011fisik.pdf

BAGIAN 1 - A

Teknologi Pengolahan Limbah

Cair Dengan Proses Fisika

Oleh :

Ir. P. Nugro Rahardjo, M.Sc.

PLATE & FRAME FILTER PRESS


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Abstraksi

ra Reformasi di Indonesia telah membawa banyak perubahan. Proses

desentralisasi terus bergulir dalam menjalankan fungsi pemerintahan. Saat

ini setiap daerah mempunyai otonomi yang lebih besar. Namun hal ini juga

menjadi masalah baru, yaitu masih kurangnya kualitas SDM (Sumber Daya Manusia)

untuk dapat melaksanakan jalannya proses peningkatan di segala bidang. Dengan

demikian dalam rangka meningkatkan kualitas SDM Pemerintah Daerah atau jajaran

tertinggi dalam proses pengambilan keputusan, dibutuhkan fasilitas yang memadai,

misalnya buku-buku yang berisi tentang teknologi pengelolaan lingkungan.

Semua bertujuan untuk meningkatkan kemampuan personil pegawai

Pemerintah Daerah, khususnya dalam bidang teknologi yang sesuai dengan

kebutuhan dan kondisi daerah setempat dan sejalan dengan kebijakan arah program

unggulan dalam pembangunan daerah berdasarkan potensi yang ada di daerah

tersebut. Dalam pemanfaatan sumber kekayaan alam dimanapun berada haruslah

dilaksanakan dengan konsep pembangunan yang berkelanjutan, artinya segala

macam kegiatan manusia dimuka bumi ini harus arif dan bijaksana dalam

memanfaatkan sumber daya alam agar dapat terus terjaga dan terkelola dengan

baik, sehingga sumber daya alam tersebut dapat terus menjamin tersuplainya

kebutuhan untuk generasi yang akan datang.

Mengingat pembangunan nasional, maupun pembangunan daerah banyak

didominasi oleh kegiatan yang mengutamakan peningkatan di sektor industri, maka

yang harus dicermati adalah dampak dari kegiatan proses produksi dari industri-

industri tersebut. Limbah sebagai hasil samping setiap industri harus ditangani

secara benar agar tidak memberikan dampak negatif, baik bagi alam lingkungan,

maupun bagi manusia dan mahluk hidup yang lain. Padahal selain limbah industri

masih ada limbah domestik yang dari segi jumlah mungkin saja lebih besar dari

E

Teknologi Pengolahan Limbah Cair Dengan Proses Fisika

2

jumlah limbah industri. Sebagai contoh di kota-kota besar yang umumnya

berpenduduk sangat padat, jumlah air limbah penduduk jelas berbanding lurus

dengan jumlah penduduk itu sendiri. Karena itu dalam pengelolaan dan pengolahan

limbah industri dan domestik segala sesuatunya harus dipersiapkan sedini dan

sebaik mungkin, khususnya kesiapan dari manusia atau masyarakat sebagai pelaku

utama dalam roda kehidupan di bumi ini.

Diketahui dalam pengolahan air limbah digunakan tiga macam metode, yaitu

proses fisika, kimia dan biologi. Masing-masing metode proses itu mempunyai

keuntungan dan kerugiannya masing-masing. Dalam praktek di lapangan banyak

dijumpai penggabungan proses fisika dan kimia dalam pengolahan air limbah dan

selanjutnya baru proses secara biologi. Melalui tulisan ini para pembaca dari

berbagai instansi, seperti Bappeda, Bapedalda, Dinas PU, Dinas Perindustrian,

Dinas Kebersihan, Dinas Kesehatan, dan yang lainnya, diharapkan dapat mengenal

dan membedakan beberapa metode pengolahan limbah sehingga dapat

menerapkan dengan tepat jenis pengolahan yang sesuai dengan kualitas limbah

yang akan diolah. Pada akhirnya dengan pengetahuan pengolahan limbah ini, dapat

menjadi penggerak dilaksanakannya pembangunan instalasi-instalasi pengolahan

limbah, baik yang sederhana ataupun yang lebih komplek, sehingga dapat

mencegah terjadinya pencemaran yang lebih luas lagi.

1.2. Latar Belakang

Banyaknya jumlah industri dan peningkatan pesat jumlah penduduk di kota-

kota besar pada umumnya juga membawa dampak negatif bagi lingkungan

sekitarnya, yaitu limbah yang dihasilkan dari aktivitas industri dan masyarakat

setempat. Dengan demikian semakin banyaklah masalah pencemaran yang sulit

ditanggulangi sebagai akibat dari meningkatnya jumlah limbah cair yang masuk ke

badan air tanpa pengolahan yang sesuai dengan standar lingkungan. Sayangnya hal

ini tidak diikuti dengan ketentuan dan tindakan hukum yang tegas, dilain pihak

pemerintah belum cukup menyediakan fasilitas dan sarana pengolahan limbah yang

memadai. Oleh karena itu sebagai salah satu upaya untuk menanggulangi masalah


3

pencemaran limbah, BPPT turut berpartisipasi aktif dalam rangka meningkatkan

sumber daya manusia (human resource quality), khususnya bagi mereka yang

terlibat dalam masalah pencemaran akibat limbah, baik pihak swasta maupun

pemerintah.

Berdasarkan bentuknya limbah dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu limbah

padat, cair dan gas. Berdasarkan sumbernya limbah dapat digolongkan menjadi

beberapa jenis, yaitu limbah domestik (rumah tangga), limbah industri dan limbah

dari bidang institusional (hotel, pasar, restauran, rumah sakit, perkantoran). Selama

bertahun-tahun berbagai metode pengolahan limbah cair telah banyak

dikembangkan. Pada kebanyakan situasi, umumnya menggunakan kombinasi atau

urutan dari beberapa metode yang telah dikembangkan sebelumnya. Digunakannya

suatu urutan metode tertentu sangat tergantung pada kualitas bahan baku serta

kualitas hasil olahan yang diinginkan. Pada prinsipnya metode proses pengolahan

limbah dapat diklasifikasi dalam 3 jenis proses, yaitu proses fisika, proses kimia dan

proses biologi. Walaupun seringkali dalam suatu pengolahan ketiga proses ini

dikombinasikan, namun umumnya dapat juga proses-proses ini dianggap terpisah.

