dasar – dasar Teknik pengolahan air

DASAR – DASAR TEKNIK PENGOLAHAN

AIR

Permasalahan dan TujuanPermasalahan: Air baku tidak memenuhi standard Faktor ekonomi (biaya tinggi) Faktor sosial (kurangnya kesadaran dan

pengetahuan)

Tujuan: Menjadikan air baku yang kurang/tidak memenuhi

standard menjadi air bersih yang memenuhi standard sesuai dengan peruntukannya berdasarkan standard peraturan yang berlaku.

Standard Kualitas AirPeraturan Pemerintah Republik Indonesia No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air

Kelas Penggunaan

I Air baku untuk air minum

II Prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, mengairi pertanaman

III Pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, mengairi pertanaman

IV Mengairi pertanaman

Karakteristik Sumber AirKarakteristik Air Permukaan Air Tanah

Temperatur Bervariasi, tergantung pada musim Relatif konstan

Kekeruhan Bervariasi, kadang-kadang tinggi Rendah, 0

Warna Akibat lempung, ganggang Akibat asam humus

Kandungan mineral Bervariasi (jenis tanah, curah hujan dll) Relatif konstan

Fe dan Mn (terlarut) Biasanya tidak ada, kecuali dasar danau Ada

CO2 agresif Tidak ada Ada

DO Mendekati jenuh, kecuali air tercemar Rendah

H2S Tidak ada Sering ada

NH4 Ditemui pada air tercemar Sering ditemui

Nitrat Ditemui pada air tercemar Kadang-kadang tinggi

Silika Rendah Sering tinggi

Mikropolutan organik Ada Biasanya tidak ada

Organisma hidup Bakteri, virus, plankton Bakteri, besi

Metoda Pengolahan AirPengolahan Fisika

Pengolahan Kimia

Pengolahan Biologi

Perubahan kualitas air terjadi akibat proses fisik

Perubahan kualitas air terjadi akibat reaksi-reaksi kimiawi

Perubahan kualitas air terjadi akibat kehadiran makhluk hidup

Pengolahan Fisik

Penapisan (Screening) :“Screening may be defined as consisting of those processes used to remove grit, heavy solids and floatable material from wastewater by using grit settling, coarse screening (bar racks), medium screening and comminution/grinding”

Screening is a preliminary treatment system that used to protect pumps, valves, pipelines and other appurtenances from damage or clogging by large solids or high density materials. It will also remove large particulate material, thus reducing loadings on following processes

Clarifier :“Clarifiers are used for solids removal from wastewater, such as raw sewage or highly contaminated raw water supplies. The process provides for removal of settleable solids and floating material while reducing suspended solids concentrations to levels suitable for subsequent treatment”

There are usually two types of clarifier, those are rectangular primary clarifier and circular primary clarifier. Not only removing settleable solids and floating materials, clarifier is also used to reduce Total Suspended Solids (TSS) and Biochemical Oxygen Demand (BOD) and to treat raw water with high turbidity

Filtration :“Filtration is a treatment used for removal of solids and turbidity with high degree of efficiency in the case of raw water with low turbidity and color (turbidity up to 50 NTU and color up to 30 units). Taste and odor are also removed in this process. The slower the filtration process, the greater the efficiency of removal process”

There are many types of filter:1. Slow sand filter2. Rapid sand filter3. Membrane filter4. Vacuum rotation filter

Pengolahan Kimia

Coagulation :“Coagulation is a process of adding coagulant into raw water that aimed to separate colloidal (particle size ranges 1 – 100 nm) from water. Many kinds of coagulant are frequently used in the coagulation process, such as aluminium sulfate, ferrous sulfate, ferric chloride, chlorinated copperas and coagulant aid”

Flocculation :“The objective of flocculation is to provide an increase in the number of contacts among coagulating particles suspended in water by gentle and longed agitation. Flocculation follows chemical addition. During agitation, particles collide, producing larger and more easily removed flocs”

There are many different types of flocculators currently in use. Some of them are gravel, baffled and horizontal and vertical mechanical flocculators

Disinfection :“Disinfection is conducted when the raw water contains patogenic bacteria. Disinfection can be done through heating process, chlorination, UV radiation and Ozone radiation. Of those techniques, chlorination in the most popular method employed in disinfection process.”

