MAKALAH PRESENTASI PBPAM
KOAGULASI - FLOKULASI OLEH: Diny Setyanti 21080112130075 Indra Hukama A. 21080112140134 Debby Valentina 21080112130081 Julius Alex F 21080112130087 Irham Auliyaa Ardhi 21080112140092 Utamiria Dwi Kartika 21080112130100 Rapinsho Nuradi P. D 21080112130103 Sindi Martina Hastuti 21080112130107 Dian Asri Puspa Ratna 21080112140114 Dina Alfa Christianty 21080112140128 Joshua Partogi Utama 21080110141015JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Air yang memenuhi syarat kesehatan dengan jumlah yang cukup, serta terjamin ketersediaannya adalah harapan seluruh pelanggan air bersih. Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) sebagai pengelola tunggal sistem penyediaan air bersih perkotaan telah berusaha dengan berbagai macam cara untuk dapat memenuhi harapan tersebut, tetapi sampai saat ini belum dapat mencapai target yang telah ditetapkan oleh pemerintah yaitu : melayani sampai 80% penduduk perkotaan dan penekanan angka kehilangan air sampai kurang dari 25%.
Pada tahun 2015, jumlah penduduk perkotaan menjadi lebih besar dibandingkan dengan perkotaan dengan perbandingan 53% : 47%. Pergeseran ini mengindikasikan semakin meningkatnya kebutuhan akan air minum per kapita, karena konsumsi air masyarakat perkotaan lebih besar daripada masyarakat perdesaan.Peningkatan jumlah penduduk ini tidak diimbangi dengan ketersediaan air yang sangat terbatas. Penggundulan hutan telah tidak terkendali sehingga semakin mengganggu ketersediaan air baku. Sedangkan sumber air baku terutarna air permukaan mengalarni pencemaran yang semakin meningkat akibat domestik, industri dan pertanian. Sehingga ketersediaan air baku semakin tidak bisa dijamin, baik kuantitas dan kualitas. Air baku di sebagian besar wilayah Indonesia sebenarnya tersedia dengan cukup, tetapi terancam keberadaannya akibat pengelolaan yang buruk, baik oleh pencemaran maupun kerusakan alam yang menyebabkan terhambatnya konservasi air.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Apa yang dimaksud dengan koagulasi? 1.2.2 Apa yang dimaksud dengan flokulasi? 1.2.3 Bagaimana proses koagulasi-flokulasi?
1.2.4 Bagaimana kriteria desain koagulasi-flokulasi?
1.3 Tujuan
1.3.1 Menjelaskan apa yang dimaksud dengan koagulasi 1.3.2 Memaparkan apa yang dimaksud dengan flokulasi 1.3.3 Menjelaskan proses koagulasi-flokulasi
1.4 Manfaat
Melalui makalah ini pembaca diharapkan dapat mengetahui tentang seluk beluk tentang flokulasi dan koagulasi pada pengolahan air minum.
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Proses Koagulasi-Flokulasi
Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan partikel koloid, suspended
solid halus dengan penambahan koagulan disertai dengan pengadukan cepat untuk
mendispersikan bahan kimia secara merata. (Reynolds, 1982). Dalam suatu suspensi, koloid tidak mengendap (bersifat stabil) dan terpelihara dalam keadaan terdispersi, karena mempunyai gaya elektrostatis yang diperolehnya dari ionisasi bagian permukaan serta adsorpsi ion-ion dari larutan sekitar.
Koagulasi-flokulasi merupakan dua proses yang terangkai menjadi kesatuan proses tak terpisahkan. Pada proses koagulasi terjadi destabilisasi koloid dan partikel dalam air sebagai akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan bahan kimia (disebut koagulan). Akibat pengadukan cepat, koloid dan partikel yang stabil berubah menjadi tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang bermuatan positif dan negatif. Pembentukan ion positif dan negatif juga dihasilkan dari proses penguraian koagulan. Proses ini berlanjut dengan pembentukan ikatan antara ion positif dari koagulan (misal Al3+) dengan ion negatif dari partikel (misal OH-) dan antara ion positif dari partikel (misal Ca2+) dengan ion negatif dari koagulan (misal SO42-) yang menyebabkan pembentukan inti flok (presipitat) (Kawamura, 1991).
