PENGELOLAHAN AIR EKSTERNAL

Air baku yang digunakan dalam proses pengolahan air umunya mengandung  total suspended solid yang dapat menyebabkan kekeruhan pada air baku. Kandungan total suspended solid di dalam  air sangat bervariasi tergantung kualitas air baku. Pada saat musim kemarau kandungan total suspended solid akan menjadi lebih rendah dari pada kandungan total suspended solid pada saat musim hujan. Kandungan total suspended solid dapat diturunkan dengan proses pengendapan pada bak prasedimentasi. Pengolahan eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan telarut  (terutama ion kalsium dan magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukan  kerak) dan gas- gas terlarut (oksigen dan karbon dioksida).

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah :

•  Koagulasi dan Flokulasi

•  Sedimentasi

•  Filtrasi

•  Demineralisasi

•  Softening

•  Deaerasi

Metode pengolahan awal adalah sedimentasi sederhana dalam tangki pengendapan  atau pengendapan dalam clarifiers dengan bantuan koagulan dan flokulan, penyaring  pasir bertekanan, dengan aerasi untuk kmenghilangkan karbon dioksida dan besi.

1.      Koagulasi dan Flokulasi

Koagulasi dan flokulasi yaitu proses pemberian bahan-bahan koagulan dan flokulan  kedalam air umpan boiler dengan cara penginjeksian. Koagulasi merupakan proses  netralisasi muatan sehingga partikel partikel dapat saling berdekatan satu dengan yang  lainnya. Flokulasi merupakan proses penyatuan antar partikel-partikel yang sudah  saling berdekatan satu dengan yang lain sehingga partikel -partikel akan saling menarik dan membentuk flok.  Untuk menurunkan turbidity pada inlet clarifier diinjeksikan bahan kimia, yaitu :

a.  Alum Sulfat (Al2(SO4). 18 H2O)

Berfungsi untuk membentuk gumpalan dari partikel yang tersuspensi dalam  air. Bila alum sulfat dikontakkan dengan air maka akan terjadi hidrolisa yang menghasilkan  alumunium hidroksida dan asam sulfat. Penambahan alum tergantung pada  turbiditydan laju alir air.

Reaksi yang terjadi adalah :

Al2 (SO4). 18 H2O + 6 H2O                                     2Al(OH)3 + 3H2SO4 18 H2O

Al (OH)3  yang berupa koloid akan mengendap bersama kotoran lain yang terikut ke dalam air sedangkan H2SO4 akan mengakibatkan air bersifat asam.

b.  Caustik Soda (NaOH)

Berfungsi untuk menetralkan asam akibat reaksi pada proses sebelumnya,  konsentrasi  caustik soda  yang ditambahkan bergantung pada keasaman larutan. PH diharapkan antara 6 – 8.

Reaksi yang terjadi adalah :

H2SO4 + 2 NaOH                              Na2SO4 + 2 H2O

c.    Klorin (Cl2)

Penambahan klorin ini bertujuan untuk mematikan mikroorganisme dalam air,  disamping itu juga untukmencegah tumbuhnya lumut pada dinding  clarifier  yang  dapat mengganggu proses selanjutnya.

d.  Coagulant Aid (Polymer)

Berfungsi untuk mempercepat proses pengendapan, karena penambahan bahan ini akan mengikat partikel-partikel yang menggumpal sebelumnya menjadi gumpalan  yang lebih besar (flok)  sehingga lebih mudah dan cepat mengendap.

2.        Sedimentasi

Sedimentasi adalah proses pemisahan partikel - partikel melayang di dalam air oleh pengaruh gaya gravitasi atau gaya berat partikel. Berdasarkan tingkat konsentrasi partikel di dalam air dan kecenderungan partikel untuk saling berinteraksi, maka proses sedimentasi dapat digolongkan kedalam 4 tipe sedimentasi sebagai berikut :

a)      Tipe 1  : Pengendapan Partikel Mandiri (Discrete Particle Settling)

b)      Tipe 2  : Pengendapan Partikel Floc ( Floculant Settling)

c)      Tipe 3  : Pengendapan Secara Perintangan ( Hindered Settling )

d)     Tipe 4  : Pengendapan Secara Pemampatan ( Compression Settling )

A.    Pengendapan Partikel Mandiri (Discrete Particle Settling)

Pengendapan sebuah discrete particle di dalam air hanya dipengaruhi oleh karakteristik air dan partikel yang bersangkutan dan dapat diterangkan dengan rumus - rumus sederhana dalam mekanika fluida. Yang dimaksud dengan discrete particle adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat selama partikel tersebut mengendap. Proses pengendapan partikel berlangsung semata-mata akibat pengaruh gaya partikel atau berat partikel sendiri. Pengendapan akan berlangsung sempurna apabila aliran dalam keadaan tenang (aliran laminer)

a.       Gerakan partikel

                 Akibat beratnya sendiri, partikel yang mempunyai rapat masa lebih besar dari rapat masa air akan bergerak vertikal ke bawah. Gerakan partikel di dalam air yang tenang akan diperlambat oleh gaya hambatan akibat kekentalan air (drag force) sampai dicapai suatu keadaan dimana besar gaya hambatan setara dengan gaya berat efektif partikel di dalam air. Setelah itu gerakan partikel akan berlangsung secara konstan dan disebut terminal settling velocity.

b.      Gaya berat partikel

Gaya berat partikel dalam air merupakan resultant antara gaya berat partikel dan gaya apung.