Pada bab berikut akan dibahas mengenai pengolahan limbah cair yang

khusus dengan proses fisika. Proses-proses yang akan dibahas adalah proses yang

telah umum diterapkan di instalasi-instalasi pengolahan limbah. Juga akan

ditampilkan teori-teori yang mendasari terjadinya setiap proses pengolahan serta

peralatan-peralatan yang umum digunakan. Namun yang perlu diingat ialah bahwa

metode pengolahan limbah dengan proses fisika, merupakan sebagian dari

beberapa metode pengolahan. Banyak instalasi pengolahan limbah menerapkan

seluruh metode secara berurutan untuk memperoleh produk akhir yang memenuhi

syarat. Tetapi biasanya pengolahan limbah dengan proses fisika seringkali

dipadukan dengan proses secara kimiawi dan gabungan dari keduanya disebut

Physico-Chemical Tratment.


4

BAB 2

KLASIFIKASI

PENGOLAHAN LIMBAH CAIR

2.1. Klasifikasi Teknologi Pengolahan Limbah Cair

eperti telah diuraikan pada bagian pendahuluan, pengolahan limbah cair

dapat diklasifikasikan ke dalam tiga metode yaitu pengolahan fisik, kimia

dan biologi. Penerapan masing-masing metode tergantung pada kualitas air

baku dan kondisi fasilitas yang tersedia. Dalam tabel berikut ditampilkan kontaminan

yang umum ditemukan dalam air limbah serta sistem pengolahan yang sesuai untuk

menghilangkannya.

Tabel 2.1. Sistem Pengolahan Untuk Menghilangkan

Bahan Pencemar Dalam Air Limbah

KONTAMINAN SISTEM PENGOLAHAN KLASIFIKASI

Padatan tersuspensi Screening dan communition F

Sedimentasi F

Flotasi F

Filtrasi F

Koagulasi/sedimentasi K/F

Land treatment F

Biodegradable organics Lumpur aktif B

Trickling filters B

Rotating biological contactors B

Aerated lagoons (kolam aerasi) B

Saringan pasir F/B

Land treatment B/K/F

Pathogens Khlorinasi K

S


5

Ozonisasi K

Land treatment F

Nitrogen Suspended-growth nitrification and denitrification

B

Fixed-film nitrification and denitrification

B

Ammonia stripping K/F

Ion Exchange K

Breakpoint khlorinasi K

Land treatment B/K/F

Phospor Koagulasi garam logam / sedimentasi

K/F

Koagulasi kapur/sedimentasi K/F

Biological / Chemical phosphorus removal

B/K

Land treatment K/F

Refractory organics Adsorpsi karbon F

Tertiary ozonation K

Sistem land treatment F

Logam berat Pengendapan kimia K

Ion Exchange K

Land treatment F

Padatan inorganik terlarut Ion Exchange K

Reverse Osmosis F

Elektrodialisis K

Keterangan : B=Biologi, K=Kimia, F=Fisika


6

2.2. Pengendalian Limbah Cair Dengan Proses Fisika

2.2.1. Screening

Pada umumnya setiap sistem pengolahan limbah cair mempunyai unit alat

penyaring awal/pendahuluan. Proses penyaringan awal ini disebut screening dan

tujuannya adalah untuk menyaring atau menghilangkan sampah/benda padat yang

besar agar proses berikutnya dapat lebih mudah lagi menanganinya. Dengan

hilangnya sampah-sampah padat besar maka transportasi limbah cair pasti tidak

akan terganggu, misalnya bila proses transportasi limbah cair diakomodasikan dalam

sebuah saluran terbuka atau pun tertutup yang mengalir secara gravitasi, maka tidak

akan dijumpai penyumbatan di sepanjang jaringan saluran. Disamping itu, bila

limbah cair perlu dipindahkan dengan menggunakan pompa, maka proses screening

sungguh berfungsi menghilangkan bahan atau benda-benda yang dapat

membahayakan atau merusak pompa limbah cair tersebut. Jadi proses screening

melindungi pompa dan peralatan lainnya.

Perangkat pemroses penyaringan kasar yang biasa digunakan dikenal pula

dengan sebutan bar screen atau bar racks. Alat ini biasanya diletakkan pada intake

bak penampung limbah cair untuk mencegah masuknya material besar seperti kayu

atau daun-daunan. Umumnya jarak antara bar yang tersusun pada rack bervariasi

antara 20 mm hingga 75 mm, bergantung pada tingkat kapasitas dan performance

unit pompa yang dipakai. Pada keadaan tertentu biasa digunakan pula microstrainer

dengan ukuran 15 hingga 64 micrometer dengan tujuan untuk menyaring organisme

plankton. Microstrainer biasa digunakan untuk limbah cair dari reservoir pertama

(awal). Microstrainer terdiri dari bingkai berbentuk silinder yang ditutup dengan jala

terbuat dari kawat tahan karat. Pada saat silinder berputar partikel tersuspensi

menempel pada bagian dalam dari permukaan silinder yang kemudian dibersihkan

dengan semburan jet air.


7

2.2.2. Aerasi

Tujuan proses aerasi adalah mengontakkan semaksimal mungkin permukaan

cairan dengan udara/atmosfir. Agar transfer sesuatu zat/komponen dari satu medium

ke medium yang lain berlangsung lebih efisien, maka yang terpenting adalah

terjadinya turbulensi antara cairan dengan udara, sehingga tidak terjadi interface

yang stagnan/diam antara cairan dan udara yang dapat menyebabkan laju

perpindahan terhenti. Untuk memperoleh keadaan tersebut, terdapat beberapa

prinsip dasar alat aerasi yaitu :

(1) Aerator air terjun,

(2) Sistem aerasi difusi udara,

(3) Aerator mekanik.

