Penyisihan Fraksi Total Suspended Solid Air Limbah Industri Pada Unit Sedimentasi Berdasarkan Tipe Flocculant Settling

PROCEEDINGNATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE

PENVISIHAN FRAKSI TOTAL SUSPENDED SOLID AIR lIMBAH INDUSTRI PADA UNIT SEDIMENTASIBERDASARKAN TIPE FlOCCUlENT SETTLING

Alien Kurniawan dan Yanuar Chandral WirasembadaDepartemen Teknik Sipil dan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor

E-mail: [email protected]

ABSTRAK

Pada perencanaan Instalasi Pengolahan Air Limbah (lPAL), unit sedimentasi merupakan salah satu unitutama untuk mereduksi polutan air limbah, seperti Total Suspended Solid (TSS). Pengembangan danmodifikasi unit sedimentasi perlu ditindaklanjuti terhadap perubahan konsentrasi dari unit terdahulu,misalnya koagulasi-flokulasi. Penelitian ini dirancang untuk menentukan persentase penyisihan TSSskala laboratorium berdasarkan tipe flocculent settling sehingga persentase penyisihan TSS,nilai waktudetensi, dan overflow rate dapat diprediksi berdasarkan kondisi karakterisitik air limbah terkini.Metode penelitian dilakukan berdasarkan pengujian konsentrasi TSS air limbah hasil proses koagulasi-flokulasi pada beberapa titik sampling per satuan waktu. Variasi persentase penyisihan adalah 10, 20,30, 40, SO,60, dan 70%. Berdasarkan kurva isokonsentrasi, total penyisihan fraksi penyisihan terhadapnilai variasi persentase penyisihan adalah 42,49; 56,79; 63,74; 70,43; 75,57; 78,21; 82,86%. Nilaitersebut menjadi acuan terhadap penentuan waktu detensi dan overflow rate unit sedimentasi.

Kata kunci: flocculent settling, fraksi total suspended solid, overflow rate, waktu detensi.

PENDAHULUANSedimentasi merupakan proses penyisihan secara gravitasi massa jenis padatan yang lebih besar

dari massa jenis fluida (Lin, 2004). Proses pemisahan padatan tersusupensi dalam air limbah melaluiproses sedimentasi menggunakan aspek mekanis fisik tanpa melibatkan aspek molekular kimiawi ataudifusi. Tenaga mekanis akan menekan partikel, cairan, atau campuran partikel cairan yang tidakdiperlukan pada molekul individual. Pemisahan mekanik tersebut dipakai untuk campuran heterogen.Secara umum, koloid tidak ditangani melalui metode ini, terutama partikel berukuran lebih dari 0,1 urn,Teknik proses pemisahan padatan tersusupensi berdasarkan pada perbedaan fisika antara partikel-partkel tersebut, seperti ukuran, bentuk, atau densitas. Teknik ini dapat digunakan untuk memisahkanzat padat dari gas, zat cair dari gas, zat padat darl zat padat, atau zat padat dari zat cair.

Jenis pengendapan terbagi menjadi tiga tipe, yaitu discrete settling, flocculent settling, danhindered zone settling. Flocculent settling ditujukan pada partikel ukuran flok ketika partikel ukuranbesar akan menyusul partikel-partikel ukuran lebih kedl untuk membentuk suatu ikatan pengendapanlanjutan dengan kecepatan pengendapan terus bertambah dari kecepatan awal masing-masing partikel.Kemungkinan kontak antara partikel-partikel tergantung pada kedalaman zona pengendapan.

Penelitian ini dirancang untuk penentuan persentase penyisihan Total Suspended Solid (TSS)skala laboratorium berdasarkan tipe flocculent settling sehingga persentase penyisihan T55, nilai waktu

•• •179 ISBN: 978-602-71782-0-5

PROCEEDINGNATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE

detensi, dan overflow rate dapat diprediksi berdasarkan kondisi karakterisitik air limbah terkini. Hasildari penelitian ini diharapkan akan memberikan hasil pendekatan logis untuk rancangan unitsedimentasi pada pengolahan air limbah.

