BAB IPENDAHULUAN A. Kestabilan Partikel TersuspensiAir baku dari air permukaan umumnya mengandung partikel tersuspensi. Partikel tersuspensi dalam air dapat berupa partikel bebas dan koloid dengan ukuran yang sangat kecil, antara 0,001 mikron (10-6 mm) sampai 1 mikron (10-3 mm). Partikel yang ditemukan dalam kisaran ini meliputi (1) partikel anorganik, seperti serat asbes, tanah liat, dan lanau/silt, (2) presipitat koagulan, dan (3) partikel organik, seperti zat humat, virus, bakteri, dan plankton. Dispersi koloid mempunyai sifat memendarkan cahaya. Sifat pemendaran cahaya ini terukur sebagai satuan kekeruhan.Partikel tersuspensi sangat sulit mengendap langsung secara alami. Hal ini karena adanya stabilitas suspensi koloid. Stabilitas koloid terjadi karena : Gaya van der WaalsGaya ini merupakan gaya tarik menarik antara dua massa yang besarnya tergantung pada jarak antar keduanya Gaya ElektrostatikAdalah gaya utama yang menjaga suspensi koloid pada keadaan yang stabil. Sebagian besar koloid mempunyai muatan listrik. Kestabilan koloid terjadi karena adanya gaya tolak antar koloid yang mempunyai muatan yang sama. Gaya ini disebut sebagai zeta potensial Gerak BrownGerak ini adalah gerak acak dari suatu partikel koloid yang disebabkan oleh kecilnya massa partikel.Gaya van der Waals dan gaya elektrostatik saling meniadakan. Kedua gaya tersebut nilainya makin mendekati nol dengan makin bertambahnya jarak antar koloid. Resultan kedua gaya tersebut umunya menghasilkan gaya tolak yang lebih besar. Hal ini menyebabkan partikel dan koloid dalam keadaan stabil.

Tabel 1. Pengendapan Partikel dalam AirUkuran Partikel(mm)Tipe PartikelWaktu Pengendapan pada Kedalaman 1 meter

10Kerikil 1 detik

1Pasir10 detik

10-1Pasir Halus2 menit

10-2Lempung2 jam

10-3Bakteri8 hari

10-4Koloid2 tahun

10-5Koloid20 tahun

10-6Koloid200 tahun

Sumber: Water Treatment Handbook Vol. 1 (1991)

