Koagulasi Flokulasi
DASAR TEORI
KoagulasiMenurut Steel dan McGhee (1985), koagulasi diartikan sebagai proses kimia fisik dari pencampuran bahan kimia ke dalam aliran limbah dan selanjutnya diaduk cepat dalam bentuk larutan tercampur. Menurut vesilind et al. (1994), partikel koloid dalam air sulit mengendap secara normal. Partikel koloid mempunyai muatan, penambahan koagulan akan menetralkan muatan tersebut. Partikel netral akan saling berikatan membentuk flok-flok besar dari partikel koloid yang berukuran sangat kecil. Partikel-partikel koloid yang terdapat dalam suatu wadah ataupun aliran air pada dasarnya bermuatan negatip pada permukaannya. Muatan ini menyebabkan gaya tolak-menolak di antara partikel-partikel sehingga menghalangi terjadinya agregasi dari pada partikel-paartikel menjadi agregat yang lebih besar.
Koagulan adalah bahan kimia yang mempunyai kemampuan menetralkan muatan koloid dan mengikat partikel tersebut sehingga siap/mudah membentuk flok atau gumpalan (Hammer, 1986). Dengan penambahan koagulan seperti aluminium sulfat (tawas) ataupun feri klorida, koagulasi dapat berlangsung melalui salah satu mekanisme berikut ini :
a. Jika aluminium sulfat atau feri klorida ditambahkan dalam jumlah yang cukup, maka Al(OH)3 atau Fe(OH)3 akan mengendap. Partikel-partikel yang terdapat di dalam air terjaring ke dalam endapan-endapan ini yang mempunyai sifat mudah melekat sehingga agregasi dari pada flok dapat terjadi.
b. Bilamana aluminium sulfat atau feri klorida ditambahkan ke dalam air, maka akan terbentuk sejumlah spesies yang bermuatan positip (Al3+ atau Fe3+). Spesies ini akan teradsorpsi dengan mudah terhadap partikel koloid yang bermuatan negatif sehingga terjadi netralisasi muatan. Mekanisme ini dikenal sebagai adsorpsi destabilisasi.
Menurut Hammer (1986), dua gaya yang menentukan kekokohan koloid adalah, (1) gaya tarik menarik antar partikel yang disebut dengan gaya Van der Walls, cenderung membentuk agregat yang lebih besar, (2) gaya tolak menolak yang disebabkan oleh pertumpangtindihan lapisan tanda elektrik yang bermuatan sama yang mengakibatkan kekokohan dispersi koloid.
Menurut Suciastuti dan Sutrisno (1987), alumuniun sulfat biasanya disebut juga sebagai tawas. Bahan ini banyak dipakai, karena efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Bahan ini paling ekonomis (murah) dan mudah didapat pada pasaran serta mudah disimpan. Menurut Alaerts dan Santika (1987), alum dalam air akan mengalami proses hidrolisis menurut reaksi umum adalah sebagai berikut: Al2(SO4)3 + 6H2O 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO4 2-
Proses koagulasi – flokulasi dengan koagulan alum, kisaran pH yang mungkin adalah pada pH 5 hingga pH 8 (Davis dan Cornwell, 1991).
Menurut Echanpin (2005), PAC merupakan koagulan anorganik yang tersusun dari polimer
makromolekul yang mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: (1) tingkat adsorpsi yang kuat, (2)
mempunyai kekuatan lekat, (3) pembentukan flok-flok yang tinggi dengan dosis kecil dan (4)
tingkat sedimentasi cepat. Keunggulan lainnya adalah cakupan penggunaan yang luas. Oleh
karena itu, produk ini adalah suatu agen dalam proses penjernihan air dengan efisiensi tinggi, cepat dalam proses pengolahan air, aman dan konsumsi konsentrasi yang rendah.
Menurut Davis dan Cornwell (1991), besi dapat diperoleh dari garam sulfat Fe2(SO4)3.H2O atau garam klorida FeCl3.xH2O yang tersedia dalam bentuk padatan atau larutan. Reaksi FeCl3 dalam air yang mengandung alkalinitas adalah sebagai berikut : FeCl3 + 3 HCO3 - Fe(OH)3(s) + 3CO2 + 3ClDan reaksinya dalam air yang tidak mengandung alkalinitas adalah: FeCl3 + 3H2O Fe(OH)3(s) + 3HCl Pembentukan asam klorida akan menurunkan pH.
