PENGENALAN SISTEM PENGPLAHAN AIR SECARA EKSTERNAL DALAM
INDUSTRIMakalah ini disusun untuk memenuhi mata kuliah Utilitas
Disusun oleh :KELOMPOK 31. Gika Putri Ariani (21030113140144)2.
Devita Amelia (21030113120005)3. Adnan Poerbowaluyojati
(21030113130161)4. Abdullah Ardhi F (21030113120075)5. Katerina
Nila Oktavia (21030113120055)6. Henrikus Ivan Aditya H
(21030113120057)7. Wahyu Zuli Pratiwi (21030113120052)8. Hana Nikma
Ulya (21030113120050)9. Hikmah Olivia (21030113120091)10. Lyan Dea
Sagita (21030113120056)11. Aditya Gunadi (21030113120058)12. Tita
Della Arimbi (21030113120059)
13. Ricky Kurniawan (21030113130147)14. Roynaldy Daud
(21030113130166)
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2015
KATA PENGANTARPuji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena
limpahan berkat dan rahmat-Nya sehingga dapat tersusunlah makalah
ini dengan baik dan sesuai dengan harapan.
Ucapan terimakasih kepada Bapak Hantoro Satriadi, MT selaku
dosen mata kuliah Utilitas sebagai dosen pembimbing dalam pembuatan
makalah ini, juga teman-teman, dan segala pihak yang terkait.
Makalah ini berisi materi tentang sistem pengolahan air secara
eksternal dalam industri.
Makalah ini adalah makalah yang dibuat dengan sebaik-baiknya,
namun masih banyak hal yang harus diperbaiki. Oleh karena itu,
kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan untuk evaluasi
hasil kerja.Semarang, 26 Maret 2015Kelompok 3A. Pengolahan
EksternalProses pengolahan secara eksternal untuk memperbaiki
kualitas air terdiri atas berbagai jenis, dan penerapan
proses-proses tersebut disesuaikan dengan tujuan penggunaan air
yang dikehendaki. Gambar 1 menunjukkan sebagian besar jenis proses
pengolahan air secara eksternal. Proses-proses tersebut digunakan
untuk mengolah impurities tertentu dan pengolahan air secara
eksternal ini dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu :
A. Proses pendahuluan (pretreatment)
Proses ini umumnya digunakan untuk memperoleh kualifikasi air
pendingin atau sebagai proses awal untuk penyediaan air dengan
kualitas yang lebih tinggi.
B. Proses filtrasi
Proses ini khusus untuk menghilangkan zat padat tersuspensi
C. Proses penurunan/penghilangan padatan terlarut
Proses ini bertujuan menghilangkan padatan terlarut (dissolved
solid) tanpa menggunakan metoda pengendapan secara kimiawi
(chemical precipitation), misalnya: proses pertukaran ion (ion
exchange).Namun hanya proses pendahuluan dan filtrasi yang akan
dibahas lebih mendalam dalam pembahasan berikut
Gambar 1. Proses-proses Air Secara Eksternal
A.1. Proses Pendahuluan
Proses-proses pendahuluan yang akan dibahas antara lain :
sedimentasi, aerasi, dan klarifikasi.
A.1.1. Sedimentasi
Sedimentasi adalah suatu proses yang bertujuan
memisahkan/mengendapkan zat-zat padat atau suspensi non-koloidal
dalam air. Pengendapan dapat dilakukan dengan memanfaatkan gaya
gravitasi. Cara yang sederhana adalah dengan membiarkan padatan
mengendap dengan sendirinya. Setelah partikel-partikel mengendap,
maka air yang jernih dapat dipisahkan dari padatan yang semula
tersuspensi di dalamnya. Cara lain yang lebih cepat adalah dengan
melewatkan air pada sebuah bak dengan kecepatan tertentu sehingga
padatannya terpisah dari aliran air dan jatuh ke dalam bak
pengendap tersebut. Kecepatan pengendapan partikel-partikel yang
terdapat di dalam air bergantung kepada berat jenis, bentuk dan
ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak
pengendap. Hubungan ukuran partikel dengan waktu pengendapan
ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Waktu pengendapan untuk berbagai ukuran/diameter
partikel
Alat sedimentasi terdiri atas dua jenis, yaitu jenis bak
pengendap segi empat (rectangular) seperti terlihat pada Gambar 2,
dan jenis lingkaran (circular) seperti terlihat pada Gambar 3.