UV Disinfection :“UV radiation is used to disinfect drinking water as well as wastewater on an increasingly frequent basis as reliable equipment become more available. UV radiation is generated from special low pressure mercury-vapor lamp that produce UV radiation as a result of an electron flow between the electrodes in an ionized mercury vapor. The inactivation of microorganisms by UV radiation is based on photochemical reactions in the DNA molecule that produce reproductive system errors”

Ozone Disinfection :“Ozone is an effective agent for deactivating common forms of bacteria, bacterial spores and vegetative microorganisms, as well as eliminating harmful viruses. Ozone can also reduce BOD5 and COD. Ozone injection into wastewater flow is accomplished by mechanical mixing devices, countercurrent or co-current flow columns, porous diffusers or jet injectors. Ozone acts quickly and consequently, requires a relatively short contact time.”

Chlorination :Chlorination is the most commonly used water and wastewater disinfection process worldwide. This process involves the addition of elemental chlorine or hypochloringe, either calcium or sodium to the wastewater. Chlorine is supplied as a liquified gas under high pressure in containers as well as tank cars of large sizes. Precaution should be taken when handling chlorine gas :1. Chlorine gas is both very poisonous and very corrosive, adequate

exhaust ventilation at floor level should be provided since chlorine gas is heavier than air.

2. Chlorine-containing liquid and gas can be handled in black qrought iron piping, but chlorine solution is highly corrosive and should be handled in rubber-lined or resistant plastic piping with hard rubber parts where necessary

Disinfection is used to kill harmful organisms, and generally does not result in sterile water (free of all microorganisms)

Granular Activated Carbon Adsorption :“Granular activated carbon (GAC) adsorption is generally utilized for the removal of suspended and or colloidal matter in wastewater and the removal of tastes and odors in water supplies. Generally, applications for water supply use powdered activated carbon (PAC). GAC can also be used either as a tertiary treatment process in advanced wastewater treatment plants or as a secondary treatment process.”

Pengolahan Biologi

Activated Sludge :“Activated sludge treatment is used to remove dissolved and colloidal biodegradable organics. The technology is a continuous flow, stirred, biological treatment process with recycling of the biomass. The process is characterized by a suspension of aerobic microorganisms maintained in a relatively homogeneous state by mixing and turbulence-induced or diffused aeration.”

Activated Sludge systems are classified generally as high rate, conventional or extended aeration (low rate), based on organic loading. In the conventional activated sludge plant, the wastewater is commonly aerated for a period of 4 – 8 hours.

Facultative Lagoon :“Facultative lagoons are low cost, highly efficient alternatives for wastewater treatment in tropical and subtropical climates. Lagoons are of intermediate depth ponds in which the wastewater is stratified into three zones. These zones consist of an anaerobic bottom layer, aerobic lsurface layer and an intermediate zone. Stratification is a result of solids settling and temperature-water density variations.”

In general, the aerobic surface layer serves to reduce odors while providing treatment of soluble organic by products by means of anaerobic processes operating at the bottom. Sludge at the bottom of the facultative lagoons will undergo anaerobic digestion producing largely carbon dioxide and methane. The photosynthetic activity in the anaerobic lagoon surface produces oxygen diurnally, increasing the dissolved oxygen during daylight hours, while surface oxygen is depleted at night.

Pemilihan Metoda Pengolahan Air

Kualitas air baku

Kualitas air olahan

-Kandungan unsur-unsur yang ada-Bahan-bahan pencemar yang terkandung di dalamnya

-Air Minum-Kegiatan rumah tangga-Pertanian-Perikanan-Peternakan-Dll

Karakteristik air limbahSuhu :Suhu berguna dalam melihat kecenderungan aktivitas-aktivitas kimiawi dan biologis, pengentalan, tekanan uap, tegangan permukaan dan nilai-nilai penjenuhan benda-benda padat dan gas. Pengentalan mengatur sedimentasi; semakin tinggi suhu, pengentalan berkurang dan mengakibatkan peningkatan sedimentasi. Aktivitas biologis meningkat pada suhu kira-kira 60 ºC.. Tingkat oksidasi zat organik jauh lebih besar pada musim panas dibandingkan pada musim dingin. Nitrifikasi dari amoniak secara kasar dilipatgandakan dengan naiknya suhu sampai 10 ºC. Pembusukan anaerobik jarang terjadi pada titik beku. Pembusukan pada suhu 27 ºC empat kali lebih besar dibandingkan pembusukan pada suhu 8 ºC.

