Instalasi Pengolahan Air Limbah (Flokulasi, Koagulasi, Sedimentasi)dengan Bahan Kimia Penjernih Air

Instalasi Pengolahan Air Limbah (Flokulasi, Koagulasi, Sedimentasi)dengan Bahan Kimia Penjernih Air

Instalasi Pengolahan Air Limbah (Flokulasi, Koagulasi, Sedimentasi)dengan Bahan Kimia Penjernih Air

pac penjernih air

Instalasi Pengolahan Air Limbah (Flokulasi, Koagulasi, Sedimentasi)dengan Bahan Kimia Penjernih Air dalam Pengolahan Limbah Organik,Industri dan Rumah tangga

Water Treatment

Air merupakan sumber alam yang sangat penting di dunia, karena tanpa air kehidupan tidak dapat berlangsung. Air juga banyak mendapat pencemaran. 
Berbagai jenis pencemar air berasal dari :

1. a)    Sumber domestik (rumah tangga), perkampungan, kota, pasar, jalan, dan sebagainya.
2. b)   Sumber non-domestik (pabrik, industri, pertanian, peternakan, perikanan, serta sumber-sumber lainnya.

       Water treatment adalah bagian dari unit utilitas yang sangat vital, yaitu sebagai unit yang berfungsi dalam pengolahan air yang digunakan untuk mendukung kegiatan dari produksi itu sendiri antara lain untuk kebutuhan make up cooling water, pembuatan air demin  dan untuk memenuhi keperluan air bersih dan air minum baik untuk kompleks maupun untuk pabrik itu sendiri.Masalah air limbah tidak sesederhana yang dibayangkan karena pengolahan air limbah memerlukan biaya investasi yang besar dan biaya operasi yang tidak sedikit.

Untuk itu, pengolahan air limbah harus dilakukan dengan cermat, dimulai dari perencanaan yang teliti, pelaksanaan pembangunan fasilitas instalasi pengolahan air limbah (IPAL) atau unit pengolahan limbah (UPL) yang benar, serta pengoperasian yang cermat. Pada umumnya kebutuhan pabrik akan air  sangat banyak dan perlu sehingga lokasi pabrik dipilih dekat dengan sumber air.

 Proses Water Treatment

            Ada dua proses yang terjadi pada water treatment yaitu proses secara umum dan proses secara khusus.

1. Proses secara umum

             Water treatment merupakan unit yang berguna dalam pembersihan air dari air kotor menjadi air bersih, yaitu dengan cara proses klarifikasi yaitu proses penghilangan suspended solid. Proses tersebut dapat berjalan dengan 3 proses yaitu :

a.    Proses koagulasi

             Yaitu partikel koloid yang bermuatan sama dinetralisir melalui koagulan. Reaksinya sebagai berikut :

Al₂(SO₄  + 3 Ca(OH)₂                                              2 Al(OH)₃   +    3  CaSO₄

            Tahap-tahap koagulasi:

1)   Rapid mixing , yaitu adanya tumbukan menjadi netralisasi sempurna distribusi koagulan merata.

2)   Netralisasi muatan

3)   Tumbukan partikel

b.    Proses flokulasi

            Yaitu suatu mekanisme dimana flok kecil yang sudah terbentuk dalam proses koagulasi tadi melalui suatu media flokulan digabungkan menjadi flok yang lebih besar sehingga cukup berat untuk bisa mengendap. Di dalamnya juga terdapat rantai yang  panjang dan banyak cabangnya yang berguna sebagai jembatan penghubung.Hal yang dapat menyebabkan putusnya rantai tersebut adalah pengadukan yang cepat (rapid mixing). Faktor lain yang dapat mengganggu adalah kondisi tingkat keasaman lingkungan sekitarnya sehingga perlu menginjeksikan chemical’s NaOH sebagai pH adjuster.

c.    Sedimentasi

            Dasar teori yang dipakai untuk proses sedimentasi adalah hukum stoke, yaitu floks yang besar tersebut mengalami pengendapan. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhinya yaitu antara lain :

1)   Dosis koagulan dan flokulan.