BAB IITINJAUAN PUSTAKAA. KoagulasiKoagulasi didefinikan sebagai proses destabilisasi muatan koloid padatan tersuspensi termasuk bakteri dan virus, dengan menambahkan koagulan sehingga akan terbentu flok flok halus yang dapat diendapkan. Proses koagulasi dilakukan dengan pengadukan cepat dan waktu singkat. Tujuan pengadukan cepat adalah untuk mempercepat dan menyeragamkan penyebaran zat kimia melalui air yang diolah. Koagulan yang umum dipakai adalah alumunium sulfat, feri sulfat dan PAC.Pengadukan cepat yang efektif sangat penting ketika menggunakan koagulan logam seperti alum dan ferric chloride, karena proses hidrolisnya terjadi dalam hitungan detik dan selanjutnya terjadi adsorpsi partikel koloid. Waktu yang dibutukan untuk zat kimia lain seperti polimer (polyelectrolites), chlorine, zat kimia alkali, ozone, dan potassium permanganat, tidak optimal karena tidak mengalami reaksi hidrolisis.a) KoagulanZat kimia yang menyebabkan destabilisasi muatan negatif partikel di dalam suspensi. Zat ini merupakan donor muatan positif yang digunakan untuk mendestabilisasi muatan negatif partikel.Jenis koagulan yang sering dipakai adalah sebagai berikut :a. Alummunium Sulfat (Alum)Alumunium sulfat [Al2(SO4)3.18H2O] adalah salah satu koagulan yang umum digunakan karena harganya murah dan mudah didapat. Alkalinitas yang ada di dalam air bereaksi dengan alumunium sulfat (alum) menghasilkan alumunium hidroksida sesuai dengan persamaan:Al2(SO4)3.14H2O + 3 Ca(HCO3)2 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 6 CO2 + 14 H2OBila air tidak mangandung alkalinitas untuk bereaksi dengan alum, maka alkalinitas perlu ditambah. Biasanya alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida (Ca(OH)2) dengan reaksi:Al2(SO4)3.14H2O + 3 Ca(OH)2 3 CaSO4 + 2 Al(OH)3 + 14 H2OAlkalinitas bisa juga ditambahkan dalam bentuk ion karbonat dengan penambahan natrium karbonat. Nilai pH optimum untuk alum sekitar 4,5-8,0.b. Ferrous Sulfate (FeSO4)Ferrous Sulfate membutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida agar menghasilkan reaksi yang cepat. Senyawa Ca(OH)2 dan NaOH biasanya ditambahkan untuk meningkatkan pH sampai titik tertentu dimana ion Fe2+ diendapkan sebagai Fe(OH)3.Reaksinya adalah:2FeSO4.7H2O + 2Ca(OH)2 + O2 2Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 13H2OAgar reaksi diatas terjadi, pH harus dinaikkan hingga 7.0 sampai 9,5. Selain itu, ferrous sulfate digunakan dengan mereaksikannya dengan klorin dengan reaksi:3FeSO4.7H2O + 1,5Cl2 Fe2(SO4)3 + FeCl3 + 21H2OReaksi ini terjadi pada pH rendah sekitar 4,0.c. Ferric Sulfate dan Ferric ChlorideReaksi sederhana ferric sulfate dengan alkalinitas bikarbonat alam membentuk ferric hydroxide dengan reaksi:Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2Sedangkan reaksi ferric chloride dengan alkalinitas bikarbonat alami yaitu:2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2Apabila alkalinitas alami tidak cukup untuk reaksi, Ca(OH)2 ditambahkan untuk membentuk hidroksida. Reaksinya adalah:2FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2b) Faktor Faktor yang Mempengaruhi Proses Koagulasi Suhu air Derajat keasaman Jenis koagulan Kadar ion terlarut Tingkat kekeruhan Dosis koagulan Kecepatan pengadukan Alkalinitasc) Efetifitas Koagulasi Efektifitas berdasarkan TDSEfektifitas koagulasi berdasarkan TDS menyatakan persen penyisihan padatan terlarut (dissolved solid) akibat proses koagulasi. Efektifitas berdasarkan penurunan CODEfektifitas koagulasi berdasarkan penurunan COD menyatakan persen penyisihan senyawa-senyawa organik akibat proses koagulasi.B. Flokulasi Flokulasi merupakan suatu proses aglomerasi (penggumpalan) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan sehingga dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi. Proses ini menggunakan pengadukan lambat.Proses pengadukan merupakan faktorpenting dalam flokulasi. Jika pengadukan terlalu cepat maka gaya geser yang timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika pengadukan terlalu lambat maka proses penggabungan antar partikulat tidakakan terjadi dan flok besar yang mudah mengendap akan sulit dihasilkan. Umumnya pengadukan dilakukan selama 30 hingga 90 menit.Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen : Pertama terjadi proses pendewasaan flok, Kedua terjadi prosespenggabungan flok, dan Ketiga terjadi pemadatan floka) Jenis Jenis Flokulan Alum Aluminimum Chloride Alumunium Sufate Calcium Oxide Calcium Hydoxide Iron (III) Chloride Iron (II) Sulfate Polyacrylamide PolyDADMAC Sodium Aluminate Sodium Silicateb) Efektifitas FlokulasiEfisiensi dari proses flokulasi dapat dilihat dari kualitas air setelah dilakukan pemisahan flok secara mekanik.

