TRANSFER OKSIGEN PADA CASCADE AERATOR KOMBINASI SPRAY AERATOR.

SKRIPSI

TRANSFER OKSIGEN PADA CASCADE AERATOR
KOMBINASI SPRAY AERATOR

Oleh :

AJENG ELMARHETA YATIE
0852010030

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURABAYA
2012

.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

SKRIPSI

TRANSFER OKSIGEN PADA CASCADE AERATOR
KOMBINASI SPRAY AERATOR

untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh
Gelar Sarjana Teknik ( S-1)

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

Oleh :

AJENG ELMARHETA YATIE
0852010030

FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURABAYA
2012

.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

SKRIPSI

TRANSFER OKSIGEN PADA CASCADE AERATOR
KOMBINASI SPRAY AERATOR
Oleh :

AJENG ELMARHETA YATIE
0852010030
Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Pada hari :
Tanggal :
Menyetujui,
Pembimbing

Penguji I

Ir. Putu Wesen, MS.
NIP : 19520920 198303 1 001

Ir. Yayok Suryo P., MS.
NIP : 19600601 198703 1 001
Penguji II

Okik Hendriyanto C., ST, MT.
NIP : 3 7507 99 0172 1

Mengetahui,

Penguji III

Ketua Program Studi

Dr. Ir. Munawar, MT.

NIP : 19600401 198803 1 001

Dr. Ir. Munawar, MT.
NIP : 19600601 198703 1 001

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
Untuk memperoleh gelar sarjana (S1), tanggal :.............................
Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan

Ir. Naniek Ratni JAR., MKes.
NIP : 19590729 198603 2 001

.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

CURRICULUM VITAE
Penelit i
Nama Lengkap

:

Ajeng Elmarheta Yatie

NPM

:

0852010030

Tempat/ tanggal
lahir
Alamat

:

Surabaya, 28 April 1991

:

Perum Wonosari C/ 182 Surabaya

Nomor Hp.

:

085731353176

Email

:

ajenkelmaretha.yahoo.com

Pendidik an
No

Nama Univ / Sekolah

1

FTSP UPN ”Veteran”
Jatim

2

SMAN 8 Surabaya

3
4

Program
Studi
Teknik
Lingkungan

Mulai

Keterangan

Dari

Sampai

2008

2012

Lulus

I PA

2005

2008

Lulus

SMPN 2 Surabaya

Umum

2002

2005

Lulus

SDN Kaliasin I V
Surabaya

Umum

1996

2002

Lulus

Tugas Ak adem ik
No.

Kegiatan

1

Kuliah Lapangan

2

KKN

3

Kerja Praktek

4

PBPAB

5

SKRI PSI

Tempat/ Judul
PT. SI ER, PT. Multi Bintang I ndpnesia, PT.
Sritex, DSDP Denpasar, Balai Konservasi
Mangrove Bali
Desa Kramatagung, Kecamatan Bantaran,
Kabupaten Probolinggo
Proses Pengolahan Limbah Penyamakan Kulit
Balai Pelayanan Teknis I ndustri dan
Lingkungan I ndustri Kecil (BPTI K-LI K)
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air
Limbah Cold Storage
Transfer Oksigen pada Cascade Aerator
Kombinasi Spray Aerator

Or ang Tua

.

Nama

:

Joko Samiyono

Alamat

:

Perum Wonosari blok C/ 182 Surabaya

Telp

:

085257955259

Pekerjaan

:

TNI -AL

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

Selesai Tahun
2011
2011
2011
2012
2012

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas rahmat dan hidayah yang telah
diberikan kepada penulis sehingga tugas Perencanaan Pengolahan Air Buangan ini
dapat terselesaikan dengan baik.
Skripsi ini merupakan salah satu prasyarat akademik untuk meraih gelar
sarjana teknik (S1) Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
Skripsi ini dapat terselesaikan atas bantuan serta bimbingan dari berbagai
pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih
kepada :
1.

Ibu Ir. Naniek Ratni JAR., Mkes selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan, Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur

2.

Bapak DR. Ir. Munawar Ali, MT selaku Ketua Program Studi Teknik
Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan, Universitas
Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.

3.

