Pemanfaatan Limbah Penjernihan Air PDAM Surakarta Untuk Pembuatan

Aluminium Sulfat

Rusdiansjah. A 130809012, 2011.“Pemanfaatan Limbah Penjernihan Air PDAM Surakarta

Untuk Pembuatan Aluminium Sulfat”. Pembimbing I : Prof. Dr. Ashadi. Pembimbing II : Dr.

Prabang Setyono, M.Si. Tesis Pascasarjana Program Studi Ilmu Lingkungan Universitas

Sebelas Maret

Air sungai di Indonesia dan juga sebagian besar sungai yang ada di dunia jarang ditemukan

dalam keadaan bening atau jernih. Oleh karena itu untuk memperoleh air yang jernih yang

berasal dari sungai haruslah dilakukan proses penghilangan kekeruhan. Air sungai keruh

disebabkan karena adanya partikel-partikel lumpur yang berujut koloid yang tidak mau

mengendap walaupun dibiarkan lama dalam bak pengendap.Proses yang sangat penting pada

pengolahan air sungai menjadi air minum adalah proses penjernihan. Karena persyaratan air

minum secara fisik adalah tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa dan jernih atau tidak

keruh.

Proses penghilangan kekeruhan dilakukan dengan menambahkan bahan kimia yang disebut

koagulan yang bisa berasal dari garam Al atau Fe. Di Indonesia biasanya menggunakan

garam Aluminium yang disebut tawas atau alum, Al2(SO4)3.18 H2O). Atau senyawa

turunannya seperti PAC ( Poli Aluminium Chlorida ).

Didalam air garam Aluminium ini akan terionisasi menjadi Al+3 yang apabila dalam kondisi

basa/alkali akan mengendap membentuk endapan putih yang disebut floc dari Al(OH)3.

Aluminium yang ada didalam tanah atau di dalam air bisa mengganggu ketersediaan hara

pada tanaman dan menyebabkan ikan akan mati. Aluminium berbahaya karena bisa larut lagi

karena adanya penurunan pH dari tanah atau air yang disebabkan hujan asam. Limbah lumpur

yang keluar dari bak clarifier sebagian besar mengandung senyawa Aluminium hidroksida

yang bisa diambil untuk dipakai kembali sebagai bahan koagulan. Senyawa aluminium

hidroksida hasil pengolahan air baku dari PDAM Jurug Surakarta yang dibuang ke

lingkungan bisa diambil kembali dengan menggunakan asam sulfat .

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui berapa banyak senyawa asam yang yang dipakai

untuk mengambil Al (OH)3 dan mengubahnya menjadi senyawa Al2(SO4)3. Serta membuat

modeling proses pembuatan larutan tawas dari limbah lumpur proses penjernihan air PDAM

Jurug, Solo.

Metoda yang dipakai untuk menganalisis hasil percobaan dengan metoda gravimeteri yaitu

mengukur berat Al2(SO4)3 sebagai Al(0H)3 terhadap pemakaian asam sulfat yang

direaksikan dengan lumpur limbah PDAM.

Hasil Penelitian menunjukkan bahwa untuk mendapat larutan Al2(SO4)3 dengan pH= 3

sebanyak 1,4 gr untuk setiap 19,315 gr.lumpur kering.

Dan persamaan untuk modelnya adalah y = -0,0177×2 + 0,9285x – 0,4024 dengan y

banyaknya Al2(SO4)3 dan x volume asam sulfat bj 1,2806. Dan nilai R = 0,969

Kata kunci: penjernihan, lumpur, asamsulfat, aluminium hidoksida.

ABSTRACT

Rusdiansjah. A 130809012.2011 “Utilizing Sludge from Water Purification Process in

PDAM Surakarta to Make Aluminum Sulfate”. The first commission of supervision is Prof.

Dr. Ashadi. The second supervision is Dr. Prabang Setyono, M.Si. Post graduate Thesis Of

Ecology Science of Surakarta Sebelas Maret University.

Water flowing in rivers around the world is rarely found clear and pure. To obtain clean

water from the river, we have to process it to reduce its turbidity. The turbidity in the water is

caused by sludge particle forming a colloid which can’t be settled even after a long residence

time inside a settling tank.A very important process to obtain drinkable water from the river

is the purification because the drinkable water specifications are colorless, odorless, tasteless,

and turbid less.

The process to remove turbidity requires chemical addition called the “coagulant” which is a

salt substance from Al or Fe. The most common substance used in Indonesia is aluminum salt

called “tawas” or alum (Al2(SO4)3.18H2O) or its derivatives such as PAC (Poly Aluminum

Chloride). The aluminum salt will be ionized to Al3+ in the water which later will make a

white settling substance called flock from Al(OH)3 if the system is base or alkali

Aluminum contained in the water or the soil can affect the stability of plant’s nutrient which

causes fish’s deaths. Aluminum is dangerous because of its ability to solve if the pH of soil

and water is low enough which usually caused by the acid rain.

Sludge waste coming from the clarifier mostly containsaluminum hydroxide which can be

reprocessed to be used as coagulant. The aluminum hydroxide waste resulted from water

processing in PDAM Surakarta can be reobtained using sulphuric acid.

The aim of this research is to determine the amount of acid used to obtain Al(OH)3 and

transform it to Al2(SO4)3, and to create the model of alum solution making from the sludge

derived from water purification process done in PDAM Jurug, Solo

The method to analyze the result is gravimetric. It’s done by measuring the mass of

Al2(SO4)3 as Al(OH)3, to sulfuric acid reacted with sludge waste of PDAM.