C. Jenis PengadukanPengadukan merupakan operasi yang mutlak diperlukan pada proses koagulasi-flokulasi. Pengadukan cepat berperan penting dalam pencampuran koagulan dan destabilisasi partikel. Pengadukan lambat berperan dalam upaya penggabungan flok.Jenis pengadukan dapat dikelompokkan berdasarkan kecepatan pengadukan dan metoda pengadukan. Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Berdasarkan metodanya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis.1. Pengadukan CepatTujuan pengadukan cepat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air. Secara umum, pengadukan cepat adalah pengadukan yang dilakukan pada gradien kecepatan besar (300 sampai 1000 detik-1) selama 5 hingga 60 detik atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 300 hingga 1700. Secara spesifik, nilai G dan td bergantung pada maksud atau sasaran pengadukan cepat.Untuk proses koagulasi flokulasi Waktu detensi = 20 - 60 detik G = 1000-700 detik-1Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu :1. Pengadukan mekanis2. Pengadukan hidrolis3. Pengadukan pneumatis2. Pengadukan LambatTujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel hingga berukuran besar. Pengadukan lambat adalah pengadukan yang dilakukan dengan gradien kecepatan kecil (20 sampai 100 detik-1) selama 10 hingga 60 menit atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 48000 hingga 210000. Untuk menghasilkan flok yang baik, gradien kecepatan diturunkan secara bertahap agar flok yang telah terbentuk tidak pecah lagi dan berkesempatan bergabung dengan yang lain membentuk gumpalan yang lebih besar.Secara spesifik, nilai G dan waktu detensi untuk proses flokulasi adalah sebagai berikut: Untuk air sungai: Waktu detensi = minimum 20 menit G = 10 - 50 detik-1 Untuk air waduk: Waktu = 30 menit G = 10 - 75 detik-1 Untuk air keruh: Waktu dan G lebih rendah Bila menggunakan garam besi sebagai koagulan: G tidak lebih dari 50 detik-1 Untuk flokulator 3 kompartemen: G kompartemen 1 : nilai terbesar G kompartemen 2 : 40 % dari G kompartemen 1 G kompartemen 3 : nilai terkecil3. Pengadukan MekanisPengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri atas motor, poros pengaduk (shaft), dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan bentuknya, ada tiga macam impeller, yaitu paddle (pedal), turbine, dan propeller (baling-baling).Tabel 1. Kriteria ImpellerTipe ImpellerKecepatan PutaranDimensi Keterangan

Paddle20 150 rpmDiameter : 50 80% lebar bakLebar : 1/6 1/10 diameter paddle

Turbine10 150 rpmDiameter : 30 50% lebar bak

Propeller400 1750 rpmDiameter : maksimal 45 cmJumlah pitch 1 2 buah

4. Pengadukan HidrolisPengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan aliran air sebagai tenaga pengadukan. Tenaga pengadukan ini dihasilkan dari energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran.Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan cepat haruslah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang besar. Dalam hal ini dapat dilihat dari besarnya kehilangan energi (headloss) atau perbedaan muka air. Dengan tujuan menghasilkan turbulensi yang besar tersebut, maka jenis aliran yang sering digunakan sebagai pengadukan cepat adalah terjunan, loncatan hidrolik, dan parshall flume.Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan lambat adalah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif lebih tenag dan dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak pecah lagi. Beberapa contoh pengadukan hidrolis untuk pengadukan lambat adalah kanal bersekat (baffled channel, Gambar 5.10), perforated wall, gravel bed dan sebagainya.5. Pengadukan pnemuatisPengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas) berbentuk gelembung sebagai tenaga pengadukan. Gelembung tersebut dimasukkan ke dalam air dan akan menimbulkan gerakan pada air (Gambar 5.11). Injeksi udara bertekanan ke dalam air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Aliran udara yang digunakan untuk pengadukan cepat harus mempunyai tekanan yang cukup besar sehingga mampu menekan dan menggerakkan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula.

C. Mekanisme Koagulasi FlokulasiKoagulasi dan flokulasi merupakan proses yang terjadi secara berurutan untuk mentidakstabilkan partikel tersuspensi, menyebabkan tumbukan partikel dan tumbuh menjadi flok. Pertama, koagulasi dengan melibatkan netralisasi dari muatan partikel dengan penambahan elektrolit (koagulan). Agregat yang terbentuk akan saling menempel dan menyebabkan terbentuknya partikel yang lebih besar yang dinamakan mikroflok. Pengadukan cepat di gunakan untukmendispersikan koagulan dalam larutan dan mendorong terjadinya tumbukanpartikel untuk memperoleh proses koagulasi yang bagus. Biasanya proses koagulasi membutuhkan waktu sekitar 1-3 menit. Tahap selanjutnya, Flokulasi, disebabkan oleh adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut sebagai flokulan. Mikroflok yang terbentuk pada saatproses koagulasi sebagai akibat penetralan muatan, akan saling bertumbukan dengan adanya pengadukan lambat dan menghasilkan flok yang lebih besar.Pertumbuhan ukuran flok akan terus berlanjut dengan penambahan flokulan atau polimer dengan bobot molekul tinggi.Polimer tersebut menyebabkan terbentuknya jembatan, mengikat flok, memperkuat ikatannya serta menambah berat flok sehingga meningkatkan rate pengendapan flok. Waktu yang dibutuhkan untuk proses flokulasi berkisarantara 15-20 menit hingga 1 jam. Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk lambat. Contoh proses dapat dilihat dari gambar :