Flokulasi
Mekanisme flokulasi dengan polielektrolit adalah dengan cara adsorpsi dan jembatan antar partikel. Flokulasi yang bergantung pada keberadaan senyawa yang bertindak sebagai jembatan di antara partikel-pertikel koloid yang menyatukan partikel-pertikel tersebut dalam suatu massa yang lebih besar yang disebut jaringan flok. Jadi flokulasi adalah suatu proses pembentukan flok di mana terbentuk agregat atau gumpalan besar yang dapat dengan mudah dipindahkan dari larutan. Sedangkan flokulan adalah suatu zat atau senyawa yang dapat ditambahkan untuk terjadinya flokulasi. Flokulan biasanya merupakan polimer dengan berat molekul yang tinggi dan membentuk rantai yang cukup panjang untuk mengurangi gaya tolak-menolak di antara partikel-partikel koloid (Manurung, 2009). Manurung (2009) Bila molekul polimer bersentuhan dengan partikel koloid maka beberapa gugusnya akan teradsorpsi pada permukaan partikel dan sisanya tetap berada dalam partikel. Bila partikel kedua ini terikat pula pada bagian lain dari rantai polimer tersebut maka terjadi kompleks partikel dengan polimernya yang berfungsi sebagai jembatan.
Pada pengolahan air setelah dilakukan koagulasi dan flokulasi maka partikel partikel padat yang terbentukdipisahkan dengan proses sedimentasi dan filtrasi. Sifat koloid yang sulit mengendap ini akan menjadikan waktu pengendapan yang sangat lama. Hal ini disebabkan terutama adanya gaya gaya van der Walls dan elektrostatik pada koloid, sehingga koloid sangat stabil.
Untuk mengetahui tingkat efisiensi proses koagulasi dan flokulasi maka dilakukan proses jartest yang dilakukan di laboratorium. Dengan demikian maka dosis optimum,pH maupun jenis koagulan yang sesuai untuk untuk jenis air yang akan diolah dapat ditentukan menggunakan proses Jartest
PEMBAHASAN
Praktikum ini bertujuan untuk mengamati terjadinya proses koagulasi dan flokulasi serta menentukan dosis optimum koagulan dalam melakukan proses koagulasi. Koagulan yang digunakan adalah tawas dan PAC dengan flokulan aquaclear 0,1%, sedangkan sampel yang digunakan merupakan air limbah laundry.
Pertama, dilakukan pengadukan pada air limbah dengan tujuan agar homogen. Kemudian air limbah tersebut dimasukkan ke dalam enam gelas kimia dengan volume masing-masing 800 ml.
Limbah tersebut diukur kekeruhan awalnya menggunakan alat turbidimeter dengan satuan NTU (Nephelometric Turbidity Unit). Kekeruhan awal limbah saat sebelum ditambahkan koagulan Pac adalah 39,51 NTU; 38,84 NTU; 39,83 NTU; 39,47 NTU; 39,53 NTU DAN 39,41 NTU. Limbah kemudian ditambahkan koagulan PAC maupun tawas dengan konsentrasi 222,2 ppm; 188,9 ppm; 155,6 ppm;
122,2 ppm; 88,9 ppm dan 55,6 ppm dengan pengadukan pada jartest 100 rpm selama 1 menit.
Gambar 1 Pengadukan pada alat jar test
Partikel koloid mempunyai muatan, penambahan koagulan akan menetralkan muatan tersebut. Partikel netral akan saling berikatan membentuk flok-flok besar dari partikel koloid yang berukuran sangat kecil. Pengadukan pada proses koagulasi yang cepat membantu mendistribusikan koagulan secara merata ke seluruh volume air yang diolah. Distribusi yang merata memungkinkan kontak yang baik antara koagulan dan partikel yang meningkatkan efisiensi proses koagulasi.
PAC (Polyaluminum Chloride) ketika ditambahkan ke dalam air, ia berdekomposisi menjadi ion aluminium (Al³⁺) dan ion klorida (Cl⁻). Ion aluminium akan bereaksi dengan ion hidroksida (OH⁻) yang terdapat dalam air untuk membentuk gumpalan-gumpalan hidroksida aluminium (Al(OH)₃).
Gumpalan-gumpalan ini berfungsi untuk mengikat partikel-padatan dan koloid dalam air.