The experiment shows that we can obtain Al2(SO4)3 with pH = 3 as much as 1,4gr for every

19,315gr dried sludge. The equation resulted from modeling is

y = -0,0177×2 + 0,9285x – 0,4024 with y is the amount of Al2(SO4)3 and x is the amount of

sulfuric acid with the density 1,2806. The value of R is 0,969.

Keywords : purification, sludge, sulfuric acid, aluminum hydroxi

PDAM Bandarmasih merupakan PDAM pertama yang ada di Banjarmasin, Kalimantan

Selatan. Kapasitas pengolahan awalnya hanya 35 lt/detik dan kini berkembang hingga 546

lt/detik. PDAM yang menurut data BPPSPAM 2009 termasuk salah satu PDAM yang masuk

dalam kategori sehat ini pada dasarnya terbagi menjadi dua sistem pengolahan (water

treatment plant) yaitu IPA 1 A Yani dan IPA 2 Pramuka. Kedua sistem pengolahan ini

menggunakan cara yang konvensional dan tetap terjamin kualitasnya. IPA 1 A Yani melayani

wilayah Banjarmasin Barat sedangkan IPA 2 Pramuka melayani wilayah Banjarmasin Utara,

Tengah, Timur dan Selatan. Kapasitas pengolahan IPA 1 ialah 546 lt/detik sedangkan

kapasitas pengolahan IPA 2 Pramuka sebesar 1.025 lt/detik.

 

PDAM Bandarmasih menggantungkan kelangsungan pengolahan dari

air sungai sebagai air baku terutama IPA 1 A Yani yang memanfaatkan air dari sungai Bilu.

Musim kemarau panjang merupakan ancaman besar bagi sistem pengolahan di IPA 1 A Yani.

Lokasi sungai Bilu yang merupakan cabang dari sungai Martapura ini sewaktu-waktu akan

meningkat kadar garamnya (>250 mg/l) jika terjadi musim kemarau berkepanjangan sebab air

laut akan masuk (intrusi) ke sungai Martapura dan akhirnya masuk ke sungai Bilu. Jika air

dalam kondisi demikian maka air akan sulit untuk diolah. Untuk mensiasatinya maka IPA 1

A Yani akan mengambil air baku dari IPA 2 Pramuka (sungai Tabuk) dengan cara

“mengoplosnya” dengan air dari sungai Bilu. Namun jika kadar garam terlampau tinggi

(pernah sampai 1700 mg/l) maka air baku dari sungai Bilu tidak akan diambil dan hanya

digunakan air baku dari sungai Tabuk (sumber air baku IPA 2 Pramuka). Umumnya air baku

terus dipantau kualitas fisiknya setiap 2 jam sekali serta setiap bulannya air akan diuji

kandungan kimia dan bakteri baik dari unit pengolahan dan di pelanggan yang dipilih pada

beberapa titik pelayanan.

 

Banjarmasin merupakan kota yang sistem perekonomiannya maju. Kemajuan ini menjadi

peluang tersendiri bagi PDAM untuk mengembangkan jaringannya. Maka dengan visi utama

“Menjadikan PDAM Bandarmasih menjadi Perusahaan Air Minum yang Mandiri,

Profesional dan Terbaik dalam Pelayanan”, PDAM ini mampu membuktikan diri dengan

berhasilnya meraih ISO 9001 versi 2000 dari TUV NORD sebagai PDAM yang berhasil

menerapkan sistem manajemen mutu yang memenuhi persyaratan internasional pada tahun

2009 dalam rangka memenuhi kepuasan pelanggan. Selain itu pada tahun 2004 dan 2006

berhasil pula meraih penghargaan “Piala Pelayanan Prima” dari presiden RI. Dengan

demikian slogan PDAM : banyu kada bewayahan (air tidak ada batas waktu) menjadi pondasi

bukti keloyalan PDAM untuk tetap melayani pelanggan dengan layanan terbaiknya seperti

adanya pelayanan untuk pemasangan sambungan 1 hari (one day service) bagi pelanggan

baru, layanan gangguan distribusi selama 24 jam selama 7 hari serta adanya drinking fountain

yang boleh dikonsumsi oleh siapa saja. Untuk mencapai titik yang demikian tentu tidak lepas

dari tangan-tangan profesional yang terus menjaga kualitas air serta kepuasan pelanggan

terhadap kinerja pelayanan PDAM.

 

Namun di samping itu, PDAM ini belum mampu mengolah hasil

akhir dari buangan lumpur dari sistem pengolahan. Selama ini, lumpur-lumpur tersebut hanya

ditumpuk di suatu lahan terbuka tanpa dimanfaatkan. Padahal lumpur PDAM merupakan

suatu bahan alternatif untuk diolah kembali menjadi bahan bangunan seperti batako ataupun

mengekstraknya menjadi koagulan yang dapat dimanfaatkan kembali untuk menjernihkan air

baku. Sayangnya belum ada penelitian lanjut untuk ini.

 

PDAM Bandarmasih merupakan tempat yang relevan bagi mahasiswa khususnya mahasiswa

Teknik Lingkungan untuk belajar dan menerapkan ilmu yang selama ini didapatkan saat

kuliah. Hal ini dapat dilaksanakan dalam kegiatan kerja praktik maupun tugas akhir.

PROSES PENGOLAHAN DI IPA 1 A. YANI

Proses pengolahan terdiri dari beberapa tahapan yaitu sebagaimana yang tercantum dalam

bagan berikut :

 

Intake yang berada di sungai Bilu akan dibawa melalui pipa dengan diameter 600 mm ke bak

pengumpul. Jarak antara intake dan sungai Bilu sekitar 6 km. Dari bak pengumpul ini air

akan mengalir ke bak koagulator dengan cara terjunan dan dicampurkan dengan koagulan

yang berupa PAC yang dialirkan melalui pipa. 

