CL224305 – Teknik Analis Pencemaran Lingkungan
Minggu 5
Mashudi, S.Si., M.ENVM.
Pendahuluan
M1
Perkenalan, kontrak kuliah, dan baku mutu
Parameter Lingkungan
M2
Pengenalan parameter fisik, kimia, dan biologis
Parameter fisik &
kimia
M5
Koagulasi-flokulasi dan jar test
Parameter kimia (Fe, Mn, F)
M6
Menghitung Fe, Mn, dan F
Sekilas tentang MK
Teknik sampling
M3
Penentuan lokasi, pengambilan,
penyimpanan, dan pengawetan sampel
Lab QA/QC
M4
Interpretasi hasil analsis, larutan standar, dan QA/QC lab
Parameter padatan
M7
Menghitung padatan
ETS
M8
Evaluasi belajar M1-M7
Asiditas, alkalinitas, dan CO2
M11
Menghitung asiditas, alkalinitas, dan CO2
Disinfektan dan BPC
M12
Menghitung kadar disinfektan dan BPC
Sekilas tentang MK
Kesadahan
M9
Menghitung kesadahan
Kesadahan
M10
Menghitung kesadahan
Oksigen
M13
Menghitung DO, PV, BOD, dan COD
Oksigen
M14
Menghitung DO, PV, BOD, dan COD
Sekilas tentang MK
Klorofil, NH, NO, PO, SO
M15
Menghitung klorofil, NH3, NO2, NO3, PO dan SO4
EAS
M16
Evaluasi belajar M1-M15
Dosen
Bieby Voijant Tangahu, ST., MT., PhD.
Ipung Purwanti, S.T., M.T., PhD
Harmin Sulistiyaning Titah, ST, MT, PhD
Mashudi, S.Si, M.ENVM
Disclaimer Outline
• Koagulasi-Flokulasi
• Jar Test
The slides may contain some unquoted or inadequately cited images. This presentation is for internal use only as a study aid. In principle, there is copyright on all content. Author permission must be obtained prior to further publication.
Koagulasi-Flokulasi
A
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
Koagulasi
Proses destabilisasi koloid dan partikel dalam air dengan menggunakan bahan kimia (disebut koagulan) yang menyebabkan pembentukan inti gumpalan (presipitat). Proses koagulasi dapat terjadi jika dilakukan pengadukan.
Flokulasi
Proses penggabungan inti flok sehingga menjadi flok berukuran lebih besar. Pemberian energi agar terjadi tumbukan antar partikel tersuspensi dan koloid agar terbentuk gumpalan (flok) sehingga dapat dipisahkan melalui proses pengendapan dan penyaringan. Proses koagulasi dapat terjadi jika dilakukan pengadukan.
A. Koagulasi-Flokulasi
Partikel besar
• Mengendap dengan cepat
• SETTLEABLE SOLID
Partikel kecil
• Tidak mengendap dalam waktu lama
• Perlu dipercepat supaya efektif
• NONSETTLEABLE SOLID
• Biasanya terdiri dari mikroba seperti bakteri, virus dan protozoa, molekul organic dan inorganic lain.
Menyebabkan kekeruhan
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
• Partikel solid dalam air dapat berupa partikel bebas/diskrit dan koloid dengan ukuran sangat kecil yaitu 10-7mm- 10-1 mm.
• Beberapa partikel tidak dapat diendapkan secara langsung
• Partikel dan koloid umumnya bermuatan listrik sama yang menyebabkan tumbukan antar partikel (terjadi gerak Brown) → berakibat terjadinya suatu partikel yang sangat stabil.
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
• Air baku untuk air bersih berasal dari sungai, danau, dan sebagainya.
• Kekeruhan disebabkan oleh partikel-partikel kecil dan koloid yang berukuran 10 nm sampai 10 µm (kwarts, tanah liat, ganggang, dll)
• Partikel-partikel kecil ini terlalu ringan
• Partikel-partikel tersebut tidak dapat menyatu, bergabung dan menjadi partikel yang lebih besar dan berat, karena muatan elektris pada
permukaan elektrostatis antara partikel satu dengan yang lain.
• Kekeruhan dapat dihilangkan dengan membubuhkan bahan kimia dengan sifat-sifat tertentu disebut flokulan.
A. Koagulasi-Flokulasi
• Partikel yang tidak dapat mengendap secara alami karena adanya stabilitas koloid.
• Stabilitas koloid terjadi karena:
➢gaya tarik van der waal’s (inter molekul)
➢gaya tolak /repulsive elektrostatik (antar molekul)
• Koagulasi bertujuan mengurangi stabilitas koloid (proses destabilisasi) melalui penambahan bahan kimia dengan muatan berlawanan.
A. Koagulasi-Flokulasi
Pada koagulasi akan terjadi :
• Penurunan tegangan permukaan (zeta potensial) melalui proses netralisasi muatan dan adsorpsi.