2)   Mixing, pH, temperatur, warna air baku

3)   Level interface dan blowndown lumpur di klarifier.

2. Proses secara khusus

            Air baku yang berasal dari sungai disebut dengan raw water intake yang dipompa melalui unit RPA untuk diproses lebih lanjut ke unit operasi water treating plant. Raw water intake masuk melalui bagian bawah clarifier. Setelah itu air melalui wilayah yang disebut dengan sand filter untuk mendapatkan perlakuan penyaringan atau filtrasi dengan menggunakan pasir (sand), koral (gravel) dan antrasit yang berfungsi untuk menghilangkan atau mereduksi zat tersuspensi yang terikut didalam air umpan. Secara periodik (24 jam) saringan harus di backwash untuk menghilangkan flok yang tertangkap selama filtrasi di permukaan filter.

            Air yang keluar (yang merupakan air bersih) dari sand filter kemudian dipompakan ke tanki pengumpul (storage tank). Untuk menjaga agar pH air bersih tersebut on specification (7,5-8,5) maka diinjeksikan NaOH liquid. Di dalam storage tank terdapat juga kation exchanger (H₂SO₄), anion exchanger (NaOH), dan mix bed (H₂SO₄  +  NaOH). Kemudian didapatkanlah treat water atau air bersih yang telah dapat untuk didistribusikan.

Peralatan pada Water Treatment

Sebagai contoh untuk skala pabrik sumber air baku untuk pembuatan airnya diambil dari air sungai. Secara singkat pengolahan air dari sungai tersebut mengalami beberapa tahapan, adapun peralatan yang digunakan dalam unit water treatment adalah sebagai berikut :

1)   Filter (saringan)

2)   Pompa

3)   Flocculator

4)   Clarifier

5)   Clear well

6)   Sand Filter

7)   Filtered Water Storage Tank

Unit-unit di atas memiliki fungsi dan prinsip kerja yang berbeda-beda satu sama lain. Berikut ini merupakan pembahasan mengenai unit-unit di atas yaitu antara lain :

1.    Filter

Yang dimaksud dengan filter disini adalah alat penyaringan air yang memiliki kerapatan yang cukup besar. Hal ini sesuai dengan fungsinya yaitu untuk menyaring benda padat kasar yang terapung disekitar pompa air, sehingga kerusakan pompa dapat terhindar akibat tersumbat. Prinsip kerja dari filter yaitu hanya menerima air yang didistribusikan oleh pompa dan pada filter terjadi pemisahan antara benda padat kasar dan air.

2.    Pompa

Disini pompa berfungsi untuk mendistribusikan air (air sungai) dan akan kemudian di olah kembali. Prinsip kerja dari pompa yaitu mendistribusikan air dari sumber air dan kemudian diolah kembali oleh alat-alat selanjutnya.

3.    Flocculator

Flocculator adalah bagian yang berupa tangki dengan diameter, tinggi dan kapasitas tertentu sesuai dengan keperluan. Prinsip kerja dari flocculator menampung air yang didistribusikan oleh pompa kemudian koloid-koloid yang terdapat bersama-sama dengan air dikoagulasi karena pengaruh beberapa bahan kimia yang diberikan. Selanjutnya koloid yang berbentuk flock ini tertinggal di flocculator kemudian airnya diproses pada alat selanjutnya.