Sistem aerator air terjun yang umum digunakan adalah : Aerator Spray,

Aerator Cascade, Aerator Multiple-Tray. Pada aerator spray, air dipaksakan masuk

melalui nozzle, seperti pada air mancur. Pada aerator cascade air disebarkan

dengan cara mengalirkan pada lempengan tipis yang disusun seperti tangga atau

sekat agar terjadi turbulensi untuk mencampurkan udara yang terabsorpsi dalam

cairan dan agar cairan terangkat ke permukaan sehingga terjadi kontak dengan

udara. Pada Aerator multiple-tray cairan dialirkan ke bagian atas dari beberapa tahap

tray yang berisi butiran medium seperti arang, batu atau butiran keramik. Air

teraerasi saat mengalir melalui medium yang ada pada tray, dan kemudian cairan

jatuh dari tray ke tray.

Pada sistem difusi udara, udara dimasukkan ke dalam cairan yang akan

diaerasi dalam bentuk gelembung-gelembung yang naik melalui cairan tersebut.

Ukuran gelembung bervariasi dari yang besar hingga yang halus, tergantung pada

alat aerasi. Alat aerasi yang umum adalah difuser porous, difuser non-porous dan

difuser U-tube. Aerator mekanik dihasilkan dengan cara memecah permukaan air

limbah secara mekanik. Dengan timbulnya interface cairan-udara yang besar, maka

terjadi perpindahan oksigen dari atmosfir ke dalam air.


8

Pada sistem ini digunakan turbin sistem hybrid yang melibatkan impeler dan

sumber udara. Udara yang keluar dari bagian bawah impeler, dipecah menjadi

gelembung yang halus dan merembes ke seluruh tangki akibat gerakan pompa pada

impeler. Pada pengolahan air limbah, proses aerasi diterapkan untuk menghilangkan

senyawa organik dan non-organik yang volatile, memberikan oksigen untuk proses

biologi, dan untuk meningkatkan kandungan oksigen pada air yang telah diolah.

2.2.3. Mixing

Pencampuran diperlukan apabila ada suatu materi harus bercampur dengan

materi lain secara sempurna. Disamping itu proses pencampuran diperlukan apabila

dalam suatu reaktor harus dijaga konsentrasi atau temperatur yang merata. Proses

mixing umumnya digunakan pada pencampuran bahan koagulan dengan air dan

pada penambahan khlor untuk disinfeksi. Pada pengolahan air limbah, mixing

diperlukan pada proses pengolahan biologi yang memerlukan pencampuran yang

terus menerus, sehingga proses biologi dapat terjadi lebih efektif. Alat atau metode

pencampuran dapat dibagi dalam beberapa jenis, yaitu :

(1) Turbin atau padle mixer

(2) Propeler mixer

(3) Pneumatic mixer

(4) Hydraulic mixing dan

(5) In-line hydraulic dan Static mixing.

2.2.4. Flokulasi

Flokulasi adalah proses penggabungan partikel-partikel kecil menjadi partikel

besar dengan memanfaatkan tenaga hidrodinamik. Umumnya jenis alat flokulasi

yang digunakan adalah rotating paddles. Partikel-partikel secara bertahap akan

bergabung melalui proses flokulasi perikinetic yang terjadi akibat gerakan Brown,

namun proses ini sangat lambat. Proses tersebut dapat dipercepat dengan


9

memberikan kecepatan gradien yang menghasilkan flokulasi orthokinetic. Dengan

kata lain flokulasi Orthokinetic dapat meningkat dengan cara memberikan kecepatan

gradien pada cairan. Partikel-partikel yang bergerak dengan kecepatan yang

berbeda lebih cenderung untuk bergabung menjadi partikel yang lebih besar.

Berdasarkan ini proses flokulasi dipengaruhi oleh kecepatan gradien rata-rata. Pada

prakteknya kecepatan gradien rata-rata adalah fungsi dari input tenaga

pencampuran (mixing power).

Variabel yang mempengaruhi flokulasi adalah karakteristik cairan, koagulan

yang digunakan, pH dan temperatur. Pada kenyataannya untuk proses rancangan

unit, perlu dilakukan percobaan flokulasi terlebih dahulu. Berdasarkan standar

GLUMRB untuk perencanaan tangki flokulasi, direkomendasikan beberapa hal :

1. Disain inlet dan outlet sedemikian rupa sehingga tidak terjadi short-circuit dan

pecah flok.

2. Kecepatan minimum tidak lebih kecil dari 15,2 cm/menit namun tidak lebih dari

45,7 cm/menit, dengan waktu tinggal untuk pembentukkan flok paling sedikit 30

menit.

3. Pengaduk sebaiknya dijalankan dengan kecepatan yang bervariasi, kecepatan

paddle berkisar antara 15,2 cm sampai dengan 76,2 cm/detik. Tangki flokulasi

dan sedimentasi diletakkan sedekat mungkin. Kecepatan aliran air berflokulasi

dalam saluran ke dalam tangki sedimentasi tidak lebih kecil dari 15,2 cm/detik,

namun tidak boleh lebih dari 45,7 cm/detik.

4. Untuk pelengkap proses flokulasi pada pengolahan berskala kecil, lebih cocok

menggunakan sistem baffle dari pada sistem pencampuran mekanik.

2.2.5. Sedimentasi

Sedimentasi adalah suatu unit operasi untuk menghilangkan materi

tersuspensi atau flok kimia secara gravitasi. Proses sedimentasi pada pengolahan air

limbah umumnya untuk menghilangkan padatan tersuspensi sebelum dilakukan

proses pengolahan selanjutnya. Gumpalan padatan yang terbentuk pada proses

koagulasi masih berukuran kecil. Gumpalan-gumpalan kecil ini akan terus saling


10

bergabung menjadi gumpalan yang lebih besar dalam proses flokulasi. Dengan

terbentuknya gumpalan-gumpalan besar, maka beratnya akan bertambah, sehingga

karena gaya beratnya gumpalan-gumpalan tersebut akan bergerak ke bawah dan

mengendap pada bagian dasar tangki sedimentasi.

2.2.5.1. Rancangan Bak Sedimentasi

Bak sedimentasi dapat berbentuk segi empat atau lingkaran. Pada bak ini

aliran air limbah sangat tenang untuk memberi kesempatan padatan/suspensi untuk

mengendap. Kriteria-kriteria yang diperlukan untuk menentukan ukuran bak

sedimentasi adalah : surface loading (beban permukaan), kedalaman bak dan waktu

tinggal. Waktu tinggal mempunyai satuan jam, cara perhitungannya adalah volume

tangki dibagi dengan laju alir per hari. Beban permukaan sama dengan laju alir (debit

volume) rata-rata per hari dibagi luas permukaan bak, satuannya liter per meter

persegi per hari.