 

Setelah itu air akan masuk ke dalam sistem pulsator. Inlet dari sistem pulsator inilah yang

disebut dengan bak pengaduk lambat sebab di tempat inilah diharapkan flok-flok telah

terbentuk. Hal yang menarik dari sistem pulsator adalah adanya sistem selimut lumpur yang

berfungsi untuk menyaring flok-flok yang telah terbentuk agar tidak ikut ke sistem

pengolahan selanjutnya. Dengan demikian, air bersih akan lolos dari selimut lumpur tersebut.

Jika kondisi lumpur telah pekat maka otomatis lumpur akan dibawa ke bak pengumpul

lumpur yang berada di dekat bak pulsator.

Sistem di pulsator mengandalkan tekanan udara dari pompa blower yang ada di dalamnya.

Dengan adanya vacuum chamber maka air akan naik dan memenuhi ruang pulsator. Di dalam

pulsator terdapat stealing plate yang berfungsi sebagai penenang air sehingga terjadi kondisi

diam di pulsator. Untuk memaksimalkan hal tersebut maka digunakan tube settler sehingga

diharapkan flok-flok yang terbentuk sudah maksimal, mengendap di dasar bak, dan air bersih

akan masuk ke pengolahan selanjutnya yaitu filtrasi.

 

IPA 1 A Yani memiliki 7 unit filtrasi yang masih dapat beroperasi

dengan baik. Ketujuh unit ini menggunakan media pasir silika dan di bagian bawah media

terdapat nozzle sebagai penyangganya. Setiap unit filtrasi masing-masing terhubung ke satu

unit bak siphon sebelum air masuk ke reservoar. Pembersihan filtrasi dilakukan secara

manual dan semi otomatis. Secara manual, dinding-dinding filtrasi akan dibersihkan setiap

pagi oleh petugas agar tidak ada lumpur yang menempel di filtrasi yang dapat menyebabkan

gangguan dalam proses produksi. Sedangkan semi otomatis 

 

Dari bak siphon ini akan terhubung dengan saluran menuju ke storage well baru kemudian

masuk ke reservoar dan dipompakan ke pelanggan. Pada storage well inilah air akan

diberikan desinfektan berupa gas klor. Sisa klor di pelanggan diharapkan memiliki kadar >

0,8 mg/liter. Oleh sebab itu pemantauan berkala selalu dilakukan dengan cara pengambilan

sampel di beberapa titik wilayah pelayanan agar kualitas air tetap terjaga hingga ke

pelanggan paling jauh sekalipun.

PAC (POLY ALUMINIUM CHLORIDE)

PAC ( Poly Aluminium Chloride )

Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Polyaluminium chloride (PAC),

Aln(OH)mCl3n-m.

Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat polyaluminium chloride yang

dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida, seperti ditunjukkan reaksi

berikut :

n AlCl3 + m OH− . m Na+ → Al n (OH) m Cl 3n-m + m Na+ + m Cl−

Senyawa ini dibuat dengan berbagai cara menghasilkan larutan PAC yang agak stabil.

PAC adalah suatu persenyawaan anorganik komplek, ion hidroksil serta ion alumunium

bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear mempunyai rumus umum

Alm(OH)nCl(3m-n). Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan lainnya

adalah :

1. PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak diperlukan

pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2. Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat

rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon yang lebih pendek dan

sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.

3. Kadar khlorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan cepat

bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen yang umumnya

dalam truktur ekuatik membentuk suatau makromolekul terutama gugusan protein, amina,

amida dan penyusun minyak dan lipida.

4. PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan koagulan yang

lain (seperti alumunium sulfat, besi klorida dan fero sulfat) bila dosis berlebihan bagi air yang

mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu

grafik untuk PAC adalah membentuk garis linier artinya jika dosis berlebih maka akan

didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan

bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan grafik

parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis akan menaikkan kekeruhan

hasil akhir, hal ini perlu ketepatan dosis.

5. PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolite yang dapat

mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan pembantu, ini berarti

disamping penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.

6. Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga

penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam penggunaan bahan untuk

netralisasi dapat dilakukan.

7. PAC lebih cepat membentuk flok daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari

gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang ikatan ini diperkuat

dengan rantai polimer dari gugus polielektrolite sehingga gumpalan floknya menjadi lebih

padat, penambahan gugus hidroksil kedalam rantai koloid yang hidrofobik akan menambah

berat molekul, dengan demikian walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi

over-load bagi instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

Kadar Al dalam Tawas

Aluminium dapat diendapkan dari garamnya sebagai Aluminium Hidroksida.

Endapan ini mudah larut pada pH yang cukup tinggi. Oleh karena itu sebagai pengendap

tidak dapat dipakai basa kuat. Untuk menjaga pH dipakai amonium klorida sebagai pendapar.

Endapan dicuci dengan amonium nitrat 2 %.

Tawas/aluminium adalah sejenis koagulan dengan rumus Al2SO4.11H2O atau

14H2O atau 18H2O, umunya yang digunakan adalah 18H2O. Semakin banyak ikatan

molekul hidrat maka semakin banyak ion lawan yang nantinya akan ditangkap tetapi pada

umunya tidak stabil. Pada pH <7 terbentuk Al(OH) 2+, Al(OH)2 2+, Al2(OH)2. Pada pH > 7

terbentuk Al(OH) -4. Flok - flok Al(OH)3 mengendap berwarna putih.

Gugus pertama dari proses koagulasi adalah senyawa aluminat yang optimum

pada pH netral. Apabila pH tinggi atau boleh dikatakan kekurangan kekurangan dosis maka

air akan nampak seperti air beku karena gugus aluminat tidak terbentuk secara sempurna.