METODE PENELITIANPenelitian ini menggunakan contoh uji air limbah pada salah satu industri di bidang penyedia

produk perawatan tubuh dan cairan pencuci piring terkemuka di Jakarta. Pengambilan contoh ujidilakukan selama enam jam pada rentang waktu satu minggu sehingga karakteristik air limbah dariseluruh variasi jenis proses diharapkan dapat terwakili.

Alat penelitian menggunakan tangki sedimentasi sistem batch terbuat dari bahan flexy glass,cawan, furnace, oven, pH meter, turbidimeter, DO meter, timbangan analitik, desikator, dan penggaris.Selain contoh uji air limbah, tambahan bahan penelitian menggunakan akuades dan kertas saring untukpengukuran TSS.

llSan

C:::J--+- IS an

C:::J--+- 65 an

-+- .San

r-l--+- 25cm

C:::J--+- S cm••••••__ •••••_ -+-- Ocm

Ucm

Gambar 1 Reaktor sedimentasi dengan variasi pengambilan titik sampling

Contoh uji air limbah campuran supernatan dan padatan hasil jar test berdasarkan dosis dan pHkoagulan optimum dimasukkan ke dalam reaktor pada Gambar 1 hingga batas maksimum. Kemudian,parameter TSS,Chemical Oxygen Demand (COD), dan Biochemical Oxygen Demand (BOO) dihitung saatsupernatan dan padatan berada pada kondisi tercampur. Setiap interval waktu pengendapan lima menitselama satu jam, contoh uji diambil pada setiap titik sampling untuk mendapatkan parameter TSS.Hasilanalisis dimasukkan ke dalam tabel sebagai data primer analisis.

HASIL DAN PEMBAHASANPada proses sedimentasi f/occulant, partikel-partikel individu bergabung menjadi satu dan

membentuk gumpalan bernama flok. Proses ini terjadi saat padatan tersuspensi memiliki konsentrasibesar. Pada keadaan diam, partikel tersuspensi dalam air limbah memiliki kecendrungan alami untukberkelompok (agglomerate). Kecenderungan ini diamati saat penelitian berlangsung sehingga dataparameter TSS diperoleh berdasarkan waktu dan ketinggian reaktor (Tabel 1). Berdasarkan data padaTabel1, konsentrasi TSSmeningkat saat kedalaman reaktor bertambah dan menu run pada titik samplingyang sama terhadap perubahan waktu pengamatan. Hal tersebut disebabkan partikel f/occulantmengalami perubahan bentuk, ukuran maupun berat selama menjalani proses pengendapan, sehingga

•••180 ISBN: 978-602-71782-0-5" t··,~.~.,..+.. .•••

~, PROCEEDING

NATIONAL CONFERENCEON CONSERVATION FOR BETTERUFE

proses pengendapan partikel flocculant tergantung pada kedalaman tangki sedimentasi. Selain itu,proses koagulasi dan flokulasi menentukan efisiensi pengendapan di dalam unit sedimentasi melaluitahap penentuan dosis optimum koagulan padajar test.

Selain itu, partikel tersuspensi dalam air buangan bukan jenis partikel diskrit tetapi merupakanjenis partikel ringan dan kedl yang bersinggungan kemudian bergabung dan bertambah ukuran. Akibatterjadinya pergabungan flokulan, termasuk koagulan kimia, dan flok biologi, massa partikel bertambahsehingga dapat mengendap lebih cepat. Fenomena ini dikenal dengan flocculants atau sedimentasi tipe2 (Shun Oar lin, 2004).

Proses flokulasi dapat meningkatkan efisiensi penyisihan. Proses ini cukup dinyatakan denganpersamaan-persamaan. Karakteristik pengendapan dari materi flokulan biasanya dijelaskan oleh analisiskolom sedimentasi. Hasil analisis yang bagus biasanya didapat dari percobaan menggunakan pipa plastikberdiameter 3 cm dan tinggi 3 m. Titik-titik pengambilan sampel berada seragam sekitar 45-60 cmsepanjang tinggi kolom (Tchobanoglous et al. 2002).