Air sungai yang dipompakan, sebelum masuk kedalam flocculator maka diinjeksikan dengan berbagai macam bahan kimia, antara lain:

a.    Larutan alum ( Al₂SO₄)

Larutan ini berfungsi untuk memperbesar ukuran partikel-partikel koloid sehingga akan lebih mudah terbentuk floc-floc dan mengendap. Suspensi koloid  terdiri dari ion-ion bermuatan negatif sehingga akan terjadi peristiwa tolak-menolak antar ion. Apabila ion –ion yang bermuatan positif yang terdapat dalam zat pengendap (coagulant chemicals) bersentuhan dengan ion-ion negatif maka akan terbentuk gumpalan berupa gelatin. Dengan demikian ukuran partikel akan bertambah besar sehingga dapat dipisahkan dengan cara pengendapan. Berbagai usaha telah banyak dilakukan agar kehadiran pencemaran terhadap air dapat dihindari atau setidaknya diminimalkan.

b.    Coagulant Aid

Berfungsi untuk memperbesar partikel koloid dan membentuk floc tank, sehingga proses pengendapan berlangsung lebih cepat dan sempurna. Bahan kimia polimer sering dipakai sebagai koagulan. Bahan kimia polimer sering dipakai sebagai koagulan/flokulan pembantu dalam proses flokulasi di IPA, polimer berfungsi membantu membentuk makroflok yang akan menahan abrasi setelah terjadi destabilisasi dan pembentukan mikroflok disebabkan oleh koagulan. Adsorpsi koagulan pembantu pada mikroflok penting supaya makroflok dapat terbentuk. Hal ini sangat dipengaruhi oleh karakteristik batas permukaan antara molekul dan hal ini sangat tergantung pada komposisi air.

Sesuai dengan muatan elektrostatik dalam larutan air, koagulan/flokulan pembantu dikelompokkan menjadi non ionogen, anion aktif dan kation aktif. Bahan kimia pendukung lainnya yang dimaksud adalah zat kimia yang digunakan untuk membantu berlangsungnya proses koagulasi-flokulasi. Zat ini biasanya ditambahkan sebelum proses koagulasi dilakukan. Zat-zat tersebut berfungsi untuk penetapan pH, sebagai zat pemberat, sebagai oksidator, sebagai adsorben dan sebagai elektrolit.

Penetapan pH yang dimaksud adalah penetapan pH optimum untuk koagulasi, ditetapkan untuk memenuhi persyaratan pH berada pada jangkauan yang disyaratkan untuk setiap jenis koagulan yang digunakan. Ada beberapa zat kimia yang digunakan untuk penetapan pH pada pengolahan air adalah :

1)   Kapur CaO, Ca(OH)₂ berfungsi untuk menaikan pH

2) Soda abu (Na₂C_O3)

3) Soda api (NaOH)

4) Asam sulfat (H₂SO₄) , CO₂ berfungsi untuk menurunkan pH

Dengan adanya partikel-partikel suspensi yang ditambahkan, akan terjadi tumbukan antar partikel, sehingga terjadi aglomerasi antar partikel. Disamping tumbukan antar partikel zat ini juga dapat meningkatkan daya adsorpsi partikel.

c.    Gas Klorin

          Merupakan zat pembunuh bakteri, jamur, mikroorganisme yang terdapat didalam air. Dosis yang digunakan adalah 5 ppm. Sebelumnya digunakan kaporit (CaOCl₂), kaporit lebih baik dari pada chlorine karena dapat dengan cepat mengendapkan lumpur sehingga air akan lebih bersih.

d.   Caustic Soda (NaOH)

Berfungsi untuk mengatur pH air sungai karena pada sistem pembentukan floc dibutuhkan kondisi dengan pH 5,5 s.d 6,2. Pemakaian NaOH memiliki dosis standar tersendiri. Dosis yang digunakan adalah 2 sampai dengan 5 ppm. Kondisi pH harus dijaga lebih dari 5,5 agar floc terbentuk dan pH harus kecil dari 6,2 agar floc yang terbentuk tadi tidak akan pecah lagi. Flocculator juga dilengkapi dengan pengaduk yang berfungsi menghomogenkan air sungai dan bahan kimia yang telah diinjeksikan tersebut.