Segera setelah terbentuk inti flok, diikuti oleh proses flokulasi, yaitu penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar yang memungkinkan partikel dapat mengendap Penggabungan flok kecil menjadi flok besar terjadi karena adanya tumbukan antar flok. Tumbukan ini terjadi akibat adanya pengadukan lambat. Proses koagulasi-flokulasi dapat digambarkan secara skematik pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Gambaran proses koagulasi-flokulasi Sumber : Kawamura, 1991
Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk lambat. Pada bak pengaduk cepat, dibubuhkan koagulan. Pada bak pengaduk lambat, terjadi pembentukan flok yang berukuran besar hingga mudah diendapkan pada bak sedimentasi. Koagulan yang banyak digunakan dalam pengolahan air minum adalah aluminium sulfat atau garam-garam besi. Kadang-kadang koagulan-pembantu, seperti polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar atau lebih cepat mengendap. Faktor utama yang mempengaruhi proses koagulasi-flokulasi air adalah kekeruhan, padatan tersuspensi, temperatur, pH, komposisi dan konsentrasi kation dan anion, durasi dan tingkat agitasi selama koagulasi dan flokulasi, dosis koagulan, dan jika diperlukan, koagulan-pembantu. Pemilihan koagulan dan konsentrasinya dapat ditentukan berdasarkan studi laboratorium menggunakan jar test apparatus untuk mendapatkan kondisi optimum.
Tujuan pengadukan cepat adalah untuk mempercepat dan menyeragamkan penyebaran zat kimia melalui air yang diolah. Pengadukan cepat yang efektif sangat penting ketika menggunakan koagulan logam seperti alum dan ferric chloride, karena proses hidrolisisnya terjadi dalam hitungan detik dan selanjutnya terjadi adsorpsi partikel koloid.
Menurut Kawamura (1991), keefektifan pengadukan cepat dipengaruhi : 1. Tipe koagulan yang digunakan
2. Jumlah zat kimia yang diberikan dan karakteristiknya masing-masing
3. Kondisi lokal, misalnya kondisi daerah, temperatur, kelayakan suplai energi dan sebagainya
5. Tipe pengaduk zat kimia
6. Kehilangan tekanan (headloss) yang tersedia untuk pengadukan cepat 7. Variasi aliran pada instalasi
8. Jenis proses selanjutnya 9. Biaya
10. Dan lain-lain.
Selain koagulan, biasanya dalam pengolahan air bersih ada penambahan zat kimia yang dibubuhkan dalam pencampuran cepat. Zat kimia yang sering digunakan adalah alum, polimer kationik, potasium permanganat, chlorine, powerded activated carbon (PAC), amonia, kapur soda, serta anionic dan nonionic polymers. Pemilihan zat kimia yang tepat sangat penting khususnya pada air baku yang tidak memiliki alkalinitas yang cukup (Kawamura, 1991).
2.2 Pengadukan
Tipe pengadukan cepat yang umum digunakan, berdasarkan keefektifan, kemudahan pemeliharaan serta biaya, urutan pilihannya adalah sebagai berikut :
2.2.1 Diffusion mixing dengan water jet bertekanan (Gambar 2.2)
Gambar 2.2. Jet Injection Sistem Pengadukan Cepat
Sumber : Montgomery, 1985
2.2.2 In-line static mixing (Gambar 2.3)
Gambar 2.3 In-line Static Mixer Sumber : Montgomery, 1985
Nilai G dirumuskan sebagai berikut :
Untuk pengadukan cepat dengan static mixer besarnya P dapat diperoleh melalui persamaan (Kawamura, 1991) :
Dimana :
P = energi pengadukan, (Watt = N.m/s)
µ = viskositas absolut air (N.s/m2) = 1,336.10-3 N.s/m2 pada 10° C V = volume zone pengadukan (m3)
Q = debit aliran (m3/s)
w = berat air = 1000,15615 kg/m3 h = tekanan jatuh (m)
S = specific gravity = 1,00 N = jumlah elemen pengadukan
2.2.3 Mechanical mixing (Gambar 2.4)
Pengaduk mekanis sering dirancang dengan penggerak shaft vertikal dengan sebuah penurun kecepatan dan motor elektrik.
Gambar 2.4 Mechanical mixer
2.2.4. In-line mechanical mixing (Gambar 2.5)
Gambar 2.5. In-line Mechanical Mixer Sumber : Montgomery, 1985
2.2.5 Hydraulic mixing dengan terjunan (Gambar3.5)
Total headloss untuk pengadukan zat kimia koagulan tidak lebih dari 3,2 m. Energi dari suatu terjunan efektif setinggi 30 cm menyediakan nilai G sebesar 1000 s-1 pada suhu 20° C (AWWA, 1997).