• Presipitasi dari koagulan akan menyapu koloid
• Adsorpsi dan pembentukan jembatan antar partikel.
A. Koagulasi-Flokulasi
Colloids in surface water are negatively charged
Colloids cannot flocculate unless charge is neutralized
Positive ions (alum - coagulant)are added to neutralize the negative ions once neutralized, colloids begin to agglomerate and floc size increase Polymer is added to aid floc formation
Does not work well when alkalinity is < 40 mg/L Floc is settled or filtered out
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
• Secara umum koloid pada air permukaan adalah bermuatan negatif, maka kation diperlukan untuk proses netralisasi muatan.
• Valensi tiga adalah yang paling efektif (trivalent cation)
• Non toxic (Produce→safe water)
• Insoluble in the neutral pH range
• Koagulan diharapkan mengendap jika dibubuhkan dalam dosis besar pada sekitar pH netral → tidak ada yang tersisa pada air
A. Koagulasi-Flokulasi
Trivalent coagulants
Most treatment plants use trivalent coagulants
Trivalent coagulants are 50-60 times more effective than bivalent coagulants; 1000 times more effective than monovalent coagulant
Trivalent coagulant:
Aluminum Iron
Bivalent coagulant:
Calcium
Monovalent coagulant:
Sodium
A. Koagulasi-Flokulasi
Contoh koagulan
A. Koagulasi-Flokulasi
Contoh koagulan gabungan
A. Koagulasi-Flokulasi
Coagulant aids
• Membantu proses koagulasi
• Membentuk floc yang lebih kuat dan besar
• Menjaga suhu dan efektivitas koagulasi saat suhu turun
• Mengurangi kebutuhan koagulan
• Mengurangi produksi sludge
A. Koagulasi-Flokulasi
Tipe coagulant aids
• pH Adjuster
➢ Asam dan basa digunakan untuk mengatur pH agar proses koagulasi dan flokulasi terjadi pada rentang optimal
➢ Asam → sulfuric acid
➢ Basa → lime Ca(OH)2 atau soda Na2CO3
• Activated silica & clay
➢ Ditambahkan ke air agar air dalam kondisi stabil/memiliki muatan negatif pada permukaan koloid
➢ Dapat begabung dengan koloid dengan muatan positif (Al atau Fe) sehingga floc lebih besar, lebih berat → pengendapan lebih cepat
➢ Digunakan pada pengolahan air dengan konsentrasi warna tinggi tetapi turbidity rendah
➢ Fungsi clay sama dengan activated silica
• Polymer
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
A. Koagulasi-Flokulasi
Faktor-fakor yang mempengaruhi koagulasi
• Jenis koagulan
• Jumlah koagulan
• Kualitas air baku
• Suhu
• pH
• alkalinitas
• zeta potential
• Tipe dan jenis flokulasi
• Efektivitas sedimentasi
Pengadukan dan Jar Test
B
B.1. Pengadukan
Jenis pengadukan
Kecepatan pengadukan
Pengadukan cepat
Pengadukan lambat
Metoda pengadukan
Pengadukan mekanis,
Pengadukan hidrolis
Pengadukan pneumatis
B.1. Pengadukan
Pengadukan cepat
Tujuan:
untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air.
Secara umum, gradien kecepatan berkisar antara 100 hingga 1000 per detik selama 5 hingga 60 detik.
B.1. Pengadukan
Pengadukan cepat
Untuk proses koagulasi-flokulasi:
Waktu detensi = 20 - 60 detik
Gradien kecepatan = 700-1000 detik-1
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):
Waktu detensi = 20 - 60 detik
Gradien kecepatan = 700-1000 detik-1
Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dll)
Waktu detensi = 0,5 - 6 menit
Gradien kecepatan = 700-1000 detik-1
B.1. Pengadukan
Pengadukan cepat
Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan:
a. Pengadukan mekanis
b. Pengadukan hidrolis
c. Pengadukan pneumatis
Pengadukan mekanis paling umum digunakan karena sangat efektif dan lebih fleksibel dalam operasi.
Faktor penting perancangan pengaduk mekanis: kedua parameter
pengadukan, yaitu G dan td.
B.1. Pengadukan
Pengadukan lambat
Tujuan: menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel
berukuran besar.
Digunakan pada proses flokulasi, untuk pembesaran inti gumpalan.
Gradien kecepatan diturunkan secara perlahan-lahan agar gumpalan yang telah terbentuk tidak pecah lagi dan
berkesempatan bergabung dengan yang lain membentuk
gumpalan yang lebih besar.
B.1. Pengadukan
Pengadukan lambat
Penggabungan inti gumpalan sangat tergantung pada karakteristik flok dan nilai gradien kecepatan.
Secara umum, pengadukan dilakukan pada gradien kecepatan
kurang dari 100 per detik selama 10 hingga 60 menit.