Tetapi apabila pH rendah atau boleh dikatakan kelebihan dosis maka air akan nampak

keputih-putihan karena terlalu banyak konsentrasi alum yang cenderung berwarna putih.

Dalam cartesian terbentuk hubungan parabola terbuka, sehingga memerlukan dosis yang

tepat dalam penjernihan air. Reaksi alum dalam larutan dapat dituliskan :

Al2(SO)4 + 6H2O --------> 2Al(OH)3 + 6H+ + 3SO42-

Reaksi ini menyebabkan pembebasan ion H+dengan kadar yang tinggi

ditambahkan oleh adanya ion aluminium. Ion aliminium bersifat amfoter sehingga

bergantung pada kondisi lingkungan yang mempengaruhinya. Karena suasananya asam maka

aluminium akan juga bersifat asam sehingga pH larutan menjadi turun.

Jika zat-zat ini dilarutkan dalam air maka, akan terjadi disosiasi garam menjadi

ion kation logam dan anion. Ion logam akan menjadi lapisan dalam larutan dengan

konsentrasi lebih rendah daripada air, hal ini noleh muatan positif yang kuat pada permukaan

ion logam (hidratasi) dengan membentuk molekul heksaquo ( yaitu 6 molekul air yang

digabung berdekatan ) atau disebut dengan (H2O)63+, seperti [Al(H2O6]3+.

Ion seperti ini hanya stabil pada media yang sedikit asam, untuk aluminium pada

pH < 4, untuk Fe pada pH < 2.

Jika pH meningkat ada proton yang akan lepas dari ion logam yang terikat tadi dan

bereaksi sebagai asam.

Sebelum digunakan satu hal yang harus disiapkan yaitu larutan koagulan. Di dalam

larutan koagulan harus lebih efektif, bila berada pada bentuk trivalen ( valensi 3 ) seperti

Fe3+ atau Al3+,menghasilkan pH < 1,5. Bila larutan alum ditambahkan ke dalam air yang

akan diubah terjadi reaksi sebagai berikut :

Reaksi hidrolisa : Al3+ + 3H2O ----> Al(OH)3 + 3H+ ....... 1)

Jika alkalinitas dalam air cukup, maka terjadi reaksi :

Jika ada : CO32- + H+ --------> HCO3- + H2O ............2)

Atau dengan : HCO3 - + H+ -------> CO2 + H2O ..........3)

Dari reaksi di atas menyebabkan pH air turun.

Kelarutan Al(OH)3 sangat rendah, jadi pengendapan akan terjadi dalam bentuk flok.

Bentuk endapan lainnya ialah Al2O3nH2O seperti ditunjukkan reaksi :

2Al3+ + (n+3)H2O ------> Al2O3nH2O + 6H+

Ion H+ bereaksi dengan alkalinitas.

Reaksi-reaksi hidrolisa yang terjadi di atas merupakan persamaan hidrolisa secara

keseluruhan. Reaksi 1, biasanya digunakan untuk menghitung perubahan alkalinitas dan pH.

Pada kenyataannya ion Al3+ dalam larutan koagulan terhidrasi dan akan

berlangsung dengan ketergantungan kepada pH hidrolisa. Senyawa yang terbentuk bermuatan

positif dan akan berinteraksi dengan zat kotoran seperti koloid.

[Al(H2O)6]3+ --------> [Al(H2O)5OH]2+ + H+

[Al(H2O)5OH]2+ --------> [Al(H2O)4(OH)2]2+ + H+

[Al(H2O)4(OH)2]2+ ------> [Al(H2O)3(OH)3] + H+ endapan

[Al(H2O)3(OH)3] --------> [Al(H2O)2(OH)4]- + H+ terlarut

Tahap pertama terbentuk senyawa dengan lima molekul air dan satu hidroksil yang muatan

total akan turun dari 3+ menjadi 2+ misalnya : [Al(H2O)5OH]2+

Jika pH naik terus sampai mencapai +/- 5 maka akan terjadi reaksi tahap kedua

dengan senyawa yang memiliki 4 molekul air dan 2 gugus hidroksil. Larutan dengan pH > 6 (

dipengaruhi oleh Ca2+) akan terbentuk senyawa logam netral (OH)3 yang tidak bisa larut dan

mempunyai volume yang besar dan bisa diendapkan sebagai flok.

Jika alkalinitas cukup, ion H+ yang terbentuk akan terlepas dan endapan

[Al(H2O)3(OH)3] atau hanya (OH)3 yang terbentuk. Pada pH lebih besar dari 7,8 ion

aluminat [Al(H2O)2(OH)4]- atau hanya Al(OH)3 yang terbentuk yang bermuatan negatif

dan larut dalam air. Untuk menghindari terbentuknya senyawa aluminium terlarut, maka

jangan dilakukan koagulasi dengan senyawa aluminium pada pH yang lebih besar dari 7,8.

Polimerisasi senyawa aluminium hidroksil berlangsung dengan menghasilkan

kompleks yang mengandung ion Al3+ yang berbeda berikatan dengan ion lainnya oleh OH-.

Selama koagulasi pengaruh ion OH- dan H+ adalah penting untuk menentukan hasil

hidrolisa. Aluminium sering membuat kompleks 6 s/d 8 dibandingkan dengan ion Fe(III)

yang membentuk suatu rantai polimer yang panjang. Senyawa itu disebut dengan cationic

polynuclier metal hydroxo complex dan bersifat sangat mengadsorbsi di permukaan zat

padat. Bentuk hidrolisa yang akan terbentuk dalam air, sebagian besar tergantung pada pH

awal, kapasitas dapar (buffer), suhu, maupun konsentasi koagulan dan kondisi ionik ( Ca2+

dan SO42+) maupun juga dari kondisi pencampuran dan kondisi reaksi.