Q

Vo = ; Vo = laju limpahan / beban permukaan (liter per hari per m2)

A Q = aliran rata-rata harian, liter per hari

A = total luas permukaan (m2)

Waktu tinggal dihitung dengan membagi volume bak dengan laju alir masuk,

satuannya jam. Nilai waktu tinggal adalah waktu yang dibutuhkan untuk mengisi bak

dengan kecepatan seragam yang sama dengan aliran rata-rata per hari.

t = 24 V/Q ; t = waktu tinggal (jam)

V = volume bak (liter)

Q = laju rata-rata harian (liter per hari)


11

Kedalaman bak sama dengan kedalaman air yang dihitung dari dasar bak

hingga saluran pelimpah keluar, ketinggian ini diluar kelebihan kedalaman akibat ada

sedikit kemiringan pada dasar bak. Beban pelimpahan keluar (beban pintu) sama

dengan nilai rata-rata overflow harian dibagi dengan panjang pelimpahan total,

dinyatakan dalam liter per hari per linear meter.

Pada bak bentuk persegi panjang, perbandingan panjang dan lebar bervariasi

3 : 1 atau 5 : 1, dengan kedalaman air 2,1 meter hingga 2,4 meter. Laju overflow

untuk sedimentasi awal berkisar antara 1500 dan 3000 liter per hari dan disain yang

umum adalah 2300 liter/hari. Contoh ukuran suatu bak pengendapan :

Dimensi :

Lebar = 5 m

Panjang = 3 m

Kedalaman air efektif = 2 m

Tinggi ruang bebas = 0,5 m (disesuaikan dengan kondisi lapangan).

Waktu Tinggal (Retention Time) rata-rata = 5 Jam

Waktu tinggal pada saat beban puncak = 2,5 Jam ( asumsi jumlah

limbah 2 x jumlah rata-rata).

Beban permukaan (surface loading) rata-rata = 10 m3/m2.hari.

Beban permukaan pada saat puncak = 20 m3/m2.hari.

Kriteria Standar : waktu tinggal = 2 jam

Beban permukaan = 20 50 m3/m2.hari. (JWWA)

Pada umumnya aliran air pada tangki sedimentasi mempunyai sistem up-flow

yaitu air mengalir dari bawah ke atas secara vertikal menuju ke tempat pengeluaran

yang berada di bagian atas. Partikel-partikel akan mengendap ke bawah berlawanan

arah dengan aliran air. Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih

besar dari laju pelimpahan (Q/A), akan mengendap dan dapat dipisahkan.

Sementara partikel yang lebih ringan yang kecepatannya lebih kecil akan terbawa ke

pintu pengeluaran air. Tangki sedimentasi dapat berbentuk empat persegi panjang,

lingkaran atau bujur sangkar. Pada prinsipnya tanki ini didisain agar air bergerak

secara perlahan dan seragam dengan seminimal mungkin terjadi aliran pendek.


12

Ada pula proses pre-sedimentasi dengan tujuan untuk mengendapkan lumpur.

Pada umumnya bentuk tangki adalah lingkaran dengan penampung di bagian bawah

yang dilengkapi pengeruk lumpur. Standar GLUMRB menyarankan waktu tinggal

tidak kurang dari 3 jam. Untuk tangki pengendap setelah proses flokulasi, Standar

GLUMRB menyarankan sebagai berikut : waktu tinggal minimum 4 jam, maksimum

kecepatan horisontal 15,2 cm/menit, maksimum beban pintu 2,5 m3 per hari/cm

panjang pintu. Laju pelimpahan berkisar antara 2,1 hingga 3,3 liter per hari/cm2.

2.2.6. Filtrasi (Penyaringan)

Tujuan penyaringan adalah untuk memisahkan padatan tersuspensi dari

dalam air yang diolah. Pada penerapannya filtrasi digunakan untuk menghilangkan

sisa padatan tersuspensi yang tidak terendapkan pada proses sedimentasi. Pada

pengolahan air buangan, filtrasi dilakukan setelah pengolahan kimia-fisika atau

pengolahan biologi.

Ada dua jenis proses penyaringan yang umum digunakan, yaitu penyaringan

lambat dan penyaringan cepat. Penyaringan lambat adalah penyaringan dengan

memanfaatkan energi potensial air itu sendiri, artinya hanya melalui gaya gravitasi.

Penyaringan ini dilakukan secara terbuka dengan tekanan atmosferik. Sedangkan

penyaringan cepat adalah penyaringan dengan menggunakan tekanan yang

melebihi tekanan atmosfir.

Berdasarkan jenis media filter yang digunakan, penyaringan dapat

digolongkan menjadi dua jenis, yaitu filter media granular (butiran) dan filter

permukaan. Pada jenis media granular, media yang paling baik mempunyai

karakteristik sebagai berikut: Ukuran butiran membentuk pori-pori yang cukup besar

agar partikel besar dapat tertahan dalam media, sementara butiran tersebut juga

dapat membentuk pori yang cukup halus, sehingga dapat menahan suspensi.

Butiran media bertingkat, sehingga lebih efektif pada saat proses pencucian balik

(backwash). Saringan mempunyai kedalaman yang dapat memberikan kesempatan

aliran mengalir cukup panjang. Sejauh ini media yang paling baik adalah pasir yang

ukuran butirannya hampir seragam dengan ukuran antara 0,6 hingga 0,8 mm.


13

Laju operasi untuk penyaringan ditentukan oleh kualitas air baku, pengolahan

kimia yang diterapkan dan media filter. Pada umumnya laju penyaringan pada

saringan pasir cepat adalah 82,4 liter per menit/m2. Sistem yang ada pada saat ini

dapat menaikkan aliran hingga 206 liter per menit/m2. Unggun saringan yang terdiri

dari dua jenis media, yaitu arang dan pasir menghasilkan lapisan media arang yang

butirannya besar (berat jenis 1,4-1,6) berada diatas media pasir yang lebih halus

(berat jenis 2,6). Susunan media dari atas ke bawah kasar-halus, akan

memudahkan aliran air. Flok yang besar akan tertahan butiran arang di bagian

atas/permukaan unggun.