Tabel1 Konsentrasi TSSpada variasi pengambilan titik sampling

Tingititik

sampling (cm)

Waktu sampling (menit)o 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

TSS(mg/l)

o 239 187,5

1540,5

1092

723,5

555 472,5

469 414,5

327 311 288 267

15 1522

1529

1504,5

1251,5

866 499 428 374, 4165

276,5

295 280, 2485

287, 277,5 5

30 1531,7

1547,3

1557,5

1544,5

1470,5

130 989,6,5 5

548, 459,5 5

373 337,5

362 320,5

45 1552

1548

1558,5

1550,5

1528,5

150 1432 1

126 8922,5

520,5

375

874 51960 1563,5

1561,5

1563,3

1567,5

1592,5

153 1539 7

149 1429,5 6

1281,5

1116,5

75 136 1217 9

1546,5

1572

1572

1583,5

1549

158 1574,5 6,5

157 1556 6

1525

1473

•• •181 ISBN: 978-602-71782-0-5

PROCEEDINGNAnONAl CONFERENCE ON CONSERVAnONFOR BETTERUFE

-i-

E':30

~.!I"401 ,-'" +so r

"1---f-+- :'.: I:lIT+T I i ,--'--' -+ill" Ij--r-;- I

, - I

10 tf-1- i.

d-tt---'20 'r+,-+ ' .-t _

-~--n-+- t-,+-; - --If-

,--~ -~-,

'-+-P ~l=,-1 ++ 1-=tJ::: "

H-,-.!.-j..- ~tt:t-25

-:- -1

30

60 -t-: , I i

~-t:+1 .'70 r-t j + f--i---i!- --l--j--

o 5 10

''t=t=i'- f' :t

15 20 35 40 45 so 55 60 65 70

t,menit

Gambar 2 Kurva isokonsentrasi flocculant settling

Berdasarkan data pada Tabel 1, kurva isokonsentrasi atau isoremoval dibuat dengan parameterkedalaman terhadap waktu (Gambar 2). Partikel di masing-masing fraksi terus-menerus berubah karenapartikel saling menyatu satu sama lain sehingga kurva ini dapat merepersentasikan nilai gross dariefektifitas penyisihan partikulat. Warna dari masing-masing kurva menggambarkan persentase removalhasil perhitungan.

Tiap kurva pad a Gambar 2 mewakili kemampuan unit dalam mengendapkan fraksi paritikulat.Data pada Gambar 2 dapat digunakan secara langsung untuk mengestimasi total removol. Untukmenemukan total removal pad a waktu tertentu, dapat ditambahkan garis bantu untuk memudahkanestimasi Garis bantu tersebut berupa garis median yang digambar tepat diantara kurva isokonsentrasi(Droste 1997). Interpolasi menggunakan garis bantu tersebut dilakukan untuk mendapatkan nilaipersentase yang lebih akurat.

Pada Gambar 2, nilal overflow rate merupakan perpotongan antara kurva isokonsentrasi denganketinggian kolom tes. Secara mate mat is, perhitungan overflow rate dapat dihitung menggunakanpersamaan berikut.

(1)

H merupakan ketinggian kolom tes, sedangkan t/ merupakan waktu yang ditentukan berdasarkanperpotongan antara kurva isokonsentrasi. Hasil rekapitulasi perhitungan overflow rate disajikan pada ,-,Gambar 3.

•••J82 ISBN: 978-602-71782.()·S,i,,>-~

PROCEEDINGNATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE

*,.70

~ 60oE~ 50"0:g 40V) '; .. I"C Y= 0,461x2 - 24)437x + 333,14 .~ 30 ---- 1 . ,- ·-r--- ------~--!a3 I I ' ,j:: l=n_= __~~~~---==-r~~;····o"F·~·:':·---·

10,00

80 r·-.,-------c·~-__._-- - ·__c_-,-:--- ',-- .--- ------.-.-~- .....-v-r-r-'- --- --- --- -- ...---,

---------.----'------------_.,-----_ .. _ .._---_ •.._-I.-.._---.-.---- -~

._------- __ c. _ •• + .__ ._- ,

15,00 30,0020,00

- Overflow Rate, m.hari

25,00

Gambar 3. Kurva hubungan antara persentase TSSremoval terhadap overflow rate

Gambar 3 menunjukkan bahwa total removal dengan overflow rate mempunyai hubunganlogaritmis dan berbanding terbalik. Semakin kedl nilai total removal, maka semakin besar nilai overflowrate. Untuk waktu detensi pada masing-masing kurva isokonsentrasi ditentukan menggunakan garisbantu yang ditarik ke sumbe x di titik pengamatan yang paling dalam (60 cm). Hasil rekapitulasiperhitungan waktu detensi disajikan pada Gambar 4.