Senyawa Al yang lainnya adalah sodium aluminat, NaAlO2 atau Na2Al2O4. Kelebihan

NaOH yang ditambahkan ( rasio Na2O/Al2O3 dalam Na2Al2O4 adalah 1,2 - 1,3/1) untuk

menaikkan stabilitas sodium aliminat. Penambahan zat ini dalam bentuk larutan akan

menghasilkan reaksi sebagai berikut :

AlO2 + 2H2O -------> Al(OH)4-

Al(OH)4- ---------> Al(OH)3 + OH-

Reaksi kedua hanya mungkin bila asiditas dalam air cukup untuk menghilangkan ion

OH- yang terbentuk sehingga menyebabkan kenaikan pH. Pada prakteknya satu hal

dipertimbangkan untuk memberikan kelebihan asam dari larutan alum (pH 1,5) yang

ditambahkan dan yang lainnya kelebihan NaOH di dalam sodium aluminat ( untuk

stabilitas ).

Jika kehadiran alkalinitas di dalam air cukup, pada koagulasi dengan koagulan garam

Al ion H+ yang terbentuk akan diambil dan terbentuk endapan [Al(H2O)3(OH)3] atau hanya

Al(OH)3 , dimana bentuk ini bermanfaat pada pembentukan flok (mekanisme adsorbsi).

PAC (Poly Aluminium Chloride)

Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Poly Aluminium Chloride

(PAC), Aln(OH)mCl3 n - m. Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat Poly

Aluminium Chloride yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida.

PAC adalah suatu pernsenyawaan organik komplek, ion hidroksil serta ion aluminium

bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear mempunyai rumus umum

Alm(OH)nCl (3m - n ). Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibandingkan koagulan

lainnya adalah :

PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak diperlukan

pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

Kandungan belerang dengan dosis yang cukup akan mengoksidasi senyawa karboksilat rantai

siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai karbon yang pendek dan sederhana sehingga

mudah untuk diikat membentuk flok.

Kadar klorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan cepat bereaksi dan

merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon yang umumnya dalam struktru ekuatik

membentuk suatu makromolekul terutama gugusan protein, amino, amida dan penyusun

minyak dan lipida.

PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannyaberlebihan, sedangkan koagulan yang lain

( seperti aluminium sulfat, besi klorida dan ferro sulfat ) bila dosis berlebihan bagi air yang

mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu

grafik untuk PAC adalah membentuk garis linier artinya jika dosis berlebihan maka akan

didapatkan hasil kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan

bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan parabola

terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis maka akan menaikkan kekeruhan hasil

ahir, hal ini perlu ketepatan dosis.

PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolit yang dapat mengutangi

atau tidak perlu sama sekali, dalam pemakaian bahan pembantu, ini disamping

penyederhanaan juga penghematan untuk penjernihan air.

Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air sehingga penurunan

bahan untukneutralisasi dapat dilakukan.

PAC lebih cepat membentuk daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari gugusan aktif

aluminat yang bekerja efektif dengan mengikat koloid ikatan ini diperkuat dengan rantai

polimer dari gugus polielektron, sehingga gumpalan floknya menjadi padat. Penambahan

gugus hidroksil ke dalam rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul ,

dengan demikian walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi overload bagi

instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

Pada kasus pembentuka flok yang lemah dengan menggunakan dosis tawas optimum

untuk menghilangkan warna, polyaluminium klorid dapat dengan mudah memproduksi flok

yang kuat dalam air dengan jangkauan dosis yang lebih kecil dan rentang pH yang lebih

besar, tanpa mempertimbangkan kehadiran alkalinitas yang cukup.

BAHAN KIMIA PENJERNIH AIR (KOAGULAN).

Posted by admin under Tak Berkategori 

[78] Comments 

Koagulan adalah zat kimia yang menyebabkan destabilisasi muatan negatif partikel di

dalam suspensi. Zat ini merupakan donor muatan positip yang digunakan untuk

mendestabilisasi muatan negatip partikel. Dalam pengolahan air sering dipakai garam dari

Aluminium, Al (III) atau garam besi (II) dan besi (III).

Koagulan yang umum dan sudah dikenal yang digunakan pada pengolahan air adalah

seperti yang terlihat pada tabel di bawah ini :

NAMA FORMULA BENTUK

REAKSI

DENGAN

AIR

pH

OPTIMUM

Aluminium sulfat,

Alum sulfat, Alum,

Salum

Al2(SO4)3.xH2O

x = 14,16,18

Bongkah,

bubukAsam 6,0 – 7,8

Sodium aluminatNaAlO2 atau

Na2Al2O4

Bubuk Basa 6,0 – 7,8

Polyaluminium

Chloride, PACAln(OH)mCl3n-m

Cairan,

bubukAsam 6,0 – 7,8

Ferri sulfat Fe2(SO4)3.9H2O Kristal halus Asam 4 – 9

Ferri klorida FeCl3.6H2OBongkah,

cairanAsam 4 – 9

Ferro sulfat FeSO4.7H2O Kristal halus Asam > 8,5

Tabel. Jenis Koagulan

Zat Koagulan terhidrolisa yang paling umum digunakan dalam proses pengolahan air

minum adalah garam besi (ion Fe3+ ) atau Aluminium (ion Al3+ ) yang terdapat didalam bentuk

yang berbeda-beda seperti tercantum di atas dan bentuk lainnya seperti :

1.             AlCl3

2.             Aluminium klorida dan sulfat yang bersifat basa/alkalis

3.             Senyawa kompleks dari zat-zat tersebut diatas.

Riview…………………………………………………………………………………………

…………….!!! @_pararaja.