Bapak Ir. Putu Wesen, MS selaku dosen pembimbing Tugas Akhir yang
telah membimbing dan memberikan pengarahan hingga tugas akhir ini
terselesaikan dengan baik.
4. Ir. Yayok Suryo P., MS., Okik Hendriyanto C., ST, MT., Dr. Ir. Munawar,

MT selaku dosen penguji skripsi yang telah memberikan kritik dan saran yang
membangun sehingga skripsi ini dapat selesai dengan baik.

i
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

5. Kedua orang tuaku, keluargaku, yang telah membantu material, doa, serta
support yang tidak pernah habis buat saya.
6. Seluruh teman-teman Teknik Lingkungan 2008 yang secara langsung
maupun tidak langsung membantu dalam pengerjaan tugas ini.
Penyusun menyadari banyak kekurangan dalam penyusunan laporan ini.
Segala bentuk kritik dan saran yang sifatnya membangun, demi kesempurnaan
penyusunan laporan yang akan datang.

Surabaya,

Penyusun

ii
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ................................................................................ i
DAFTAR ISI .............................................................................................. iii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. v
DAFTAR TABEL ...................................................................................... vi
INTISARI ................................................................................................... vii
ABSTRACT ............................................................................................... viii
BAB I PENDAHULUAN
I.1

Latar Belakang ............................................................................... 1

I.2

Permasalahan ................................................................................. 2

I.3

Tujuan ............................................................................................ 3

I.4

Manfaat .......................................................................................... 3

I.5

Ruang Lingkup ............................................................................... 3

BAB II TINJ AUAN PUSTAKA
II.1

Pengolahan Aerob ........................................................................... 4

II.2

Aerasi.............................................................................................. 6

II.2.1

Definisi Aerasi ................................................................................ 7

II.2.2

Manfaat Aerasi ................................................................................ 8

II.2.3

Prinsip Dasar Aerasi ........................................................................ 9

II.2.4

Bangunan-bangunan Aerator ........................................................... 11

II.3

Gas Transfer .................................................................................... 16

II.3.1

Tujuan Mempelajari Transfer Gas ................................................... 17

II.3.2

Mekaisme Transfer Gas ................................................................... 18

II.4

Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen) .............................................. 21

II.5

Transfer Oksigen ............................................................................. 21

II.5.1

Faktor-faktor yang mempengaruhi kelarutan gas dalam air .............. 23

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
iii
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN
III.1

Tempat dan Waktu Penelitian ......................................................... 25

III.2

Bahan dan Alat Penelitian ............................................................... 25

III.2.1

Bahan Penelitian ............................................................................. 25

III.2.2

Alat Penelitian ................................................................................ 25

III.3

Variabel penelitian .......................................................................... 26

III.4

Tahap Pelaksanaan Penelitian .......................................................... 27

III.4.1

Persiapan Bahan Baku ..................................................................... 27

III.4.2

Cascade Aerator Kombinasi Spray Aerator...................................... 27

III.5

Cara Kerja ....................................................................................... 27

III.6

Kerangka Penelitian ........................................................................ 30

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1

Pengaruh Ketinggian Cascade terhadap Nilai DO ............................ 31

IV.2

Pengaruh Ketinggian Cascade Terhadap KLa Pada Berbagai Laju Alir36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1.

Kesimpulan .................................................................................... 39

V.2.

Saran .............................................................................................. 39

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. ix
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
iv
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1

Cascade Aerator Kombinasi Spray Aerator............................. 13

Gambar 2.2

Cascade Aerator ..................................................................... 13

Gambar 2.3

Tray Aerator........................................................................... 14

Gambar 2.4

Spray Aerator ......................................................................... 14

Gambar 2.5

Mekanise Spray Aerator ......................................................... 15

Gambar 3.1

Cascade Aerator Kombinasi Spray Aerator............................. 28

Gambar 3.2

Sketsa Alat ............................................................................. 29

Gambar 4.1

Grafik hubungan antara debit dan perbedaan jarak antar cascade
terhadap nilai DO pada cascade 1 ........................................... 33

Gambar 4.2

Grafik hubungan antara debit dan perbedaan jarak antar cascade
terhadap nilai DO pada cascade 2 .......................................... 34

Gambar 4.3

Grafik hubungan antara debit dan perbedaan jarak antar cascade
terhadap nilai DO pada cascade 3 .......................................... 35

Gambar 4.4

Grafik hubungan antara debit dan perbedaan jarak antar cascade
terhadap nilai KLapada cascade 3 .......................................... 37

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
v
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai DO Saturasi........................................................................ 10
Tabel 2.2 Kriteria Design Aerator............................................................... 16
Tabel 4.1 DO Awal Sampel ......................................................................... 32
Tabel 4.2 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap DO pada berbagai
laju alir pada cascade 1 ................................................................ 32
Tabel 4.3 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap DO pada berbagai
laju alir pada cascade 2 ................................................................ 34
Tabel 4.4 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap DO pada berbagai
laju alir pada cascade 3 ................................................................ 35
Tabel 4.5 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap KLa pada berbagai
laju alir ada cascade 1 .................................................................. 36
Tabel 4.6 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap KLa pada berbagai
laju alir ada cascade 2 .................................................................. 36
Tabel 4.7 Pengaruh perubahan ketinggian cascade terhadap KLa pada berbagai
laju alir ada cascade 3 ................................................................... 37