80

*' .10

g: 60oE& 50

"C

:g 40Vl"C

~30c(1/57 20 .'t·..:.,.------------+------------:::--.--.+--<~r'f;~...;.,_,~~::JVl,10 I~ '---'-jr"":' +*F22..:$i~~...;,:~+....c:..+"""+~___"__'.,::.::..j.22;---.:.~

o0,50 0,60':: . 0~70 ... .;\:i;~,1J,0.<·.p,90 .1;00. ,~~io.;., 1,20~.;,;.;r,,;>.;\;q;\H~tl.itro~i1ril~;jirit)·i.";.:=: ·x: ';',J''':.'< ...,,'.

Gambar 4. Kurva hubungan antara persentase TSSremoval terhadap waktu detensi

Gambar 4 menunjukkan bahwa total removal dengan waktu detensi mempunyai hubunganlogaritmis dan berbanding lurus. Semakin kecll nilai total removal, maka semakin kecil juga nilai waktu

•••183 ISBN: 978-602-71782-0-5

·PROCeEDINGNATIONAl CONFERENCE ON CONSEItVATloNfOR 'BETTERUFE

detensinya. Untuk menentukan total fraksi padatan yang mampu dihilangkan (RTo), digunakanpersamaan matematis sebagai berikut.

(2)

RTo merupakan total fraksi T55 yang mampu dihilangkan, sedangkan Ra, Rb, Rc:, dan seterusnyamerupakan fraksi isokonsentrasi pada a, b, c, dan seterusnya. Rekapitulasi total fraksi T55 yang mampudihilangkan disajikan pada Tabel 2.

Tabel 2. Rekapitulasi nilai percentage TSSfraction removed

T55 R I Fraksi 15S yang mampu dihilangkanemova (%)

RT70 82.86RTGO 78.21

RTso 75.57RT40 70.43

RT30 63.74

RT20 56.79RT10 42.49

Tabel 2. menunjukkan bahwa nilai percentage T55fraction removed dengan persentase T5S pada kurvaisokonsentrasi hasil perhitungan mempunyai hubungan logaritmis dan berbanding lurus. Semakin kedlnilai total TSSkurva isokentrasi, maka semakin keeil juga nilai percentage T55fraction removed.

SIMPUlANPenentuan persentasi penghilangan 15S menggunakan metode isokonsentrasi sudah selesai

dilakukan. Hasil perhltungan total penyisihan fraksi 155 dengan variasi penyisihan 10, 20, 30, 40, 50, 60dan 70% berturut-turut yaitu 42,49%; 56,79%; 63,74%; 70,43%, 75,57%, 78,21% dan 82,86%. Nilaitersebut kemudian dijadikan sebagai dasar atau acuan terhadap penentuan overflow rate dan waktudetensi unit sedimentasi. Untuk waktu detensi, hubungan antara variasi penyisihan dengan waktudetensi yaitu logantrnis berbanding lurus. Hubungan sebaliknya, logaritrnis berbanding terbalik terjadi.. '

pada variasi penyisihan dengan overflow rate.

DAFTAR PUSTAKADroste Ronald L.1997. Theory and Practie ~f Water and Wastewater Engineering. New York (US): John

Wiley & Sons Inc.Un Shundar. 2004. Water and Waste water Calculations Manual. New York (US): McGraw-HiIIlncTchobanoglous G, Burton FL, Stensel HO. 2002. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse. NeW

York (US): McGraw-HiII

··f.,._,..-.j--J

•••184. ISBN:978-602-71782-0-5