D. Kelebihan Koagulasi Flokulasi Lebih cepat, efektif dan efisien menghilangkan bahan-bahan limbah dalam bentuk koloid, dengan menambahkan koagulan. Dengan koagulasi, partikel-partikel koloid akan saling menarik dan menggumpal membentuk flok. Memudahkan partikel-partikel tersuspensi yang sangat lembut dan bahan-bahan koloidal di dalam air menjadi agregat/jonjot (proses sebelum penggumpalan) dan membentuk flok, sehingga dapat dipisahkan dengan proses pengendapan.

BAB IIIAPLIKASI DALAM INDUSTRIPT CAPSUGEL INDONESIAPengolahan air limbah di PT. Capsugel Indonesia meliputi pengolahan secara fisika, kimia dan biologis. Tahapan pengolahannya tidak selalu sama tergantung dari karakteristik air limbah dan dengan treatability test dapat diketahui pengolahan apa yang tepat. Pengolahan air limbah secara fisika meliputi : penurunan suhu, penyaringan, ekualisasi, pengendapan, dan mixing. Pengolahan secara kimia meliputi : koagulasi dan flokulasi, presipitasi, pengaturan pH, oksidasi, dan desinfeksi. Pengolahan biologi meliputi nitrifikasi dan denitrifikasi. Berikut ini adalah gambaran secara umum proses pada IPAL :1. EkualisasiSebelum diolah air limbah ditampung dalam bak ekaluasasi. Untuk meratakan konsentrasi dan debit, agar air limbah dapat diolah dengan debit yang sama dan konsentrasi rata-rata yang mendekati sama. Bak ekualisasi dilengkapi dengan pompa transfer berikut Water Level Control (WLC) yang mengatur mati hidupnya pompa. Jika air mencapai level minimum, pompa mati dan pompa akan jalan lagi air mencapai level maksimum.2. Cooling TowerCooling Tower berfungsi untuk menurunkan temperatur air limbah yang berasal dari bak ekualisasi hingga sesuai yang disarankan untuk pengolahan secara biologis (maksimum 35 C).3. Pengaturan pHDari ekualisasi air limbah dipompa ke bak pengaturan pH untuk diatur pada range pH 7-8.5 dengan menggunakan bahan kimia Na2CO3. Waktu tinggal yang dipakai adalah 6 menit.4. AnosikAir limbah dari bak pengaturan pH mengalir ke bak anosik bercampur dengan air limbah yang di recycle dari bak aerasi. Dalam bak anosik air limbah mengalami proses denitrifikasi yaitu penguraian NO3 menjadi NO2 dan OH-. Pada proses denitrifikasi tidak ada penambahn O2. Untuk menjaga bakteri tetap tersuspensi maka dipakai pengaduk mekanik.