4.    Clarifier

Clarifier berfungsi sebagai tempat pembentukan flok dengan penambahan larutan Alum (Al₂(SO₄)₃ sebagai bahan. Pada Clarifier terdapat mesin agitator yang berfungsi sebagai alat untuk mempercepat pembentukan flok. Pada Clarifier terjadi pemisahan antara air bersih dan air kotor. Air bersih ini kemudian disalurkan dengan menggunakan pipa yang besar untuk kemudian dipompakan ke filter. Clarifier terbuat dari beton yang berbentuk bulat yang dilengkapi dengan penyaring dan sekat. Dari inlet pipa clarifier, air masuk ke dalam primary reaction zone.

Di dalam primary reaction zone dan secondary reaction zone, air dan bahan kimia (koagulan yaitu tawas) diaduk dengan alat agitataor blade agar tercampur homogen. Maka koloid akan membentuk butiran-butiran flokulasi. Hal ini dilakukan karena penyelesaian gravitasi efektif daerah cenderung desain pelat sebanding dengan total luas permukaan miring rak piring. Air yang telah bercampur dengan koagulan membentuk ikatan flokulasi, masuk melalui return floc zone dialirkan ke clarification zone. Sedimen yang mengendap dalam concentrator dibuang.

Hal ini berlangsung secara otomatis yang akan terbuka setiap satu jam sekali dalam waktu 1 menit. Air yang masuk ke dalam clarification zone sudah tidak dipengaruhi oleh gaya putaran oleh agitator, sehingga lumpurnya mengendap. Air yang berada dalam clarification zone adalah air yang sudah jernih. Clarifier terbuat dari beton yang berdiameter dan dilengkapi dengan pengaduk.

Pada clarifier air terdiri dari flocculator dipisahkan floc-floc nya dengan cara pengendapan yang disertai dengan pengadukan berputaran rendah. Hal ini berfungsi untuk membentuk floc (gumpalan) dari partikel yang berukuran kecil. Clarifiers terutama digunakan dalam air limbah industri pengolahan untuk memisahkan padatan dari limbah cair di sungai. Clarifier adalah langkah ketiga dalam proses yang biasanya merupakan proses empat langkah untuk air dan pengolahan air limbah. Dalam pengolahan air limbah empat langkah utama adalah pengumpulan dan homogenisasi limbah, pH penyesuaian, klarifikasi, dan sludge dewatering.

 Peralatan klarifikasi konvensional memerlukan permukaan yang jauh lebih besar dalam rangka penghapusan cocok dengan makanan padat kapasitas suatu lapisan tipis clarifier. Tingkat loading dapat diterapkan pada sebuah lapisan tipis ukuran clarifier/pemukim dengan menggantikan daerah yang diproyeksikan untuk penyelesaian permukaan luas clarifier konvensional. Selama proses clarification, dihilangkan juga water hardness (air keras) yaitu garam kalsium dan magnesium yang larut dalam air.

Hardness dapat dikurangi dengan jalan mereaksikan zat-zat kimia yang akan mengendapkan hardness tersebut. Air bersih hasil pengendapan dipisahkan melalui over flow di bibir clarifier dan endapannya dibuang (blowdown) melalui bagian bawah clarifier. Kualitas air pada clarifier dapat dikontrol di outlet clarifier dengan parameter pH antara 5,5 s.d 6,2 kadar chlorine 0,3 s.d 1,5 ppm dan turbidity kurang dari 5 ppm.

5.    Clear well

Salah satu unit bangunan di dalam TPA (instalasi pengolahan air bersih) yang berfungsi sebagai penampung/wadah sementara (reservoir) air hasil pengolahan. Pada beberapa instalasi, unit ini juga berfungsi sebagai tempat pembubuhan desinfektan. Pipa transmisi adalah pipa pipa pembawa air minum yang menghubungkan bak penampung air (clear well) dengan bak penampung air distribusi (reservoir distribution).