Jenis segi empat biasanya digunakan untuk laju alir air yang besar,
karena pengendaliannya dapat dilakukan dengan mudah, sedangkan
keuntungan alat sedimentasi jenis lingkaran yaitu memiliki
mekanisme pemisahan lumpur yang sederhana. Proses sedimentasi
biasanya dilakukan sebelum proses klarifikasi.
Gambar 2. Bak pengendapan jenis segi empat (rectangular)
Gambar 3 Bak pengendapan jenis lingkaran (circular)A.1.2.
Klarifikasi
Proses klarifikasi bertujuan untuk menghilangkan padatan
tersuspensi, baik yang kasar, halus atau bersifat koloid. Proses
ini mencakup koagulasi, flokulasi dan sedimentasi yang
masing-masing merupakan langkah-langkah tersendiri dengan
persyaratan tertentu yang harus dipenuhi untuk memperoleh hasil
yang dikehendaki. Apabila ada kondisi yang merugikan salah satu
dari ketiga langkah tersebut, maka hasil yang diperoleh akan kurang
memuaskan. Langkah-langkah proses klarifikasi tersebut adalah
sebagai berikut :
i. Koagulasi
Koagulasi adalah proses penetralan partikel-partikel yang ada
dalam air sehingga sesamanya tidak saling tolak menolak dan dapat
diendapkan bersamasama. Bahan kimia pengendap dimasukkan ke dalam
air dan diaduk dengan cepat. Hasil reaksi kimia yang terjadi
disebut flok (floc) yaitu partikel bukan koloid yang sangat
halus.
ii. Flokulasi
Flokulasi merupakan kelanjutan proses koagulasi,
partikel-partikel halus hasil koagulasi membentuk suatu gumpalan
yang besar sehingga lebih mudah mengendap. Proses flokulasi dibantu
dengan cara pengadukan yang lambat.
Proses klarifikasi dilakukan dengan cara penambahan bahan kimia
tertentu, misalnya : alum (aluminium sulfat), natrium aluminat,
ferri sulfat, ferri klorida, dan sebagainya. Proses pengendapan
dipercepat dengan penambahan coagulant aid seperti: separan, clays,
coagulant aid 2350, dsb.
Reaksi-reaksi yang dapat terjadi pada proses klarifikasi adalah
sebagai berikut :
Air yang telah menjalani proses koagulasi dan flokulasi masuk ke
tahap sedimentasi yang merupakan tahap akhir dari proses
klarifikasi. Desain alat klarifikasi yang paling tua ditunjukkan
pada Gambar 4. Langkah langkah proses klarifikasi pada alat
tersebut dilakukan pada ruangan-ruangan yang terpisah.
Langkah-langkah proses pada alat klarifikasi yang lebih modern
dikombinasikan dalam satu alat. Contoh alat tersebut adalah alat
jenis solids contact seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 4. Klarifikasi air dengan flash mixing, flokulasi, dan
pengendapan
Mekanisme kerja alat:
Umpan masuk ke bagian baffle, yang akan diaduk secara vertical
untuk mendorong sekaligus membentuk flok-flok dari umpan, dan
disalurkan ke bagian settling basin untuk diaduk secara perlahan
sehingga flok-flok yang telah terbentuk di awal akan terpisah. Flok
dengan densitas besar akan mengendap dan dikeluarkan melalui sludge
scrapers. Sedangkan flok yang memiliki densitas yang lebih kecil
atau bahkan hanya berupa cairan diteruskan melewati saluran
outlet.
Gambar 5. Alat klarifikasi dengan pengadukan dan koagulasi dalam
alat yang sama
Mekanisme kerja alat:
Umpan masuk melalui saluran input dan dialirkan ke bagian
tengah. Kemudian zat koagulan akan ditambahkan juga melalui saluran
chemical feed inlet dan diaduk hingga bercampur homogen dengan
umpan masuk. Kemudian umpan yang telah bercampur akan dialirkan di
bagian tengah alat hingga menyentuh dasar sludge scrappers.