5. AerasiDalam bak aerasi air limbah mengalami proses nitrifikasi dimana ammonium diubah oleh bakteri Nitrosomonas dengan bantuan oksigen menjadi NO2 dan sel baru. Kemudian oleh bakteri nitrobakter NO2 diubah menjadi NO3 dan sel baru. Dissolved oxygen (DO) dijaga minimal 2 mg/L dengan penambahan oksigen dari blower. Sebagian air limbah mengalir ke bak sedimentasi dan sebagian lagi dipompa kembali ke bak pengaturan pH dan terus masuk ke bak anosik (internal recycle). Pada aliran internal recycle dipasang flow meter untuk mengetahui debit air limbah yang dikembalikan ke bak anosik.6. Bak Sedimentasi / ClarifierDari bak aerasi air limbah mengalir ke bak sedimentasi. Di sini flok-flok bakteri (biomass) yang ikut dalam effluent aerasi diendapkan dan dipompa kembali ke bak anosik melalui bak pengatur pH, supaya Mixed Liquor Suspended Solid (MLSS) diatur cukup tinggi sesuai dengan kriteria disain (3000 mg/L). Pada aliran ini juga dilengkapi flow meter dan kelebihan lumpur dapat dibuang ke bak pengumpul lumpur. Overflow rate yang digunakan maksimum 0.7 m/jam. Air limbah yang berupa cairan jernih kemudian mengalir ke bak klorinasi.7. KlorinasiSebelum dibuang ke lingkungan air limbah melewati bak klorinator untuk proses desinfektan dan juga membantu mengurangi konsentrasi ammonium dan warna yang masih tersisa dalam effluent. Waktu tinggal yang dipakai adalah 30 menit.8. Sand FilterAir limbah dari bak klorinasi masuk ke sand filter untuk proses penjernihan dan penghilangan bau air limbah yang akan dibuang ke bak kontrol. Bahan penyaring yang digunakan adalah pasir aktif (zeolit) dankarbon aktif.Proses koagulasi dan flokulasi pada PT Capsugel Indonesia terjadi di bak sedimentasi. Koagulan yang digunakan adalah alum, PAC, dan FeCl3. Setelah terbentuk flok flok besar yang berupa lumpur aktif yang mengandung bakteri karena pada tahap sebelumnya pada proses aerasi ditambahkan bakteri Nitromonas. Kemudian lumpur aktif dari kolam aerobik mengalir ke bak sedimentasi. Flok - flok bakteri (biomass) yang ikut dalam efluen aerobik diendapkan di dalam clarifier dan dipompa kembali ke kolam anoksik atau dikenal dengan return activated sludge (RAS). Efluen yang berupa cairan tanpa flok kemudian mengalir ke bak klorinasi.Efluen yang berupa cairan dari bak sedimentasi ini memiliki dua penampakan secara visual yang berbeda yaitu warna bening kemerahan (Efluen I) dan bening kebiruan (Efluen II) seperti pada gambar.

Produksi cangkang kapsul dengan pewarna Erythrosin B akan menghasilkan efluen berwarna bening kemerahan (Efluen I), sedangkan produksi cangkang kapsul dengan pewarna Brilliant Blue FCF akan menghasilkan efluen berwarna bening kebiruan (Efluen II).Nilai pH Efluen I dan Efluen II berkisar antara 6.38-7.02, dimana sebelumnya efluen telah mengalami pengaturan pH pada rentang pH 7-8.5 dengan penambahan bahan kimia Na2CO3, sehingga pada saat memasuki bak sedimentasi (clarifier) pH efluen berada dalam kisaran pH netral. Lumpur aktif dari kolam aerobik mengalir ke bak sedimentasi. Flokflok bakteri (biomass) yang ikut dalam efluen aerobik diendapkan di dalam clarifier dan dipompa kembali ke kolam anoksik. Hal ini menyebabkan efluen yang berupa cairan yang terpisah dari flok-flok bakteri tersebut mempunyai nilai kekeruhan dan warna yang cukup rendah. Kadar klorin Efluen I dan Efluen II tidak dalam nilai yang berlebih yaitu berkisar antara 0.12-0.15 mg/l. Namun, menurut www.o-fish.com (2002), untuk menghindari efek berbahaya dari klorin maka kadarnya dalam air harus dijaga agar tidak lebih dari 0.003 mg/l.

BAB IVKESIMPULAN1. Koagulasi-flokulasi merupakan proses berkelanjutan, dimana koagulasi adalah proses awal dengan pengadukan cepat untuk menyatukan koloid-koloid menjadi flok-flok kecil. Kemudian dilanjutkan dengan proses flokulasi yaitu pengadukan lambat untuk membentuk flok menjadi lebih besar sehingga lebih mudah untuk dipisahkan dengan air.2. Proses koagulasi memiliki beberapa kelebihan yaitu lebih cepat, efektif dan efisien menghilangkan bahan-bahan limbah dalam bentuk koloid, dengan menambahkan koagulan. 3. Proses kolagulasi flokulasi pada pengolahan limbah tersier di PT Capsugel Indonesia dengan menggunakan alum, PAC, dan FeCl3