Sementara materi yang lebih halus di butiran pasir di bagian bawah. Oleh

karena itu pada unggun saringan yang kedalamannya tinggi dapat mencegah

terjadinya penyumbatan yang terlalu dini di permukaan. Pada proses penyaringan

cepat atau dengan tekanan, air dialirkan ke dalam unggun dengan tekanan. Saringan

tekan umumnya tidak digunakan pada sistem pengolahan yang berskala besar

karena keterbatasan ukuran. Saringan tekan lebih banyak digunakan pada

pengolahan domestik berskala kecil.

Permasalahan yang timbul pada proses penyaringan lambat dengan gaya

gravitasi adalah pengambilan endapan lumpur yang terbentuk pada lapisan atas

permukaan. Pengambilan dapat dilakukan dengan proses pencucian balik, yaitu

dengan membalikkan arah aliran air dari bawah ke atas. Pengaliran air pencuci ini

biasanya harus mempunyai tekanan yang lebih besar agar mampu mengangkat

lapisan endapan lumpur dan kemudian terbuang pada saluran air limpasan.

Proses pencucian balik pada unit alat penyaringan lambat dibutuhkan waktu

yang lebih lama. Sedangkan pada unit penyaringan cepat, proses pencucian balik

(backwashing) dapat dilakukan dengan lebih mudah dan lebih cepat. Dengan

tekanan yang umumnya cukup besar, maka butiran media penyaring akan terangkat

mengambang, sehingga butiran-butiran pengotor atau endapan yang melekat akan

mudah hanyut dalam aliran air cucian yang mengalir lebih cepat dari bawah ke atas.


14

2.2.7. Adsorpsi

Adsorpsi adalah penumpukan materi pada interface antara dua fasa. Pada

umumnya zat terlarut terkumpul pada interface. Proses adsorpsi memanfaatkan

fenomena ini untuk menghilangkan materi dari cairan. Banyak sekali adsorbent yang

digunakan di industri, namun karbon aktif merupakan bahan yang sering digunakan

karena harganya murah dan sifatnya nonpolar. Adsorbent polar akan menarik air

sehingga kerjanya kurang efektif. Pori-pori pada karbon dapat mencapai ukuran 10

angstrom. Total luas permukaan umumnya antara 500 1500 m2/gr. Berat jenis

kering lebih kurang 500 kg/m3.

2.2.8. Gas Stripping

Pada saat ini penggunaan gas stripping hanya terbatas pada pengolahan air

limbah. Zat-zat yang umum di stripping adalah amonia, hidrogen sulfida, sulfur

dioxide dan phenol. Pada proses stripping air dialirkan ke bawah melalui media ring

atau pada permukaan yang beralur. Sementara udara bersih atau gas lain dialirkan

berlawanan arah. Sistem ini disebut teknik packed column. Pada sistem ini, aliran

gas ke atas (disebut stripping gas) mengambil gas-gas terlarut yang akan

dihilangkan dalam cairan.

Pada saat cairan turun di dalam kolom, cairan mengeluarkan gas terlarut

sementara gas pada phasa gas masuk ke dalam air. Perpindahan gas terjadi karena

adanya ketetapan hukum mass transfer gas dan cairan. Efisiensi perpindahan

tergantung pada :

Distribusi atau penyebaran air ke seluruh permukaan kolom

Luas area interface gas-cairan

Kemurnian dari stripping gas, untuk mencegah pengotoran air yang diolah

Distribusi gas stripping dalam kolom.


15

2.2.9. Flotasi

Kebalikan dari proses pengendapan, flotasi adalah proses pemisahan

padatan-cairan atau cairan-cairan yang dalam hal ini partikel atau cairan yang

dipisahkan mempunyai berat jenis yang lebih kecil dari pada cairan. Apabila

perbedaan berat jenis secara alamiah cukup untuk dilakukan pemisahan, maka

proses flotasi dinamakan flotasi alamiah (natural flotation).

Apabila ditambahkan sesuatu dari luar untuk mempercepat pemisahan

partikel, walaupun secara alamiah berat jenis partikel tersebut lebih ringan dari

pada cairan, dinamakan flotasi dibantu(aided flotation). Istilah flotasi terdorong

(induced flotation), diterapkan pada keadaan berat jenis partikel secara alamiah lebih

besar dari pada cairan, namun dibuat agar berat jenisnya lebih kecil. Sebagai contoh

penggabungan gas-partikel sehingga berat jenisnya lebih kecil dari cairan.

Kecepatan gelembung gas naik pada aliran laminer digambarkan oleh

persamaan Stokes.

V = g/18 . ( l - g) . d2

Dimana : d = diameter gelembung

l = berat jenis cairan

g = berat jenis gas

= viskositas absolut

Dari persamaan ini dapat disimpulkan, bahwa semakin besar diameter gelembung

semakin besar pula kecepatan naiknya.


16

2.2.9.1. Flotasi Dengan Microbubbles

Proses induced flotation yang menggunakan gelembung halus atau

microbubbles yang berdiameter 40 70 micron disebut dissolved air flotation (DAF).

Teknik yang umum digunakan untuk menghasilkan microbubble adalah

pressurization. Gelembung diperoleh dengan cara mengekspansi cairan yang telah

banyak mengandung udara pada tekanan beberapa bar. Jenis tekanan yang

dilepaskan akan menentukan kualitas gelembung yang dihasilkan. Cairan yang

ditekan dapat air baku (full-flow pressurization) atau recycle air olahan (recycle

pressurization).

Pada proses klarifikasi air permukaan atau air industri digunakan sistem recycle

pressurization.

Pada kasus pemekatan lumpur, digunakan full-flow pressurization atau recycle

pressurization,

2.2.9.2. Natural Flotasi

Flotasi alamiah biasanya diterapkan pada proses pemisahan minyak. Pada

flotasi ini kemungkinan didahului dengan proses penyatuan gelembung

(microdroplets menempel satu dengan yang lain) untuk mencapai ukuran minimum

sehingga terjadi pemisahan.