Tawas (aluminium sulfat) ditambahkan ke dalam air limbah dalam bentuk larutan. Setelah ditambahkan, tawas terurai menjadi ion aluminium (Al³⁺) dan ion sulfat (SO₄²⁻) dalam air. Ion aluminium (Al³⁺) yang dihasilkan dari tawas bereaksi dengan ion hidroksida (OH⁻) yang terdapat dalam air. Reaksi ini menghasilkan gumpalan-gumpalan hidroksida aluminium (Al(OH)₃) yang berfungsi untuk mengikat partikel-partikel padatan yang tersebar dalam air. Gumpalan-gumpalan hidroksida aluminium yang terbentuk berinteraksi dengan partikel-partikel padatan dalam air.
Mereka menempel pada partikel-padatan yang ada dan membentuk gumpalan-gumpalan yang lebih besar.
Flokulasi dilakukan dengan penambahan flokulan aquaclear 0,1% sebanyak 1 ml ke dalam masing-masing gelas kimia kemudian dilanjutkan pengadukan 60 rpm selama 10 menit. Flokulan ini membantu partikel-partikel kecil yang telah digumpalkan untuk saling menempel dan membentuk gumpalan yang lebih besar. Flokulasi merupakan kelanjutan dari proses koagulasi, dimana mikroflok hasil koagulasi mulai menggumpalkan partikel-partikel koloid menjadi flok-flok besar yang dapat diendapkan dan proses ini dibantu dengan pengadukan lambat (Hutahaean, 2013). Terlalu banyak pengadukan dapat membubarkan flok sehingga ukurannya menjadi kecil dan terdispersi halus.
Setelah proses koagulasi dan flokulasi selesai, limbah dimasukkan ke dalam Imhoff cone dan diendapkan selama 1 jam, proses ini dinamakan sedimentasi. Sedimentasi mengandalkan prinsip bahwa partikel-partikel padatan dalam suspensi atau koloid cenderung mengendap ke dasar wadah jika dibiarkan dalam keadaan diam. Setelah 1 jam, masing-masing sampel diukur kekeruhan akhir setelah melalui proses pengolahan limbah dan juga diukur ketinggian endapannya. Tinggi endapan yang didapatkan pada penambahan koagulan PAC dari konsentrasi tinggi ke rendah adalah 7,3 cm; 10 cm; 9 cm; 9 cm; 7 cm; dan 5,8 cm. dan tinggi endapan yang dihasilkan pada penambahan koagulan tawas dari konsentrasi tinggi ke rendah adalah 9 cm; 8,7 cm; 8,5 cm; 7,5 cm; 6 cm dan 4 cm.
0 2 4 6 8 10 12
Kurva Tinggi Endapan Terhadap Konsentrasi Koagulan PAC
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Tinggi Endapan (cm)
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
Kurva Kekeruhan Akhir Terhadap Konsentrasi Koagulan PAC
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Kekeruhan Akhir (NTU)
Pada “kurva tinggi endapan terhadap konsentrasi koagulan PAC” didapatkan endapan tertinggi yaitu 10 cm pada konsentrasi koagulan 188,9 ppm. Sedangkan, pada “kurva kekeruhan akhir terhadap konsentrasi koagulan PAC” didapatkan nilai kekeruhan terendah yaitu 6,13 NTU pada konsentrasi koagulan 88,9 ppm. Hasil pengamatan kekeruhan akhir yang didapatkan dari penambahan koagulan PAC dari konsentrasi tinggi ke rendah adalah 18,00 NTU; 9,01 NTU; 7,85 NTU;
6,89 NTU; 6,13 NTU dan 12,89 NTU. Tinggi endapan mengukur jumlah padatan yang telah benar- benar mengendap di dasar tangki pengendapan sehingga memberikan indikasi langsung tentang sejauh mana partikel padatan telah dihilangkan dari air. Sedangkan, kekeruhan mengukur kecerahan air yang masih tersisa dan dipengaruhi oleh partikel padatan yang mungkin belum sepenuhnya mengendap. Nilai antara tinggi endapan dengan tingkat kekeruhan tidak terdapat pada konsentrasi yang sama karena beberapa kemungkinan, yaitu proses pengendapan yang mungkin belum sepenuhnya menghilangkan semua partikel dan diperlukan waktu yang lebih lama untuk memastikan semua partikel dapat terendapkan. Selain itu, kekeruhan air yang mungkin dapat dipengaruhi oleh partikel koloid yang sulit mengendap atau oleh partikel-partikel yang kembali terpecah setelah pengendapan.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Kurva Tinggi Endapan Terhadap Konsentrasi Koagulan Tawas
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Tinggi Endapan (cm)
0 2 4 6 8 10 12 14
Kurva Kekeruhan Akhir Terhadap Konsentrasi Koagulan Tawas
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Kekeruhan Akhir (NTU)
Hal yang sama terjadi pada penambahan koagulan tawas, endapan tertinggi yaitu 8,7 cm didapatkan saat penambahan koagulan konsentrasi 188,9 ppm. Sedangkan, nilai kekeruhan akhir terendah yaitu 3,79 NTU didapatkan saat penambahan koagulan konsentrasi 155,6 ppm. Hasil pengamatan
kekeruhan akhir yang didapatkan dari penambahan koagulan tawas dari konsentrasi tinggi ke rendah adalah 4,96 NTU; 4,52 NTU; 3,79 NTU; 3,87 NTU; 6,90 NTU dan 11,99 NTU.