Kekeruhan:Kekeruhan terjadi umumnya disebabkan adanya zat-zat koloid yaitu zat yang terapung serta terurai secara halus sekali. Hal ini disebabkan oleh kehadiran zat organik, lumpur, tanah liat dan zat koloid. Meski kekeruhan tidak dapat digunakan sebagai ukuran mengenai jumlah benda-benda padat yang terapung, namun semakin tinggi tingkat kekeruhan, semakin kuat limbah itu.

WarnaWarna pada air juga menunjukkan kekuatan limbah. Air limbah yang baru berwarna abu-abu. Air limbah yang sudah lama/busuk berwarna gelap. Meski demikian warna tidak dapat menunjukkan secara tegas bahaya yang dikandungnya. Artinya, semakin gelap warna air limbah belum tentu lebih berbahaya dibandingkan dengan yang lebih jernih.

BauBau air limbah memberikan gambaran yang jelas mengenai keadaan. Bau dapat menunjukkan apakah air limbah masih baru atau sudah membusuk. Air limbah domestik yang masih baru hampir tidak berbau. Kebanyakan bau tidak sedap dihasilkan oleh campuran nitrogen, sulfur, fosfor, protein dan bahan organik lainnya. Bau yang paling menyerang adalah bau dari hidrogen sulfida (H2S). Konsentrasi suatu zat dapat ditelusuri dari baunya. Konsentrasi kira-kira 0.037 mg/l amoniak dapat menimbulkan bau amoniak yang sedikit menyengat. Konsentrasi 0.0011 mg/l H2S menyebarkan bau khas telur busuk; 0.0026 mg/l karbon disulfida menimbulkan bau yang tidak enak. Meski demikian bau yang tidak menyenangkan tersebut tidak sendirinya mengganggu kesehatan masyarakat, kecuali apabila bau-bau tersebut keluar dari gas beracun.

NitrogenDalam air limbah kebanyakan nitrogen pada dasarnya terdapat dalam bentuk organik atau nitrogen protein dan amoniak. Setingkat demi setingkat nitrogen organik diubah menjadi amoniak dan pada kondisi aerobik, oksidasi amoniak menjadi nitrit dan nitrat.

Amoniak BebasAmoniak bebas disebut juga nitrogen amoniak dihasilkan oleh pembusukan secara bakterial zat-zat organik. Air limbah yang masih baru berkadar amoniak bebas rendah dan berkadar nitrogen organik tinggi. Nitrogen amoniak berkurang kadarnya ketika air limbah diolah sedangkan keseimbangannya tercapai.

NitritNitrit merupakan suatu tingkat peralihan dalam proses perubahan zat organik ke dalam bentuk yang tetap. Nitrit, dengan demikian, tidak dapat diketemukan dalam air limbah baru kecuali dalam jumalh kecil sekali. Akan tetapi dalam air limbah yang sudah membusuk, nitrit dapat saja lebih banyak ditemukan. Nitrit jarang terjadi dalam konsentrasi yang lebih besar dari 1 mg/l dalam air limbah. Pengaturan pembagian air limbah yang salah dapat meningkatkan kadar nitrit disamping juga karena menurunnya nitrat (NO3) menjadi nitri (NO2). Keberadaan nitrit menunjukkan adanya air limbah yang pengolahannya tidak sempurna.

NitratNitrat mewakili produk akhir dari pengoksidasian zat yang bersifat nitrogen. Penentuan nitrat menjadi penting dalam pengolahan air limbah. Air limbah yang diolah secara sempurna menunjukkan kadar nitrat yang tinggi. Pada musim panas/kemarau, dimana berpotensi hilangnya oksigen terlarut dalam air karena proses penguapan, nitrat dapat menyalurkan oksigen gabungannya untuk mencegah dan menghambat terjadinya kondisi anaerobik dan bau busuk. Meskipun nitrat merupakan penunjuk stabilitas, kehadirannya yang terlalu tinggi pada saluran air limbah dan bak-bak penampung maupun pada danau tidak diinginkan karena dapat meningkatkan pertumbuhan tanaman air secara drastis.

KhloridaKotoran manusia, khusunya urine, mengandung sejumlah khlorida oleh karena sebagian dari garam yang terdapat di dalam makanan dan minuman turut dibuang. Oleh sebab itu, air limbah mengandung kadar khlorida yang lebih tinggi dari pada di dalam persediaan air kota. Oleh karena khlorida merupakan zat-zat anorganik yang larut, mereka tidak dipengaruhi oleh sedimentasi atau oleh proses-proses biologis. Khlorida tetap tidak berubah selama pengolahan sampah dan oleh karena itu nilai yang kurang lebih sama harus diperoleh pada berbagai tahap pengolahan.