2.2.9.3. Aided Flotation (Flotasi Dibantu)

Flotasi ini adalah flotasi alamiah yang ditingkatkan dengan menyemburkan

gelembung udara. Proses ini biasa diterapkan pada pemisahan lemak yang

terdispersi dalam cairan. Dalam sistem ini terdapat dua daerah; satu daerah untuk

pencampuran dan emulsifying; yang lainnya daerah penenang untuk proses flotasi.


17

Penerapan Flotasi

Penerapan DAF (Dissolved Air Flotation) pada pengolahan air :

Pemisahan flok pada proses klarifikasi/penjernihan.

Pemisahan dan perolehan kembali serat pada efluen pabrik kertas.

Pemisahan minyak terflokulasi atau tidak terflokulasi dalam air limbah yang

terdapat pada efluen refineri, airport dan pabrik baja.

Pemekatan lumpur dari pengolahan biologi air limbah atau dari proses klarifikasi

air minum.

Klarifikasi cairan lumpur aktif.

2.2.10. Proses Membran

Padatan terlarut dapat dipisahkan dari air atau air limbah melalui penggunaan

membran semipermiable yang mempunyai diameter pori berukuran 3 angstrom.

Apabila pemisahan terjadi dengan melewatkan air melalui membran maka proses

disebut osmosis atau hyperfiltration. Proses sebaliknya yaitu melewatkan molekul

atau ion terlarut melalui membran disebut proses dialysis. Sebagai tenaga

penggeraknya dapat berupa fisik (tekanan), kimia (konsentrasi), panas (temperatur)

atau listrik. Penerapan proses membran adalah desalinasi air untuk penggunaan air

domestik dan air industri, pengolahan limbah industri dan pengambilan kembali

(recovery) materi berharga dari aliran air buangan.

Reverse Osmosis

Apabila dua larutan yang mempunyai konsentrasi berbeda dipisahkan oleh

membran semipermible, maka perbedaan chemical potential akan terjadi pada

membran. Air akan menembus membran dari konsentrasi rendah/encer (potensi

lebih tinggi) ke bagian yang konsentrasi tinggi/pekat (potensi rendah). Aliran akan

terus berlangsung hingga beda tekanan mengimbangi perbedaan chemical potential.


18

Penyeimbang beda tekanan disebut tekanan osmotic dan besarnya

tergantung pada karakteristik larutan, konsentrasi dan temperatur. Apabila tekanan

diberikan pada arah sebaliknya dan lebih besar dari tekanan osmotic, maka yang

terjadi aliran mengalir dari konsentrasi pekat ke konsentasi rendah. Proses ini

disebut reverse osmosis.

2.2.11. Pengeringan / Pengolahan Lumpur

Lumpur yang dihasilkan dari proses sedimentasi diolah lebih lanjut untuk

mengurangi sebanyak mungkin air yang masih terkandung didalamnya. Proses

pengolahan lumpur yang bertujuan mengurangi kadar air tersebut sering disebut

dengan pengeringan lumpur. Ada empat cara proses pengurangan kadar air, yaitu

secara alamiah, dengan tekanan (pengepresan), dengan gaya sentrifugal dan

dengan pemanasan.

Pengeringan secara alamiah dilakukan dengan mengalirkan atau memompa

lumpur endapan ke sebuah kolam pengering (drying bed) yang mempunyai luas

permukaan yang besar dengan kedalaman sekitar 1 atau 2 meter. Proses

pengeringan berjalan dengan alamiah, yaitu dengan panas matahari dan angin yang

bergerak di atas kolam pengering lumpur tersebut. Cara pengeringan seperti ini tentu

saja sangat bergantung dari cuaca dan akan bermasalah bila terjadi hujan. Bila

lumpur tidak mengandung bahan yang berbahaya, maka kolam pengering lumpur

dapat hanya berupa galian tanah biasa, sehingga sebagian air akan meresap ke

dalam tanah dibawahnya.

Tetapi bila lumpur mengandung bahan yang berbahaya (misalnya logam berat

& phenol), maka kolam lumpur harus terbuat dari beton dan pada bagian bawah

kolam harus mempunyai saluran rembesan larutan yang kemudian harus diolah

kembali. Cara pengeringan seperti ini memang tergolong mudah dan murah, namun

membutuhkan waktu yang lama, serta tidak sesuai untuk lumpur yang mengandung

zat-zat berbahaya yang mudah menguap. Secara periodik kolam lumpur harus

dikeruk untuk memindahkan lumpur kering. Bila lumpur kering masih mengandung


19

unsur yang berbahaya, maka masih harus ditangani secara khusus, misalnya diolah

lebih lanjut dengan pembakaran (incineration).

Pengeringan lumpur dengan cara tekanan (pengepresan) dilakukan dengan

mengalirkan lumpur di antara dua plat (belt) yang berperforasi. Kemudian dengan

sistem rolling kedua plat tersebut bergerak dan menekan lumpur ditengahnya.

Dengan demikian lumpur seolah terperas dan cairan keluar melalui lubang-lubang

perforasi. Cara pengeringan lumpur seperti ini sungguh efektif dan banyak digunakan

untuk skala besar (pabrik). Cairan yang keluar apabila masih mengandung bahan

yang berbahaya, maka harus diolah lebih lanjut. Pengeringan lumpur dengan cara ini

dapat mengurangi kadar air di bawah 10%.

Selanjutnya bila lumpur kering masih mengandung bahan yang berbahaya,

maka dapat diolah lebih lanjut, misalnya dengan pembakaran pada incinerator. Cara

pengeringan dengan tekanan memang membutuhkan lebih banyak energi, namun

prosesnya dapat jauh lebih cepat. Peralatan selain sistem belt, misalnya Plate &

Frame Filter Press (PFFP). Alat ini merupakan susunan plat-plat berperforasi yang

dirangkai sedemikian rupa sehingga lumpur yang dialirkan ke dalam sistem ini akan

tersaring dengan cepat. Hasil pengeringan lumpur dengan PFFP sebenarnya kurang

begitu baik, yaitu kadar air dalam lumpur kering masih di atas 10%, bahkan sampai

20%.