Gradien kecepatan (G) : 400-1000 /dt
Waktu detensi (td) : 60 detik (untuk kekeruhan tinggi) G x td : 20.000 – 30.000
dimana, G =gradien kecepatan (1/detik) g =percepatan gravitasi (m/s2) h =tinggi terjunan
2.2.6 Diffusion dengan pipe grid (Gambar 2.7)
Gambar 2.7. Diffusion Flash Mixer
Sumber : Montgomery, 1985
Salah satu jenis pengadukan cepat tipe hidrolis adalah pengadukan dalam pipa. Panjang pipa yang diperlukan untuk pengadukan cepat berdasarkan kecepatan aliran dan waktu
pencampuran, dengan rumus perhitungan sebagai berikut (Darmasetiawan, 2001) :
Dimana :
L = panjang pipa (m)
V = kecepatan aliran dalam pipa (m/detik) = 2.5 – 4 m/detik
Q = kapasitas pengolahan (m3/detik) td = waktu pencampuran (detik) A
= luas penampang pipa (m) = ¼ π D2
G = gradien kecepatan (/dt)
2.3 Perancangan Koagulasi-Flokulasi
Tabel 2.1 Kriteria Desain Unit Koagulasi
No Keterangan Unit Kawamura1 Al-Layla2 Reynolds3 Darmasetia
wan4 Peavy 5 Montgomery6 1 G dtk-1 300 700 - 1000 700 - 1000 600 - 1000 1000 2 Td dtk 10 – 30 30 - 60 20 - 60 20 - 40 10 - 60 3 G x Td 300 - 1600 20000 - 30.000 1000 - 2000 4 pH alum opt. 4 4,5 - 8,0 5,0 - 7,5
Sumber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982; 4.Darmasetiawan, 2001; 5.Pe
avy, 1985;
6
. Montgomery, 1985
Pengadukan cepat dengan in-line static mixer mempunyai kriteria desain tersendiri yaitu (Kawamura, 1991) :
G x t = 350 – 1700 (rata-rata 1000) t = 1 – 5 detik
Menurut kawamura (1991), flokulasi merupakan pengadukan lambat yang mengiringi dispersi koagulan secara cepat melalui pengadukan cepat. Tujuannya adalah mempercepat tumbukan yang menyebabkan terjadinya gumpalan partikel koloid yang tidak stabil sehingga dapat diendapkan.
Pemilihan proses flokulasi seharusnya berdasarkan kriteria di bawah ini (Montgomery, 1985) :
1. Tipe proses pengolahan, misalnya konvensional, filtrasi langsung, softening atau sludge conditioning.
2. Kualitas air baku, misalnya kekeruhan, warna, partikel tersuspensi dan temperatur.
3. Tipe koagulan yang digunakan. 4. Kondisi
Montgomery (1985) menjelaskan bahwa tipe flokulator yang umum digunakan adalah pengaduk mekanis. Flokulator dengan paddle digunakan untuk energi pengadukan rendah hingga sedang. Sedangkan flokulator dengan propeler atau turbin digunakan untuk energi pengadukan sedang hingga besar.
Pengadukan di dalam flokulator direkomendasikan dengan menggunakan pengaduk paddle shaft vertikal karena dapat menghasilkan energi yang bervariasi terhadap
zona-zona flokulasi. Sedangkan bak flokulasi yang disarankan adalah rektangular karena dapat menghasilkan pengadukan yang sempurna (AWWA, 1997).
Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang umum digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan waktu yang singkat cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan nilai G yang rendah dan waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan lebih besar (Peavy,1985). Menurut Kawamura (1991), nilai gradien kecepatan masing-masing tipe flokulasi dapat ditentukan sebagai berikut :
1. Baffle Channel
Persamaan yang digunakan : G = {(g.h)/(v.td)}1/2 hL = K. (V2/2g) Dengan : G = gradien kecepatan g = percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2) h = headloss total (m)
v = visikositas kinematik air ( m2/dtk) td = waktu detensi (dtk)
hL = headloss perbelokan (m)
K = 1,5
v = kecepatan aliran air (m/dtk)
2. Pengaduk mekanis dengan paddle
Dimana :
CD = koefisien drag yang tergantung pada bentuk paddle dan kondisi aliran (nilainya 1,8)
A = luas daerah paddle (m2)
ν = viskositas kinematik fluida (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 °C V = volume tangki flokulasi (m3)