Alum/Tawas

Tawas/Alum adalah sejenis koagulan dengan rumus kimia Al2S04 11 H2O atau 14 H2O

atau 18 H2O umumnya yang digunakan adalah 18 H2O. Semakin banyak ikatan molekul

hidrat maka semakin banyak ion lawan yang nantinya akan ditangkap akan tetapi umumnya

tidak stabil. Pada pH < 7 terbentuk Al ( OH )2+, Al ( OH )2 4+,  Al2 ( OH )2 4+.Pada pH > 7

terbentuk Al ( OH )-4. Flok –flok Al ( OH )3 mengendap berwarna putih.

Gugus utama dalam proses koagulasi adalah senyawa aluminat yang optimum pada

pH netral. Apabila pH tinggi atau boleh dikatakan kekurangan dosis maka air akan nampak

seperti air baku karena gugus aluminat tidak terbentuk secara sempurna. Akan tetapi apabila

pH rendah atau boleh dikata kelebihan dosis maka air akan tampak keputih – putihan karena

terlalu banyak konsentrasi alum yang cenderung berwarna putih. Dalam cartesian terbentuk

hubungan parabola terbuka, sehingga memerlukan dosis yang tepat dalam proses penjernihan

air.  Reaksi alum dalam larutan dapat dituliskan.:

   Al2S04 +  6 H2O   —–  Al ( OH )3 + 6 H+ + SO42-

Reaksi ini menyebabkan pembebasan ion H+ dengan kadar yang tinggi ditambah oleh

adanya ion alumunium. Ion Alumunium bersifat amfoter sehingga bergantung pada suasana

lingkungan yang mempengaruhinya. Karena suasananya asam maka alumunium akan juga

bersifat asam sehingga pH larutan menjadi turun.

Jika zat-zat ini dilarutkan dalam air, akan terjadi disosiasi garam menjadi kation

logam dan anion. Ion logam akan menjadi lapisan dalam larutan dengan konsentrasi lebih

rendah dari pada molekul air, hal ini disebabkan oleh muatan posistif yang kuat pada

permukaan ion logam (hidratasi) dengan membentuk molekul heksaquo (yaitu 6 molekul air

yang digabung berdekatan) atau disebut dengan logam (H2O)63+ , seperti [Al.(H2O)6]3+ .

Ion seperti ini hanya stabil pada media yang sedikit asam , untuk aluminium pada pH

< 4, untuk Fe pada pH < 2.

Jika pH meningkat ada proton yang akan lepas dari ion logam yang terikat tadi dan

bereaksi sebagai asam.

Sebelum digunakan satu hal yang harus disiapkan yaitu larutan koagulan. Di dalam

larutan, koagulan harus lebih efektif, bila berada pada bentuk trivalen     (valensi 3) seperti

Fe3+ atau Al3+, menghasilkan pH < 1,5. Bila larutan alum ditambahkan ke dalam air yang akan

diolah terjadi reaksi sebagai berikut :

Reaksi hidrolisa : Al3+ + 3H2O → Al(OH)3 + 3H+   ….1)

Jika alkalinitas dalam air cukup, maka terjadi reaksi :

Jika ada CO32− : CO3

2− + H+ → HCO3− + H2O ………..2)

Atau dengan HCO3− : HCO3

− + H+ → CO2 + H2O ……3)

Dari reaksi di atas menyebabkan pH air turun.

Kelarutan Al(OH)3 sangant rendah, jadi pengendapan akan terjadi dalam bentuk flok.

Bentuk endapan lainnya adalah Al2O3. nH2O seperti ditunjukkan reaksi :

2Al3+ + (n+3)H2O → Al2O3.nH2O + 6H+

Ion H+ bereaksi dengan alkalinitas.

Reaksi-reaksi hidrolisa yang tercantum di atas merupakan persamaan reaksi hidrolisa

secara keseluruhan. Reaksi 1) biasanya digunakan untuk menghitung perubahan alkalinitas

dan pH.

Pada kenyataannya ion Al3+ dalam larutan koagulan terhidrasi dan akan berlangsung

dengan ketergantungan kepada pH hidrolisa. Senyawa yang terbentuk bermuatan positip dan

dapat berinteraksi dengan zat kotoran seperti koloid.

[Al(H2O)6]3+     —  [Al(H2O)5OH]2+ + H+

[Al(H2O)5OH]2+      —   [Al(H2O)4(OH)2]+ + H+

[Al(H2O)4(OH)2]+   —    [Al(H2O)3(OH)3] + H+ endapan

[Al(H2O)3(OH)3]    —   [Al(H2O)2(OH)4]− + H+ terlarut

Tahap pertama terbentuk senyawa dengan 5 molekul air dan 1 gugus hidroksil yang muatan

total akan turun dari 3+ menjadi 2+ misalnya : [Al(H2O)5OH]2+.

Jika pH naik terus sampai mencapai ±5 maka akan terjadi reaksi tahap kedua dengan

senyawa yang mempunyai 4 molekul air dan 2 gugus hidroksil. Larutan dengan pH >6

(dipengaruhi oleh Ca2+) akan terbentuk senyawa logam netral (OH)3 yang tidak bisa larut dan

mempunyai volume yang besar dan bisa diendapkan sebagai flok (di IPA).

Jika alkalinitas cukup ion H+ yang terbentuk akan terlepas dan endapan

[Al(H2O)3(OH)3] atau hanya Al(OH)3 yang terbentuk. Pada pH lebih besar dari 7,8 ion

aluminat [Al(H2O)2(OH)4]− atau hanya Al(OH)4]− yang terbentuk yang bermuatan negatip dan

larut dalam air. Untuk menghindari terbentuknya senyawa aluminium terlarut, maka jangan

dilakukan koagulasi dengan senyawa aluminium pada nilai pH lebih besar dari 7,8.