Reservoir berfungsi sebagai tempat penampungan air bersih yang telah disaring melalui filter, air ini sudah menjadi air yang bersih yang siap digunakan dan harus dimasak terlebih dahulu untuk kemudian dapat dijadikan air minum. Unit ini juga digunakan sebagai waduk untuk menyimpan disaring kuantitas air yang memadai untuk mencegah kebutuhan yang berbeda-beda untuk menilai penyaringan dengan variasi permintaan, Pada beberapa instalasi, unit ini juga berfungsi sebagai tempat pembubuhan desinfektan untuk menjaga kualitas air. Berbagai usaha telah banyak dilakukan agar tidak terjadi pencemaran terhadap air. dapat dihindari atau setidaknya diminimalkan.

6.    Sand Filter

Sand Filter digunakan untuk pemurnian air. Ada tiga jenis utama;

1.    Rapid (gravity) sand filters

2.    Upflow sand filters

3.      Slow sand filters

Semua tiga metode yang digunakan dalam industri di seluruh dunia. Dua yang pertama mengharuskan penggunaan bahan kimia flocculant untuk bekerja secara efektif. Sementara slow sand filters dapat menghasilkan kualitas air sangat tinggi bebas dari patogen, rasa dan bau tanpa memerlukan bantuan kimia. Penyaring yang digunakan adalah rapid sand fliter (filter saringan cepat). Sand filter jenis ini berupa bak yang beriisi pasir kwarsa yang berfungsi untuk menyaring flok halus dan kotoran lain yang lolos dari klarifier (clearator).

Air yang masuk ke filter ini telah dicampur terlebih dahulu dengan klorin dan tawas. Media penyaring biasanya lebih dari satu lapisan, yaitu pasir kwarsa dan batu dengan mesh tertentu. Air mengalir ke bawah melalui media tersebut. Zat-zat padat yang tidak larut akan melekat pada media, sedangkan air yang jernih akan terkumpul di bagian dasar dan mengalir keluar melalui suatu pipa menuju reservoir. Flocculated air melewati Rapid (gravity) sand filters luar floc dan partikel-partikel yang terperangkap di dalamnya mengurangi jumlah bakteri dan menghilangkan sebagian besar padatan. Media penyaring adalah pasir dengan karakteristik yang berbeda-beda. Di mana rasa dan bau mungkin menjadi masalah (organoleptik dampak), sand filter mungkin termasuk lapisan karbon aktif untuk menghilangkan rasa dan bau seperti itu.

Sand filter menjadi tersumbat dengan periode floc setelah digunakan dan mereka kemudian dicuci backwashed atau tekanan untuk menghapus floc. Air backwash ini dijalankan ke tank menetap sehingga dapat menyelesaikan floc keluar dan kemudian dibuang sebagai bahan limbah. Di beberapa negara lumpur dapat digunakan sebagai Pemeliharaan filter yang tidak memadai telah menjadi penyebab pencemaran air minum sesekali. Sand filter kadang-kadang digunakan dalam pengolahan limbah sebagai tahap pemolesan akhir. Dalam menyaring jebakan pasir sisa bahan ditangguhkan dan bakteri dan menyediakan matriks fisik untuk bakteri dekomposisi bahan nitrogen, termasuk amonia dan nitrat, ke nitrogen gas.

Dari clear well, air disaring di sand filter yang bertujuan memisahkan kotoran halus yang terdapat dalam air bersih dan mengurangi ion nitrat ataupun nitrit yang tidak terendapkan pada flocculator. Untuk melihat indikasi sand filter telah menurun dapat dimonitoring dengan pressure drop. Untuk mengeluarkan kotoran yang tertahan pada saat operasi maka dilakukan backwash. Air yang keluar dari sand filter diharapkan mempunyai turbidity maksimum yaitu sebanyak 1 ppm.

7.      Filtered Water Storage Tank

Air hasil proses di sand filter kemudian ditampung di filtered water storage tank  kualitas yang diharapkan ada pada air hasil pengolahan. Diharapkan air yang dihasilkan sudah sesuai dengan standar dan layak untuk dikonsumsi atau diolah lebih lanjut.