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
vi
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

INTISARI
Proses aerasi berfungsi untuk menyisihkan methana (CH4), menyisihkan karbon
dioksida (CO2), menyisihkan HS2, menyisihkan bau dan rasa, menyisihkan gasgas lain. Tetapi pada kenyataannya untuk meningkatkan konsentrasi oksigen
terlarut di dalam air dan alat yang digunakan adalah aerator. Aerator yang
digunakan adalah cascade aerator yang dapat menyisihkan CO2 lebih sedikit
daripada model aerator yang lain. Penelitan ini bertujuan untuk mengetahui besar
transfer oksigen yang terjadi dengan model cascade aerator kombinasi spray
aerator. Penelitian ini menggunakan cascade aerator terdiri dari 3 step dengan
variabel jarak antar cascade pada kisaran 10 cm sampai dengan 50 cm. Diatas pipa
penyangga cascade dipasang spray sehingga mengakibatkan butiran-butiran halus
air yang jatuh di setiap cascade dapat mengikat oksigen lebih besar sehingga
mengahasilkan nilai transfer oksigen yang semakin besar pula. Selain itu debit
yang digunakan dalam penelitian juga bervariasi dengan kisaran 1300 ml/mt
sampai dengan 2200 ml/mt. Hasil percobaan menunjukkan bahwa nilai DO
terbaik terjadi pada ketinggian antar cascade 50 cm dengan debit 2200 ml/mn
yaitu sebesar 7,29 mg/lt dan nilai KLa (transfer oksigen) sebesar 0,94.
Kata kunci: cascade aerator , DO , transfer oksigen

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
vii
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

ABSTRACT
The purpose of aeration process are for removal methane (CH4), removal
carbondioxide (CO2), removal HS2, removal odors and taste, also removal other
gases. But, at the reality the purpose of aeration increase dissolved oxygen
concentration in the water and equipment used is aerator. The aeration used is
cascade aerator remove CO2 at least than the other aerator model. The purpose
of this experiment for know large of oxygen transfer at cascade aerator
combination spray aerator model. This experiment used cascade aerator are from
3 step variable cascade distance between 10 cm until 50 cm. Above the pipe
cascade posted spray so that make water smooth bubbles which down in every
cascade can binded more oxygen, so result of the value of oxygen transfer more
higher. Beside taht, rate of flow used in this experiment also variation range 1300
ml/mn to 2200 ml/mn. Experiment result indicated that the best of DO value when
height between cascade 50 cm with rate of flow 2200 ml/mn is 7,29 mg/lt and KLa
(oksigen transfer) value is 0,94.
Key word : cascade aerator, DO, oxygen transfer

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
viii
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

BAB I
PENDAHULUAN

I.1

Latar Belakang
Proses aerasi berfungsi untuk menyisihkan methana (CH4), menyisihkan

karbon dioksida (CO2), menyisihkan HS2, menyisihkan bau dan rasa, menyisihkan
gas-gas lain (Fair, G. M., 1968). Pada prakteknya, proses aerasi terutama
bertujuan untuk meningkatkan konsentrasi oksigen di dalam air limbah.
Peningkatan konsentrasi oksigen di dalam air ini akan memberikan berbagai
manfaat dalam pengolahan limbah. Untuk meningkatkan konsentrasi oksigen
terlarut, digunakan aerator.
Ada empat tipe aerator yang sering digunakan, yaitu gravity aerator, spray
aerator,air diffuser, dan mechanical aerator (Metcalf&Eddy, 2004).Aerator yang
kebanyakan pada pengolahan biasanya digunakan sistem mekanik atau difuser.
Kelemahan menggunakan sistem mekanik atau difuser adalah membutuhkan
biaya yang banyak.
Sedangkan, cascade adalah varian aerator gravitasi yang fisiknya artistik
berbentuk tangga, indah dipandang, the art of aeration.Pada Aerator Undak ini air
dijatuhkan ke permukaan serial undakan untuk menghasilkan turbulensi dan
menimbulkan percikan indah butiran air. Proses aerasinya akan makin bagus kalau
ukuran butir airnya makin kecil. Selain itu, lapisan air tipis yang melimpas di atas
undakannya juga mendukung terjadinya aerasi. Semakin luas undakannya
semakin tinggi efisiensinya.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