Flok-flok yang te;lah terbentuk dan berat akan ditangkap di bagian
ini, sedangkan massa yang lebih ringan akan lanjut dialirkan ke
atas hingga keluar melalui saluran outlet di bagian atas. Sedangkan
sludge yang telah terkumpul di bagian bawah alan dikeluarkan
melalui sludge outlet.A.1.3. AerasiAerasi adalah proses mekanis
pencampuran air dengan udara. Tujuan aerasi adalah sebagai berikut
:
1. Membantu dalam pemisahan logam-logam yang tak diinginkan
seperti besi (Fe) dan mangan (Mn). Besi lebih sering ditemukan
daripada mangan. Besi yang terdapa dalam air biasanya berbentuk
ferobikarbonat atau ferosulfat. Oksigen yang dikontakkan dengan air
akan merubah senyawa-senyawa tersebut menjadi ferioksida yang tidak
larut dalam air sehingga dapat dipisahkan dengan menggunakan
filter.
2. Menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air terutama yang
bersifat korosif Contoh gas seperti ini adalah CO2 yang dapat
menurunkan pH air sehingg membantu proses korosi pada logam. Proses
penghilangan gas akan makin baik dengan :
a. kenaikan temperatur
b. lamanya waktu kontak
c. makin luasnya permukaan kontak antara air dengan udara
d. banyaknya volume gas yang kontak dengan air
3. Menghilangkan bau, rasa dan warna yang disebabkan oleh
mikroorganisma Penurunan kualitas air tersebut disebabkan oleh
bahan organik yang mengalami dekomposisi, sisa-sisa atau
bahan-bahan hasil metabolisme mikroba. Aerasi dilakukan dalam alat
yang disebut aerator. Aerator jenis forced draft fan diperlihatkan
pada Gambar 4.6. Gambar 4.7 dan 4.8 memperlihatkan aerator jenis
coketray aerator dan pressure aerator yang berfungsi untuk
mengoksidasi besi terlarut menjadi besi yang tak larut dengan
diikuti pemisahan melalui filter.
Mekanisme kerja dari berbagai alat tersebut adalah:
a. Forced Draft Aerator
Water inlet dalam fase cair campuran masuk melalui valve yang
dihubungkan ke atas unit sehingga umpan akan jatuh ke bagian bawah
unit operasi. Dari bagian bawah tangki terdapat blower yang
mendorong udara dari bawah sehingga zat-zat pengotor yang terlarut
dalam umpan dapat terpisah dari fase cairnya. Udara beserta
pengotor-pengotor tersebut akan dikeluarkan melalui bagian atas
unit operasi, sedangkan fase cair yang sudah bersih akan dialirkan
melalui bagian bawah tangki.
Gambar 4.6. Forced Draft Aerator.
b. Coke Tray Aerator
Coke Tray Aerator merupakan alat aerasi yang memiliki lapisan
dengan celah-celah kecil pada tiap lapisan. Umpan akan dialirkan
masuk melalui bagian atas dari unit dan disemprotksn melalui nozzle
yang terdapat pada tiap celah sehingga akan dihasilkan droplet.
Zat-zat pengotor yang tercampur dalam umpan akan terpisah akibat
terbentuknya water vapour sehingga droplet yang mengalir ke lapisan
berikutnya memiliki kandungan zat pengotor yang lebih kecil
dibanding lapisan sebelumnya, dan seterusnya hingga mencapai
lapisan terbawah dari unit operasi.
Gambar 4.7. Coke Tray Aerator
c. Pressure Aerator
Pressure Aerator memanfaatkan tekanan sebagai tenaga pendorong
bagi umpan yang masuk agar dapat keluar dari unit operasi.
Tujuannya untuk mendapatkan outlet yang telah teraerasi. Prinsipnya
umpan yang masuk hingga mencapai ketinggian tertentu akan menyentuh
sensor sebagai aktivasi dari pompa. Akibatnya umpan yang telah
berada didalam unit akan terkompresi hingga keluar dari unit dalam
keadaan teraerasi.
Gambar 4.8. Pressure Aerator
A.2. FiltrasiProses filtrasi bertujuan untuk menahan zat-zat
tersuspensi (suspended matter dalam suatu fluida dengan cara
melewatkan fluida tersebut melalui suatu lapisan yang berpori-pori,
misalnya : pasir, anthracite, karbon dan sebagainya. Fluida dapat
berupa cairan (zat-zat tersuspensi dalam cairan/slurry) atau gas.