B.1. Pengadukan
Pengadukan lambat
Untuk proses koagulasi-flokulasi:
Waktu detensi = 15 - 45 menit
G = 10 - 75 detik-1
Untuk air sungai:
Waktu detensi = minimum 20 menit
G = 10 - 50 detik-1
Untuk air waduk/reservoir:
Waktu detensi = 30 menit
G = 10 - 75 detik-1
B.1. Pengadukan
Pengadukan lambat
Untuk air keruh:
Waktu dan G lebih rendah
Bila menggunakan garam besi sbg koagulan:
G tidak lebih dari 50 detik-1
Untuk flokulator 3 kompartemen:
G kompartemen 1 : nilai terbesar
G kompartemen 2 : 40 % dari G komp. 1
G kompartemen 3 : nilai terkecil
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):
Waktu detensi = minimum 30 menit
G = 10 - 50 detik-1
B.1. Pengadukan
Pengadukan lambat
Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dll)
Waktu detensi = 15 - 30 menit
G = 20 - 75 detik-1
Pengadukan lambat dilakukan dengan cara antara lain:
a. Pengadukan mekanis
b. Pengadukan hidrolis
B.2. Jar Test
B.2. Jar Test
Coagulation Flocculation Sedimentation
B.2. Jar Test
Coagulation Flocculation Sedimentation
Flash Mix
100 rpm, 1 minute
Slow Mix
30 rpm, 15 minute 0 rpm, 30 minute
B.2. Jar Test
(
4)
3 2(
3)
2( )
3 4 2 22 SO .18H O 3Ca HCO 2Al OH 3CaSO 18H O 6CO
Al + → + + +
Alum (Tawas)
Natural alkalinity
Floc
Kekurangan: pH turun, corrosive on metals
( )
++
+ H O → Al OH + H
Al
33
2 33
B.2. Jar Test
(
SO)
H O Ca(
OH)
Al(
OH)
CaSO H OAl2 4 3.18 2 + 3 2 → 2 3 + 3 4 + 18 2
(
4)
3 2(
3)
2( )
3 4 2 22 SO .18H O 3Na CO 3H O 2Al OH 3NaSO 18H O 3CO
Al + + → + + +
Soda ash untuk menaikkan alkalinitas
Kapur jenuh untuk menaikkan alkalinitas
B.2. Jar Test
B.2. Jar Test
Kekeruhan dengan alkalinitas
Kekeruhan Alkalinitas Dosis Koagulan
Tinggi Rendah Sedikit
Tinggi Tinggi Banyak
Rendah Tinggi Sedang
(perlu penambahan kekeruhan)
Rendah Rendah Sedikit
(harus ditambah kekeruahan)
B.2. Jar Test
QA/QC
Kesalahan-kesalahan disebabkan oleh:
• Sampel yang tidak representatif untuk badan air yang diperiksa.
• Sampel yang tidak diaduk membuat zat tersuspensi yang berat tertinggal di bawah, sehingga pada saat air baku dituangkan dalam 6 beker glass, hanya beker terakhir yang mendapatkan cairan dengan zat tersuspensi yang berada di bagian sebelah bawah sampel.
• Perbedaan nilai pH
• Saat pembubuhan flokulan ke dalam jar test tidak bersamaan
• Pengambilan sampel yang telah diolah melalui proses flokulasi untuk dianalisa mengenai zat tersuspensi, dsb, tidak bersamaan untuk masing-masing beker.
Pengawetan sampel:
Waktu pengawetan paling lambat 1 hari, karena setelah 1 hari dapat terjadi flokulasi sendiri dari zat-zat tersuspensi tanpa pembubuhan flokulan, sehingga sampel tidak berlaku.
B.2. Jar Test
Example of jar test result
Raw water turbidity= 51,7 NTU Raw water pH = 7,44
Beker 1 2 3 4 5 6
Alum (mg/L) 0 10 20 30 40 50
pH 7,41 6,41 6,00 6,28 6,23 6,11
Turbidity (NTU) 51,6 17,3 5,11 3,40 4,54 5,10
Beker 1 2 3 4 5 6
Alum (mg/L) 0 5 10 15 20 25
Polimer (mg/L) 0 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
pH 7,41 7,11 7,01 6,98 6,93 6,93
Turbidity (NTU) 51,60 11,20 5,44 3,55 2,56 3,48
B.2. Jar Test
Latihan A
Hitung berapa banyak koagulan (Tawas) yang harus dilarutkan dalam air jika IPA mengolah 100 L/s air, membutuhkan dosis tawas 50 mg/L. Koagulan dilarutkan setiap 8 jam sekali. Kemurnian tawas 60%.
B.2. Jar Test
Latihan B
Berapa banyak air yang dibutuhkan untuk melarutkan 240 kg larutan tawas, dengan konsentrasi larutan tawas 5%, jika berat jenis tawas adalah 1,05 kg/L. Hitung debit koagulan yang harus dibubuhkan pada air baku setiap 8 jam!