Fi = Fv – Fb ………………………………………(1)

dengan :

Fi = gaya berat efektif partikel dalam air,

Fv = gaya berat partikel,

Fb = gaya apung.

Apabila Fv = ρs . g . Vp dan Fb = ρv . g . Vp, maka :

 

Fi = ( ρs – ρw ). g . Vp ………………………… (2)

dengan :

ρs = rapat masa partikel,

ρw = rapat masa air,

g = percepatan grafitasi bumi,

Vp = volume partikel

c.       Gaya hambatan

Gaya hambatan yang dialami selama partikel bergerak di dalam air dipengaruhi oleh kekasaran, ukuran, bentuk, dan kecepatan gerak partikel serta rapat masa dan kekentalan air.

Fd = CD . Ap . ρ . Vs2 …………………………… (3)

dengan :

Fd = gaya hambatan,

Ap = luas proyeksi partikel,

Vs = kecepatan gerak partikel,

CD = koefisien hambatan.

d.      Kecepatan pengendapan

Untuk memperoleh hasil yang optimal, maka kolam pengendapan dirancang berdasarkan ukuran butir yang paling dominan. Apabila kecepatan pengandapan partikel tersebut vt , maka semua partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan sama atau lebih besar dari vt akan diendapakan pada dasar kolam. Dengan demikian apabila luas permukaan kolam A, maka besarnya laju pemisahan partikel dari aliran air adalah :

Q = A . vt

Selanjutnya : vt = Q / A dan disebut laju pembebanan permukaan (surface loading rate atau overflow rate ). Jadi kalau pembebanan permukaan setara dengan kecepatan pengandapan.

e.       Kolam pengendapan ideal

Pada kolam pengendapan yang ideal dengan aliran continue, maka panjang kolam dan waktu tinggal ditentukan sedemikian sehingga semua partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan vt akan mengendap di dasar kolam.

f.       Pengaruh Ukuran partikel

Mengingat bahwa ukuran butir partikel di dalam air sangat bervariasi, maka tidak semua partikel dapat diendapkan di dalam kolam pengendapan. Dengan demikian hanya partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan sama atau lebih besar dari vt akan tertahan secara sempurna di dalam kolam pengendapan.

g.      Efesiensi pengendapan

Pengendapan tidak langsung dipengaruhi oleh kedalaman kolam, tetapi dipengaruhi oleh kecepatan pengendapan. Oleh sebab itu untuk memperoleh hasil yang optimal, kolam pengendapan dirancang tidak terlalu dalam.

B.     Pengendapan Partikel Floc ( Floculant Settling)

Partikel yang berada dalam larutan encer sering tidak berlaku sebagai partikel mandiri (discrete particle) tetapi sering membentuk gumpalan (flocculant particle) selama mengalami proses sedimentasi. Bersatunya beberapa partikel membentuk gumpalan akan memperbesar rapat masanya, sehingga akan mempercepat pengendapannya.

Proses penggumpalan (flocculation) di dalam kolam pengendapan akan terjadi  tergantung pada keadaan partikel untuk saling berikatan dan dipengaruhi oleh beberapa variabel seperti laju pembebanan permukaan, kedalaman kolam, gradient kecepatan, konsentrasi partikel di dalam air dan range ukuran butir. Pengaruh dari variabel-variabel tersebut dapat ditentukan dengan percobaan sedimentasi.

a.       Karakteristik pengendapan

Karakteristik dari pengendapan partikel flok, dapat ditentukan dengan percobaan yang menggunakan sebuah kolom pengendapan. Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan digunakan kolom dengan tinggi 3 m dan diameter 150 mm. kolom pengendapan dilengkapi dengan krans pengambil sampel air dengan jarak vertical 0,6 m. dengan hati-hati kolom diisi dengan larutan suspense sehingga diperoleh distribusi ukuran butir yang cukup seragam pada sepanjang kolom dan dijaga agar partikel mengendap dalam suasana tenang.

b.      Pengendapan

Pengambilan sampel air dilakukan berdasarkan variasi waktu dan kedalaman air. Untuk selanjutnya sampel air dianalisis kandungan partikelnya. Fraksi partikel yang mengendap selanjutnya diplotkan dengan variasi waktu dan keadaan, seperti disajikan pada gambar berikut :