222.2 188.9 155.6 122.2 88.9 55.6 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Kurva Kekeruhan Sebelum dan Setelah Penambahan Koagulan Terhadap Konsentrasi Koagulan PAC
Kekeruhan awal kekeruhan akhir Konsentrasi Koagulan (ppm)
Kekeruhan (NTU)
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Kurva Efisiensi Penurunan Kekeruhan Terhadap Konsentrasi Koagulan PAC
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Efsiensi Penurunan Kekeruhan (%)
Pada “kurva kekeruhan sebelum dan setelah penambahan koagulan terhadap konsentrasi koagulan PAC” dapat diketahui bahwa selisih kekeruhan terbesar yaitu 33,4 NTU didapatkan pada konsentrasi koagulan 88,9 ppm. Dimana hal ini linier dengan efsiensi penurunan kekeruhan tertinggi yaitu 84% didapatkan pada konsentrasi koagulan 88,9 ppm juga. Maka dapat disimpulkan untuk dosis optimum koagulan PAC yang ditambahkan pada sampel laundry ini yaitu konsentrasi 88,9 ppm.
222.2 188.9 155.6 122.2 88.9 55.6 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Kurva Kekeruhan Sebelum dan Setelah Penambahan Koagulan Terhadap Konsentrasi Koagulan Tawas
Kekeruhan awal kekeruhan akhir Konsentrasi Koagulan (ppm)
Kekeruhan (NTU)
0.0 50.0 100.0 150.0 200.0 250.0 0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Kurva Efsiensi Penurunan Kekeruhan Terhadap Konsentrasi Koagulan Tawas
Konsentrasi Koagulan (ppm)
Efsiensi Penurunan Kekeruhan (%)
Pada saat penambahan koagulan tawas, selisih antara kekeruhan awal dan kekeruhan akhir tertinggi sebesar 34,31 NTU didapatkan saat penambahan koagulan konsentrasi 122,2 ppm. Dan efsiensi penurunan kekeruhan tertinggi yaitu 90% didapatkan saat penambahan koagulan konsentrasi 122,2 ppm dan 155,6 ppm. Maka dapat disimpulkan bahwa dosis optimum koagulan tawas yang ditambahkan untuk pengolahan air limba laundry ini yaitu 122,2-155,6 ppm.
Terlihat pada kurva saat penambahan koagulan melebihi dosis optimum, efsiensi penurunan kekeruhannya menurun dikarenakan terjadinya overkoagulasi. Overkoagulasi adalah kondisi yang terjadi ketika terlalu banyak koagulan ditambahkan ke dalam air yang mengakibatkan penggumpalan berlebihan. Pada konsentrasi koagulan yang berlebihan, partikel-partikel membentuk gumpalan yang besar tetapi longgar. Endapan yang tidak padat tidak akan mengendap dengan baik dan mungkin tidak dapat sepenuhnya memisahkan partikel-partikel kecil dari air yang menyebabkan kekeruhan.
KESIMPULAN
1. Koagulasi dilakukan dengan penambahan koagulan PAC dan tawas disertai pengadukan pada jar test dengan kecepatan 100 rpm selama 1 menit. Flokulasi dilakukan dengan penambahan fokulan aquaclear 0,1% sebanyak 1 ml disertai pengadukan 60 rpm selama 10 menit.
2. Dosis optimum koagulan PAC yang ditambahkan yaitu konsentrasi 88,9 ppm dengan efsiensi penurunan kekeruhan sebesar 84%. Dan dosis optimum koagulan tawas yang ditambahkan yaitu konsentrasi 122,2-155,6 ppm dengan efsiensi penurunan kekeruhan sebesar 90%
DAFTAR PUSTAKA
http://risnotes.com/2011/08/teknologi-pengolahan-limbah-dengan-jartest/#ixzz2BI2jgLib