Polimerisasi senyawa aluminium hidroksil berlangsung dengan menghasilkan

kompleks yang mengandung ion Al yang berbeda berikatan dengan ion lainnya oleh grup

OH−. Contoh :

OH [(H2O)4 Al Al(H2O)4]4+ atau Al2(OH)24+

OH Polinuklir Al kompleks diajukan untuk diadakan, seperti :

[Al7(OH)17]4+ ; [Al8(OH)20]4+ ; [Al13(OH)34]5+

Selama koagulasi pengaruh pH air terhadap ion H+ dan OH− adalah penting untuk

menentukan muatan hasil hidrolisa. Komposisi kimia air juga penting, karena ion divalen

seperti SO42− dan HPO4

2− dapat diganti dengan ion-ion OH− dalam kompleks oleh karena itu

dapat berpengaruh terhadap sifat-sifat endapan.

Presipitasi dari hidroksida menjamin adanya ion logam yang bisa dipisahkan dari air

karena koefisien kelarutan hidroksida sangat kecil. Senyawa yang terbentuk pada pH antara 4

– 6 dan yang terhidrolisa, dapat dimanfaatkan untuk polimerisasi dan kondensasi (bersifat

membentuk senyawa dengan atom logam lain) misalnya Al6(OH)153+.

Aluminium sering membentuk komplek 6 s/d 8 dibandingkan dengan ion Fe (III)

yang membentuk suatu rantai polimer yang panjang. Senyawa itu disebut dengancationic

polynuclier metal hydroxo complex dan sangat bersifat mengadsorpsi dipermukaan zat-zat

padat. Bentuk hidrolisa yang akan terbentuk didalam air , sebagian besar tergantung pada pH

awal, kapasitas dapar (buffer), suhu, maupun konsentrasi koagulan dan kondisi ionik

(Ca2+ dan SO42–) maupun juga dari kondisi pencampuran dan kondisi reaksi.

Senyawa Al yang lainnya adalah sodium aluminat, NaAlO2 atau Na2Al2O4. Kelebihan

NaOH yang ditambahkan (rasio Na2O/Al2O3 dalam Na2Al2O4 adalah : 1,2 − 1,3/1) untuk

menaikkan stabilitas sodium aluminat. Penambahan zat ini dalam bentuk larutan akan

menghasilkan reaksi berikut :

AlO2− + 2H2O → Al(OH)4

−

Al(OH)4− → Al(OH)3 + OH−

Reaksi kedua hanya mungkin bila asiditas dalam air cukup untuk menghilangkan ion

OH− yang terbentuk sehingga menyebabkan kenaikan pH.

CO2 + OH− → HCO3−

HCO3− + OH− → CO3 

2− + H2O

Kadang-kadang bila air tidak mengandung alkalinitas, perpaduan antara sodium

aluminat dan alum digunakan untuk menghindari perubahan pH yang besar dan untuk

membuat pH relatif konstan.

2Al3+ + 3SO42− + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3SO2− + 6H+

6AlO2 + 6Na+ + 12H2O → 6Al(OH)3 + 6Na+ + 6OH−

_________________________________________________________

             2Al3+ + 3SO42− + 6Na+ + 6AlO2

− + 12H2O → 8Al(OH)3 + 6Na++3SO42−

Pada prakteknya satu hal dipertimbangkan memberikan kelebihan asam dari larutan

alum (pH 1,5) yang ditambahkan dan yang lainnya kelebihan NaOH di dalam sodium

aluminat (untuk stabilitas).

Pada kekeruhan yang disebabkan tanah liat sangat baik dihilangkan dengan batas pH

antara 6,0 sampai dengan 7,8; penghilangan warna umumnya dilakukan pada pH yang sedikit

asam, lebih kecil dari 6, bahkan di beberapa daerah harus lebih kecil dari 5. Dari beberapa

penelitian (untuk air gambut dari daerah Riau), efisiensi penghilangan warna akan baik bila

pH lebih kecil dari 6 untuk setiap dosis koagulan alum sulfat yang digunakan. Walaupun

demikian efisiensi penghilangan warna masih tetap tinggi dihasilkan pada koagulasi dengan

pH sampai 7, tetapi dengan dosis alum sulfat yang lebih tinggi (sampai 100 mg/l), tetapi bila

dosis alum sulfat lebih kecil (60 mg/l) pada pH yang sama (sampai dengan 7), terjadi

penurunan efisiensi penghilangan warna secara drastis (sampai dengan 10 %).

Air setelah diolah dengan koagulasi – flokulasi untuk menghilangkan warna, pH harus

ditetapkan diatas 6,5 (kurang dari 7,8) sebelum air disaring, karena pada pH tersebut bentuk

aluminium tidak larut, jadi residu Al3+ terlarut didalam air dapat dihilangkan/dikurangi, pada

pH > 7,8 bentuk Al adalah Al terlarut yaitu ion aluminat, [Al(H2O)2(OH)4]– Untuk hal ini

dilakukan penambahan kapur sebelum proses filtrasi, dan biarkan aluminium berubah bentuk

menjadi bentuk tidak larut/endapan supaya dapat dihilangkan dengan penyaringan. Dengan

cara ini residu Al3+ dapat ditekan sampai tingkat yang diijinkan. Setelah itu baru boleh

dilakukan penambahan kembali kapur atau soda abu untuk proses Stabilisasi dengan harapan

tidak akan terjadi perubahan alum terlarut menjadi alum endapan. Bila cara diatas tidak

dilakukan, kemungkinan akan terjadi pengendapan alum di reservoir atau pada jaringan pipa

distribusi, akibat penambahan kapur atau soda abu untuk proses stabilisasi dilakukan setelah

air keluar dari filter, seperti halnya yang dilakukan pada pengolahan air yang biasa ( tidak

berwarna ).