Zat-zat tersuspensi dapat berukuran sangat halus atau kasar, kaku
atau kenyal, berbentuk bulat atau sangat tidak beraturan. Produk
yang diinginkan dapat berupa filtrat atau padatan (cake).
Pada kondisi tertentu, filtrasi dapat digunakan untuk proses
penjernihan air dengan cara penyaringan langsung terhadap air
baku.
Media penyaring (filter) dapat dioperasikan dengan baik untuk
jangka waktu tertentu, jika pressure drop meningkat sampai batas
yang diizinkan, maka harus dilakukan pembersihan filter dengan cara
cuci balik (backwashing). Cuci-balik dilakukan dengan cara
mengalirkan air secara berlawanan arah dengan arah aliran pada saat
operasi selama 5 - 10 menit, setelah itu dilakukan pembilasan.
Filter dapat digolongkan menjadi beberapa jenis berdasarkan
siklus operasinya batch atau kontinu, produk yang diinginkan
filtrat atau cake atau gaya pendorongnya (driving force). Jenis
filter yang dikenal berdasarkan gaya pendorong yang digunakan
antara lain jenis gravity filter (Gambar 4.9) dan pressure filter
(Gambar 4.10)
Pressure filter cukup banyak digunakan karena memiliki beberapa
keuntungan, antara lain:
a. sedikit memerlukan tempat
b. pemasangannya mudah, murah dan cepat
c. unit-unit lain mudah ditambah jika diperlukan
d. mengurangi biaya pemompaan air untuk proses selanjutnya
Pressure filter juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain
:
a. keadaan media penyaring sukar dilihat
b. keadaan backwashing tidak dapat dilihat langsung
c. kehilangan media penyaring tidak dapat dilihat langsung
Contoh jenis filter yang lain adalah up flow filter (Gambar
4.11). Penamaan filter ini didasarkan pada arah alirannya yaitu
dari bawah ke atas. Ukuran media penyaring ditentukan dari
Uniformity-Coefficient (koefisien keseragaman). Semakin kecil harga
koefisien ini, semakin seragam ukuran media penyaring tersebut.
Gambar 4.9. Conventional Gravity Filter
Cara Conventional Gravity Filter bekerja:
1. katup A terbuka, menyebabkan influent dapat mengalir ke
filter.
2. Katup B terbuka, menyebabkan air dapat mengalir keluar
melalui filter.
3. Selama filter beroperasi, katu-katup lain dalam kondisi
tertutup.
Cara filter dibersihkan:
1. Menutup katup A.
2. Menutup katup B ketika air dalam filter mengalir ke bagian
atas overflow.
3. Membuka katup C dan D, menyebabkan air dari wash-water tank
mengalir ke atas melalui media filtrasi, melepaskan kotoran dari
lapisan pasir, dan membersihkan padatn yang terakumulasi dari
permukaan pasir.
dengan :
Uniformity = d60 = ukuran ayakan yang meloloskan 60% wt sampel
yang dianalisa.
Effective size = d10 = ukuran ayakan yang meloloskan 10% wt
sampel yang dianalisa.
Gambar 4.10. Pressure Filter
Cara Pressure Filter bekerja:
Umpan dialirkan ke dalam filter dari bagian atas. Kemudian pompa
bertekanan menyemburkan udara yang mendorong umpan melewati filter.
Umoan yang telah tersaring kemudian dialirkan melalui saluran
menuju luar unit.
Gambar 4.11. Up Flow Filter
Cara Up Flow Filter bekerja:
Umpan masuk melalui samping bagian bawah dari unit operasi dan
didorong dengan menggunakan udara yang dipompa dari bawah bagian
tabung. Umpan akan dilewatkan melalui filter yang memiliki besar
celah yang berbeda-beda. Umpan yang telah tersaring akan
dikeluarkan melalui saluran yang terbuka di bagian atas unit
operasi.DAFTAR PUSTAKASetiadi, Tjandra. 2007. Pengolahan dan
Penyediaan Air. Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Industri
Institut Teknologi Bandung