Gambar 2.9 Horizontal Shaft Flocculator Sumber : Kawamura, 1991
3. Pengadukan melalui plat berlubang, pengadukan ini memanfaatkan kontraksi pada waktu air melalui lubang.
Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang umum digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan waktu yang singkat cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan nilai G yang rendah dan waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan lebih besar. Menurut Darmasetiawan (2001) pada model flokulator dengan plat berlubang kehilangan tekanan dan dapat dihitung dengan persamaan :
1 2 3 4 5 6 -1 60 - 10 - 80 - 70 - > 30 - 10 - 10 - 10 - 15 - G x 104- 5 104- 5 104- 5 Dalam Kec. ± 0,15 – 0,1 - Luas 5 - 20 area 15 - 20 area 15 - 20 area ≤ 20 %
Sumber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982; 4.Darmasetiawan, 2001; 5.Peavy, 1985; 6. Montgomery, 1985
Contoh perhitungan : Contoh 1- Koagulasi Aliran air = 0,05 m3/s
Diameter pipa = 8 inchi = 0,2032 m
Panjang pengadukan (L) = 2,5 X 0,2032 m ≈ 0,5 m V = ¼ π D2.L = ¼ π (0,2032)2.(0,5)m = 0,016 m3 Dengan persamaan diatas :
h = 0,009(2 1)(0,05) (1)(1,336.10-3 )0,1 x 2 = 0,013m
(0,2032)4
Dengan persamaan diatas
P = (0,05)x (1000,15615)x (0,013) = 0,66Nm/s
Dengan waktu detensi (t) = 2 detik maka nilai G x t = 175,7 x 2 = 351,4…(memenuhi) Perhitungan kebutuhan PAC (Poly Aluminium Chloride)
Pembubuhan PAC untuk 1 (satu) line = 150 ppm = 150 mg/L Pembubuhan PAC untuk 2 (dua) line = 300 ppm = 300 mg/L
Debit yang diolah untuk 2 (dua) line = (180+180) m3/jam = 360 m3/jam
Kebutuhan PAC = 360.103 L/jam
= 360.103 L/jam x 300 mg/L = 1,08.108 mg/jam = 1,08.108 mg/jam x 10-6 kg/mg x 24 jam/hari = 2592 kg/hari
Perhitungan kebutuhan NaOCl (Sodium Hypochloride) Debit yang diolah dalam 1 (satu) line = 50 L/s
DPC (daya pengikat Chlor) = 1,2 mg/L Sisa Chlor = 0,4 mg/L
Jadi, dosis chlor = (1,2 + 0,4) mg/L
NaOCl mengandung 17,5 % chlor, sehingga dosis NaOCl adalah = 100/17,5 x 1,6mg / L 9,14mg / L 10mg / L 10ppm NaOCl yang dibutuhkan 1 (satu) line
= 50 L/s x 9,14 mg/L = 457 mg/L = 457 mg/L x 10-6 kg/mg x 3600 s/jam
= 1,6452 kg/jam = 39,4848 kg/hari ≈ 39,5 kg/hari Flokulator
Kapasitas Instalasi = 50 L/s = 0,05 m3/s
Viskositas kinematis (ν) = 1,306.10-6 m2/s pada suhu 10°C Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2
Dimensi :
Diameter flokulator = 4,8 m Tinggi air existing = 3,6 m
Volume tangki berdasarkan tinggi air :
= ¼ π D2 x t = ¼ x (3,14) x (4,8)2 x 3,6 = 65,11m3
Waktu Detensi (td) = Volume/Q = 65,11 m3 / 0,05 m3/det = 1302,2 detik = 21,70 menit...(memenuhi)
Luas lintasan paddle = 20 % luas bak = 20 % x ¼ π D2 = 20 % x ¼ (3,14) (4,8)2 = 3,62 m2
Gradien kecepatan (G) dengan kecepatan aliran 0,5 m/s (Persamaan diatas) = {(Cp Av3) / (2vV)} = 1,8. (3,62). (0,5)3 2.(1,306.10-5) (65,11) = 69,20/detik.... (memenuhi) Gxtd = 69,20 / detik x 1302,2 detik = 90.112,24... (memenuhi)
DAFTAR PUSTAKA
Al-Layla , M.Anis , Ahmad S. dan Middlebrooks, E.J ,. 1978. Water Supply Engineering
Design. Ann Arbor Science : Michigan USA
Kawamura, Susumu. 1991. Integrated Design of Water Treatment Facilities. John Willey & Sons, Inc. New York
Metcalf dan Eddy.1991. Waste Water Engineering, Treatment and reuse, Fourth Edition,
Revised by G. Tchobanoglous, F. Burton, H. David Stanseal, International Edition.
Reynold, Tom D., dan Richard, Paul A.1996.Unit Operation and Process in Environmental