Proses koagulasi dengan koagulan lain seperti halnya garam Fe (III) yang mempunyai

rentang pH lebih besar (4–9) dan penggunaan koagulan Polyaluminium chloride (PAC),

tanpa penetapan pH pun proses koagulasi – flokulasi tetap dapat berlangsung, tetapi

pembentukan flok tidak optimum, hanya flok-flok halus yang terbentuk, sehingga beban filter

akan bertambah.

Jika kehadiran alkalinitas didalam air cukup, pada koagulasi dengan koagulan garam

Al ion H+ yang terbentuk akan diambil dan terbentuk endapan [Al(H2O)3(OH)3] atau hanya

Al(OH)3, dimana bentuk ini bermanfaat pada pertumbuhan flok ( mekanisme adsorpsi ).

Adanya alkalinitas didalam air jika pH air > 4,5. Jadi jika pH air baku < 4,5 perlu

penambahan bahan alkali (kapur atau soda abu).

PAC ( Poly Aluminium Chloride )

Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Polyaluminium chloride

(PAC), Aln(OH)mCl3n-m.

Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk membuat polyaluminium chloride

yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari aluminium klorida, seperti ditunjukkan reaksi

berikut :

n AlCl3 + m OH− . m Na+ → Al n (OH) m Cl 3n-m + m Na+ + m Cl−

Senyawa ini dibuat dengan berbagai cara menghasilkan larutan PAC yang agak stabil.

PAC adalah suatu persenyawaan anorganik komplek, ion hidroksil serta ion

alumunium bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear mempunyai

rumus umum Alm(OH)nCl(3m-n).  Beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan

lainnya adalah :

1.             PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak

diperlukan pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2.             Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa

karboksilat rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon

yang lebih pendek dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk flok.

3.             Kadar khlorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan

cepat bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen

yang umumnya dalam truktur ekuatik membentuk suatau makromolekul

terutama gugusan protein, amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.

4.             PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan

koagulan yang lain (seperti alumunium sulfat, besi klorida dan fero sulfat) bila

dosis berlebihan bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan

bertambah keruh. Jika digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah

membentuk garis linier artinya jika dosis berlebih maka akan didapatkan hasil

kekeruhan yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan

bahan kimia dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC

memberikan grafik parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan

dosis akan menaikkan kekeruhan hasil akhir, hal ini perlu ketepatan dosis.

5.             PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolite

yang dapat mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan

pembantu, ini berarti disamping penyederhanaan juga penghematan untuk

penjernihan air.

6.             Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air

sehingga penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam

penggunaan bahan untuk netralisasi dapat dilakukan.

7.             PAC lebih cepat membentuk flok daripada koagulan biasa ini diakibatkan

dari gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang

ikatan ini diperkuat dengan rantai polimer dari gugus polielektrolite sehingga

gumpalan floknya menjadi lebih padat, penambahan gugus hidroksil kedalam

rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul, dengan demikian

walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi over-load  bagi

instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

Senyawa Besi

Untuk senyawa besi, tipe hidrolisa yang sama dapat berlangsung seperti :

Fe3+ + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+

Reaksi di atas dilanjutkan dengan reaksi H+ dengan alkalinitas seperti ditunjukkan oleh reaksi

2) dan 3). Terdapat pula ion ferri hidrat seperti : [Fe(H2O)6]3+ dengan persamaan reaksi yang

sama dengan hidrolisa [Al(H2O)6]3+.

Pembentukan [Fe(H2O)2(OH)4]− atau Fe(OH)4− hanya terjadi pada pH tinggi, tetapi

tidak biasa ditemui pada pengolahan secara konvensional, jadi batas pH untuk koagulasi

dengan Fe3+ lebih besar dari pada untuk Al3+, sebagai contoh pH 9 untuk koagulasi dengan

Fe3+ dan 7,8 untuk Al3+.

Senyawa besi mempunyai tendensi membentuk jenis polinuklir yang lebih kecil

dibandingkan dengan aluminium.

Dosis kagulan yang diperlukan tergantung pada :

1.             Konsentrasi warna.

2.             Zeta potential (pengukuran mobilitas elektroforesa) juga merupakan faktor

penting untuk menghilangkan warna secara efektif. Hal ini erat hubungannya

dengan sisa konsentrasi warna. Pada pH yang optimum, sisa warna berkurang

secara proporsional dengan penambahan dosis koagulan.

3.             Jenis koagulan → koagulan yang dapat digunakan untuk menghilangkan

warna adalah :

-   Garam aluminium : Alum sulfat/tawas, Al2(SO4)3.xH2O, Polyaluminium

chloride, PAC (PACl), Aln(OH)mCl3n-m

-   Garam besi (III) : Ferri sulfat, Fe2(SO4)3.xH2O, Ferri klorida, FeCl3.

Semakin tinggi dosis koagulan yang digunakan akan menghasilkan efisiensi penghilangan

warna yang lebih besar pula, akan tetapi residu koagulan akan semakin besar.

Pada kasus pembentukan flok yang lemah dengan menggunakan dosis tawas optimum

untuk menghilangkan warna, polialumunium klorida (PAC) dapat digunakan sebagai

koagulan pilihan selain tawas. Koagulasi dengan poli alumunium klorida dapat dengan

mudah memproduksi flok yang kuat dalam air dengan jangkauan dosis yang lebih kecil dan

rentang pH yang lebih besar, tanpa mempertimbangkan kehadiran alkalinitas yang cukup.

By. : arifin_pararaja