Sulfat dan SulfidaPenentuan sulfat jarang sekali diperlukan, kecuali apabila ditemui masalah-masalah yang menyangkut berkaratnya beton. Sulfida merupakan hasil-hasil pembusukan zat-zat organik dan juga akibat penurunan kadar belerang. Pembusukan anaerobik berbagai zat yang mengandung belerang dan penurunan kadar campuran belerang menjadi sulfida menghasilkan bau yang tidak menyenangkan.

BODPengujian BOD merupakan pengujian yang penting dalam menentukan kekuatan atau daya cemar air limbah. BOD mengukur jumlah zat organik yang kemungkinan akan dioksidasi oleh kegiatan-kegiatan bakteri aerobik.Nilai BOD air limbah kasar sangat berbeda-beda, berkisar 100 mg/l untuk air limbah yang sangat encer sampai 600 mg/l atau lebih untuk air limbah terpadu yang berisi beberapa jenis limbah.Pengujian BOD dibatasi oleh beberapa kondisi. Apabila terdapat sedikit saja jumlah ion logam beracun dalam air limbah, tampaklah nilai BOD rendah yang menyesatkan yang disebabkan oleh aktivitas bakteri yang terhambat. Beberapa obat pembasmi bakteri seperti phenol, khlor bebas, cyanida, formaldehyde juga mempunyai akibat yang menekan BOD.Pengujian BOD tidak membedakan antara kebutuhan oksigen yang disebabkan karena nitrifikasi. Air limbah yang berada dalam keadaan nitrifikasi aktif cenderung memperlihatkan BOD tinggi yang menyesatkan.

CODPengujian COD digunakan secara luas sebagai suatu ukuran kekuatan pencemaran limbah domestik maupun industri. Pengujian tersebut direncanakan untuk mengukur oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organik pada air limbah.Pengujian ini sangat bernilai terutama jika pengujian BOD tidak dapat ditentukan karena terdapatnya bahan-bahan beracun. Selain itu, uji COD sangat singkat yaitu kira-kira 3 jam. Pengujian COD tidak mengadakan perbedaan antara zat organik yang stabil dan yang tidak stabil. Ia tidak dapat memberikan petunjuk tentang tingkat di mana bahan-bahan yang aktif secara biologis dapat diseimbangkan.

DOPengujian oksigen terlarut (DO) penting untuk menjamin keadaan-keadaan aerobik dalam daerah perairan yang menampung zat-zat pencemar dalam bentuk air limbah yang berasal dari instalasi pengolahan. Dalam suatu instalasi pengolahan, kehadiran oksigen terlarut merupakan petunjuk bahwa suatu oksidasi yang amat berarti telah tercapai dengan pengolahan yang digunakan.. Apabila oksigen terlarut terdapat pada perairan yang menampung hasil pengolahan air limbah, hal ini berarti di perairan tersebut hanya terdapat sedikit gangguan.Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar oksigen terlarut dalam air alamiah adalah: pergolakan permukaan air, luasnya daerah permukaan air yang terbuka bagi atmosfer, tekanan atmosfer dan prosentase oksigen dalam udara di sekelilingnya. Daya larut oksigen lebih rendah di dalam air laut dibandingkan dengan daya larutnya di dalam air tawar, daya larutnya dalam air limbah kurang lebih 95% dibandingkan daya larutnya di dalam air tawar.Oksidasi biologis meninggi bersamaan dengan meningkatnya suhu dan kebutuhan akan oksigen juga bertambah. Kondisi ini membawa masalah karena oksigen jadi paling sedikit dapat dilarutkan di dalam keadaan yang demikian. Dengan demikian keadaan yang gawat terjadi pada musim kemarau dimana suhu lebih tinggi dan daya larut oksigen menjadi rendah.

pHpH menyatakan intensitas kemasaman atau alkalinitas dari suatu cairan encer dan mewakili konsentrasi ion hidrogen. Skala pH adalah skala logaritma, bukan skala ilmu-hitung. Apabila pH bertambah dengan satu unit, perubahan itu mewakili pengurangan sepuluh kali lipat dalam konsentrasi ion hidrogen.