Proses pengeringan lumpur dengan gaya centrifugal (centrifuge), prinsipnya

seperti proses pengeringan pada mesin cuci pakaian. Namun dalam peralatan ini,

hasil lumpur yang sudah melekat dan memadat pada bagian dinding dibawa dengan

suatu Screw Conveyor yang berputar dan kemudian mengeluarkan lumpur keringnya

pada bagian sisi yang lain. Pengurangan kadar air dari lumpur dengan cara ini dapat

dilakukan dalam skala kecil sampai besar. Sistem ini sangat jarang digunakan di

Indonesia, walaupun energi yang dibutuhkan tidak terlalu besar. Proses pengeringan

lumpur dengan pemanasan biasanya diterapkan pada suatu pabrik yang mempunyai

panas buang yang cukup tinggi, sehingga panas buang tersebut dapat

termanfaatkan dengan optimal.


20

Panas berlebih yang umumnya diperoleh dari unit pembakaran (incinerator)

dialirkan ke dalam unit pengeringan yang berupa silinder dan dilengkapi sistem

pembawa lumpur yang berupa screw conveyor. Arah aliran udara panas berlawanan

dengan arah aliran lumpur. Hasil pengeringan lumpur dengan sistem ini dapat

mencapai 100% tergantung dari waktu tinggal lumpur dalam proses pengeringan

tersebut. Hasil lumpur kering bila masih mengandung unsur berbahaya, maka dapat

dilanjutkan dengan pembakaran lumpur dalam unit incinerator.


21

BAB 3

CONTOH DISAIN

erikut ini adalah contoh untuk desain Bak Pengendap, Koagulasi dan

Flokulasi.

3.1. Disain Bak Pengendap

Debit limbah cair (Q) = 5 l/dt

Kriteria Desain (Water & Wastewater Technology, Hammer, 1975):

Waktu tinggal : 1 3 jam

Over flow rate : 600 1500 gpd/sqft

Kedalaman bak : 7 10 ft

Panjang : lebar : (4 5 ) : 1

Weir loading : 10.000 15.000 gpd/ft

Lebar maximum : (20 35) ft

Performance : BOD removal (30 - 40)% , SS removal (50 - 70)%

Perhitungan:

Over flow rate = 700 gpd/sqft = 0,33 l/dt/m2

Luas permukaan = Q = 5 l/dt = 15 m2

V 0,33 l/dt/m2

Direncanakan : Kedalaman bak pengendap = 2,7 ft = 2 m

B


22

Panjang = 6 m

Lebar = 1,25 m

Waktu tinggal = 6 m x 1,25m x 2m = 3000 dt = 1 jam

5 l/dt

3.2. Koagulasi

Desain untuk bahan kimia (alumunium sulfat), jumlah dosis didapat dari jar test.

Contoh:


Dosis koagulan = 40 mg/l

Perhitungan:

Alumunium sulfat (BJ = 2,2 kg/l) yang dibutuhkan = 40 mg/l x 5 l/dt = 200 mg/dt

Untuk pembubuhan dipakai pompa dengan q = 2000 cc/mt

Kadar suspensi larutan kapur = 200 mg/dt = 6%

2000 cc/mt

Direncanakan periode pembuatan larutan = 8 jam

Volume larutan (untuk 8 jam) = 8 jam x 2800 cc/menit = 1,344 m3

Dimensi bak pelarut:

Kapasitas = 1,344 m3

Kedalaman = 1,0 m

Panjang = 1,2 m

Lebar = 1,2 m


23

3.3. Flokulasi

Perhitungan untuk menentukan motor yang akan digunakan :


Direncanakan waktu tinggal, td = 30 menit

Kecepatan gradien rata-rata(G) = 40/dt

Efisiensi motor penggerak(Ef) = 60%

Volume bak flokulasi (V) = Q x td = 5 l/dt x 30 menit = 9 m3

Viskositas dinamik(m) = 10 3 kg/m.dt

Tenaga motor = V x m x G2 Ef Tenaga motor = (9 m3)(10 3 kg/m.dt) (40/dt) = 216 Watt

0.60


24

BAB 4

PENUTUP

alam praktek pengolahan air limbah kebanyakan proses-proses fisika

digabungkan, dipadukan dan diakomodasi dalam satu kesatuan dengan

proses kimia, yaitu yang dikenal dengan nama Physico-Chemical

Treatment. Beberapa keuntungan pengolahan air limbah dengan Physico-Chemical

Treatment adalah dapat mengurangi suspended solid dan BOD cukup tinggi, dapat

mengurangi phosphat sampai 70-90%, proses pengolahannya mempunyai toleransi

terhadap temperatur, material beracun dan aliran yang tidak kontinyu, dan unit

pengolahan membutuhkan ruang yang lebih kecil dibandingkan dengan unit

pengolahan biologi. Kerugiannya adalah membutuhkan investasi yang tinggi, operasi

butuh energi cukup tinggi dan banyak menghasilkan lumpur.

D


25

DAFTAR PUSTAKA

1. Lucjan Pawlowski, Physico-Chemical Methods for Water and Wastewater

Treatment, First Edition, Pergamon Press, New York, 1980.

2. Degremont, Water Treatment Handbook, Sixth Edition, Lavoisier Publishing,

Paris, 1991.

3. Mark J. Hammer, Water and Wastewater Technology , Second Edition, John

Wiley & Sons, New York, 1986.

4. Tsukishima Kikai Co., Ltd., Sewage & Sludge Treatment, Tokyo, 1996.


26

LAMPIRAN

(A)

(B)

(C)

(D)

Gambar 1. Beberapa Jenis Penyaring Yang Sering Digunakan

Dalam Sistem Pengolahan


27

(A)

(B)

(C)

(D)

OO.. (E)

OOO. (F)

Gambar 2. Beberapa Jenis Cara Aerasi


28

Gambar 3. Beberapa Jenis Reaktor Untuk Proses Flokulasi


29

Gambar 4. Beberapa Jenis Metoda Dan Peralatan Untuk Pencampuran.


