida yang relatif tidak larut di dalam air.
Dalam proses aerasi, meningkatnya oksigen terlarut dapat menurunkan
parameter besi dan mangan. Hal ini dibuktikan dengan rumus kimia sebagai
34
a) 4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ===> 4 Fe(OH)3 + 8 H+
b) 2 Mn2+ + O2 + 2 H2O ===> 2 MnO2 + 4 H+
Untuk mengoksidasi setiap 1 mg/lt zat besi dibutuhkan sekitar 0,14 mg/lt oksigen
dan setiap 1 mg/lt mangan dibutuhkan sekitar 0,29 mg/lt. Dalam proses penelitian
ini, dapat dilihat dari gambar 4.3 bahwa transfer oksigen yang optimum pada saat
waktu sampling 5 menit sampai dengan 15 menit. Tingkat pH air sangat
berpengaruh dalam proses oksidasi besi dan mangan dengan udara, tetapi proses
tersebut hanya efektif untuk dijalankan pada 15 menit pertama proses oksidasi.
Walaupun proses dijalankan hingga 90 menit, tetapi penurunan konsentrasi zat
besi dan mangan tidak sedrastis waktu sampling 15 menit pertama. Hal ini
disebabkan karena kondisi bak kontak dalam keadaan jenuh pada saat waktu
sampling 20 menit sampai 90 menit. Dalam kondisi jenuh, air di dalam bak
kontak terlihat keruh penuh dengan gelembung-gelembung kecil tetapi tidaklah
maksimal dalam menurunkan zat besi dan mangan karena kadar oksigen biasanya
lebih rendah daripada kadar jenuhnya. Dalam penelitian ini dapat disimpulkan
bahwa untuk volume bak kontak 0,044 m3 peningkatan oksigen terlarut yang baik
ada pada waktu sampling 5 menit sampai dengan 15 menit. Jika diingkan waktu
kontak yang lebih lama maka dianjurkan untuk memperbesar volume bak kontak
agar dapat menunda kondisi jenuhnya oksigen dalam bak kontak. (Tatsumi Iwao,
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan
Dari penelitian yang dilakukan serta merujuk pada hasil dan pembahasan
maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Proses aerasi terbaik pada saat debit air 0,000379 m3 dengan tekanan udara
8 psi menghasilkan 7,6 mg/lt oksigen terlarut dalam air sumur.
2. Jumlah oksigen yang besar serta waktu kontak yang lebih lama
menyebabkan terjadinya peningkatan oksigen yang diharapkan dapat
menyisihkan besi (Fe) dan mangan (Mn) dalam air sumur.
3. Proses aerasi dengan micro bubble generator menunjukkan transfer
oksigen yang lebih baik daripada proses aerasi konvensional lainnya.
Karena gelembung udara yang dihasilkan berukuran kecil dan kontak
antara air dan udara terjadi lama.
V.2. Sar an
Melihat hasil penelitian ini yang masih jauh dari sempurna maka dapat
ditarik saran sebagai berikut:
1. Penelitian ini pada proses aerasi dilakukan dengan skala kecil yang terdiri
dari pompa, kompresor, volume bak kontak. Jadi untuk mendapatkan
kemampuan dan hasil yang baik maka proses aerasi dilakukan dengan
skala besar dan bisa di aplikasikan untuk proses aerasi skala industri.
2. Pada proses penelitian ini dapat dilanjutkan dengan menggunakan
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2002, “Environmental Health Criteria 228”, Principles and Methods for The Assesment of Risk From Essential Trace Elements. Geneva : World
Health Organization.
Anonim, 2002, “Pelatihan Operator IPA Penghilangan Besi dan Mangan”, Modul IPA 009, Yayasan Pendidikan Tirta Dharma. Yogyakarta.
Arakawa, Takahiro, dkk, 2007, “Micro Bubble Formation with Organic Membrane in a Multiphase Microfluidic System”, Nano Science and Nano Engineering, Waseda University. Japan.
Awaluddin, N. 2007. Teknologi Pengolahan Air Tanah Sebagai Rumah Tangga. Pekan Apresiasi Mahasiswa LEM-FTSP UII Seminar “Peran Mahasiswa
Dalam Aplikasi Keteknikan Menuju Globalisasi Teknologi”. Universitas
Islam Indonesia.
Benefield, Larry D., 1982, “Process Chemistry For Water and Wastewater Treatment”, Prentice Hall Inc., New Jersey.
Effendi, Hefni, 2003, Telaah Kualitas Air (Bagi Pengelolaan Sumber Daya dan Lingkungan Perairan), KAANISIUS, Yogyakarta.
Mathew, Ronnie dan Sundaram, Murali M., 2011, “Modeling and Fabrication of Micro Tools by Pulsed Electrochemical Machining”, Micro and Nano Manufacturing Laboratory, School of Dynamic System, University of
Cincinnati. USA.
Metcalf and Eddy, 2003, “Wastewater Engineering Treatment and Reuse”, 4th Edition, Mc.Graw – Hill Inc., Singapore.
Poppel, H.J. 1974, “Aeration and Gas Transfer”, Delft University of Technology, Department of Civil Eng Dev of Sanitary Engineering.
Sadatomi. Michio, dkk, 2004, “Performance of a New Micro Bubble Generator with a Spherical Body in a Flowing Water Tube”, Department of Mechanical Engineering and Materials Science, Kumamoto University,
Japan.
Sadatomi. Michio, dkk, 2011, “Micro Bubble Generation Rate and Bubble Dissolution Rate into Water by a Simple Multi Fluid Mixer with Orifice and Porous Tube”, Graduate School of Science and Technology, Kumamoto University. Japan.