30

Gambar 5. Sistem Penyaringan Pasir Cepat


31

A B C

Gambar 6. Proses Pengendapan Pada :

(A) Aliran Horisontal Bak Persegi, (B) Aliran Radial Melingkar, (C) Tangki

Sedimentasi Upflow

Gambar 7. Diagram Alir Suatu Unit Proses Flotasi


32

Gambar 8. Proses Aerasi Dengan Spray Nozzles

Gambar 9. - Injeksi Udara Tertekan Melalui Bafel Pencampur

- Aerator Sistem Bubbling Dengan Tinggi Tekan Yang Kecil


33

Gambar 10. Proses Pencampuran Dengan Pompa Difusi

Gambar 11. Unit Pencampuran Dengan Pengadukan Mekanik


34

Gambar 12. Pengeringan Lumpur Dengan Sistem Centrifuge I

Gambar 13. Unit Pengering Lumpur Dengan Sistem Centrifuge


35

Gambar 14. Pengeringan Lumpur Dengan Sistem Centrifuge II


36

Gambar 15. Pengeringan Lumpur Dengan Cara Pengepresan

Tab

el 2.

Jum

lah A

ir L

imbah Y

an

g D

ibu

an

g K

e B

ada

n A

ir D

i Jakart

a

(Seb

ag

ai S

atu

Stu

di K

asus D

an B

ahan P

erb

an

din

ga

n)

WILAYAH

JUMLAH AIR LIMBAH YANG DIBUANG (m3/hari)

Jumlah Limbah

Spesifik (m3/ha.hari)

DOMISTIK

PERKANTORAN

KOMERSIAL

INDUSTRI

TOTAL

Jaka

rta P

usat

179.4

32

(78,0

) 45.7

41

(

19,9

) 4.7

22

(2,1

) 229.8

95

46,6

Kon

dis

i U

tara

143.5

06

(68,6

) 20.6

22

(9,9

) 45.1

88

(

21,6

) 209.3

16

15,0

Saat

ini

Bara

t 210.7

90

(79,2

) 35.7

70

(

13,4

) 19.4

24

(7,3

) 265.9

84

20,6

(1987)

Sela

tan

247.3

50

(85,1

) 35.1

46

(

12,1

) 8.0

15

(2,8

) 290.5

11

19,9

T

imur

256.9

47

(80,2

) 35.3

72

(

11,0

) 28.0

88

(8,8

) 320.4

07

17,1

T

OT

AL

1.0

38.0

25

(7

8,9

) 17

2.6

51

(

13,1

) 10

5.4

37

(8,0

) 1.3

16.1

13

20,2

Jaka

rta P

usat

25

3.7

56

(67,0

) 12

1.2

27

(

32,0

) 3.9

06

(1,0

) 378.8

89

76,8

Kon

dis

i U

tara

26

6.2

33

(57,0

) 60.2

98

(

13,1

) 13

5.4

85

(

29,3

) 462.0

16

33,1

akan

Bara

t 39

8.8

82

(76,6

) 86.3

12

(

16,6

) 35.7

18

(6,9

) 520.9

12

40,4

Data

ng

S

ela

tan

46

8.3

54

(84,0

) 87.2

05

(

15,6

) 3.3

28

(0,4

) 557.8

87

38,2

(2010)

Tim

ur

49

5.4

61

(74,1

) 93.8

91

(

14,0

) 79.1

94

(

11,8

) 668.5

46

35,6

T

OT

AL

1.8

82.6

86

(72,7

) 44

8.9

33

(

17.3

) 256.6

31

(9

,9)

2.5

88.2

50

39,7

37


Teknolo

gi Pengola

han L

imbah C

air D

engan P

roses F

isik

a

38

Tab

el 3.

Jum

lah B

eba

n P

olu

si Y

ang D

ibuang

Ke B

adan A

ir D

i Jakart

a

(Seb

ag

ai S

atu

Stu

di K

asus D

an B

ahan P

erb

an

din

ga

n)

WILAYAH

BEBAN POLUSI (Kg/hari)

Beban Polusi

Spesifik

(kg/ha.hari)

DOMISTIK

PERKANTORAN

KOMERSIAL

INDUSTRI

TOTAL

Jaka

rta P

usat

42.4

33

(

76,9

) 10.5

68

(

19,1

) 2.1

92

(

4,0

) 55.1

91

11,2

Kon

dis

i U

tara

34.1

59

(

57,0

) 4.7

63

(8,0

) 20.9

70

(35,0

) 59.8

92

4,3

saat

ini

Bara

t 49.8

27

(

74,3

) 8.2

64

(

12,3

) 9.0

17

(1

3,4

) 67.1

08

5,2

(1987)

Sela

tan

58.3

61

(

83,1

) 8.1

20

(

11,6

) 3.7

21

(

5,3

( 70.2

02

4,8

T

imur

60.4

86

(

74,0

) 8.1

73

(

10,0

) 13.0

37

(16,0

) 81.6

96

4,4

T

OT

AL

245.2

64

(

73,4

) 39.8

88

(

12,0

) 48.9

37

(14,6

) 33

4.0

89

5,1

Jaka

rta P

usat

57.2

16

(

65,7

) 28.0

04

(

32,2

) 1.8

06

(

2,1

) 87.0

26

17,6

Kon

dis

i U

tara

60.6

04

(

44,2

) 13.9

29

(

10,1

) 62.6

15

(45,7

) 13

7.1

48

9,8

akan

Bara

t 89.9

17

(

71,1

) 19.9

37

(

15,8

) 16.5

05

(13,1

) 12

6.3

59

9,8

data

ng

Sela

tan

105.3

54

(

83,2

) 20.1

44

(

15,9

) 1.0

75

(

0,9

) 12

6.5

73

8,7

(2010)

Tim

ur

111.1

21

(

65,6

) 21.6

87

(

12,8

) 36.5

99

(21,6

) 16

9.4

07

9,0

T

OT

AL

424.2

12

(

65,7

) 10

3.7

01

(

16,0

) 11

8.6

00

(18,3

) 64

6.5

13

9,9

38


011fisik.pdf

Documents

Transcript of 011fisik.pdf