1

2

Masalah utama dengan air terjun atau kaskade adalah bahwa sebagian
besar dari volume air aerasi harus dipompa dan ini berkaitan dengan efisiensinya
yang lebih rendah daripada tipe lain. Qasim et al. (2000) menjelaskan bahwa
cascade aerator hanya dapat menyisihkan 20 – 45% CO2. Ini dapat dimaklumi
karena energinya semata-mata dari energi alami. Oleh sebab itu, unit ini kurang
layak digunakan untuk instalasi besar. Lebih cocok untuk debit kecil, misalnya
dalam lingkup satu kantor atau pabrik kecil. Namun tetap bisa diterapkan untuk
kapasitas besar dengan cara pembagian debit olahan menjadi beberapa unit tipikal.
Dengan desain yang tepat, bisalah diperoleh penyisihannya yang tinggi.
Maka dari itu, penggunaan cascade aerator yang dimodifikasikan dengan
spray aerator dapat menjadikan pertimbangan dalam bangunan proses biologi dan
memungkinkan dapat meningkatkan transfer oksigen. Dengan kedua cara tersebut
jumlah oksigen pada air bisa dinaikkan sampai 60 – 80% (dari jumlah oksigen
yang tertinggi, yaitu air yang mengandung oksigen sampai jenuh)(Anonim, 2011).
Bangunan ini juga memberikan nilai estetika yang lebih dari cascade aerator pada
umumnya. Pada proses pengolahan secara biologi ini, dapat memungkinkan
transfer oksigen yang lebih maksimal. Untuk mengetahui kemampuan cascade
aerator kombinasi spray aerator, maka perlu dilakukan penelitian.

I.2

Rumusan masalah
Permasalahan dalam penelitian ini dapat dirumuskan sebagai berikut :

- Seberapa besar transfer oksigen dengan menggunakan cascade aerator
dengan kombinasi spray aerator

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

3

-

Bagaimana sistem aerator yang dapat memberikan transfer O₂

yang

maksimal

I.3

Tujuan
Tujuan dari penelitian ini untuk mengetahui besar transfer oksigen yang

terjadi dengan model cascade aerator kombinasi spray aerator

I.4

Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapatdipakai sebagai salah satu alternatif

aerator dalam pengolahan limbah secara biologi

I.5

Ruang Lingkup
Untuk membatasi agar dalam pemecahan masalah nantinya tidak

menyimpang dari ruang lingkup yang telah ditentukan, maka diperlukan
penjelasan mengenai batasan-batasan ruang lingkup, diantaranya adalah :
-

Menggunakan 3step pada bangunan cascade aerator

-

Air yang digunakan dalam penelitian adalah air bersih (air PAM)

-

Penelitian ini dilakukan pada skala laboratorium

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

4

BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
II.1

Pengolahan Aerob
Proses pengolahan aerob diartikan sebagai suatu sistem pengolahan yang

memerlukan oksigen untuk membantu mikroorganisme dalam menguraikan
limbah organik baik secara alamiah ataupun buatan.
Dengan penyedian udara yang cukup dan keadaan lingkungan yang
seimbang maka air buangan yang mengandung bahan organik akan diuraikan oleh
mikroorganisme aerob menjadi CO , H O dan sel-sel baru.
2

2

C H O + 6 O + 38 ADP + 38 fosfat→ 6 CO2 + 6 H2O + 38 ATP
6

12

6

2

Penguraian dilakukan oleh sejumlah bakteri, proses metabolisme oleh
bakteri dipengaruhi oleh faktor sumber nutrisi dan oksigen. Kedua faktor ini
saling berkaitan didalam membantu pertumbuhan bakteri. Selama sumber nutrisi
cukup dan oksigen tidak berkurang maka bakteri akan berkembang dengan baik
dan akan menghasilkan energi yang cukup untuk menguraikan senyawa organik.
Pada sistem aerobik diperlukan aerator sebagai penyuplai udara/oksigen
kedalam limbah cair. Dalam kondisi semacam ini maka proses hanya dapat
berlangsung secara aerobik karena diperlukan hembusan oksigen untuk
melipatgandakan jumlah bakteri yang ada.
Proses pengolahan air limbah secara biologis aerobik adalah dengan
memanfaatkan aktifitas mikroba aerob, untuk menguraikan zat organik yang

4
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

5

terdapat dalam air limbah, menjadi zat inorganik yang stabil dan tidak
memberikan dampak pencemaran terhadap lingkungan (Puspita, Diana, 2008).
Proses aerobik merupakan pengolahan biologis yang terjadi karena adanya
zat asam. Pada umumnya ada 2 macam, yaitu :
1. Suspended Growth (tumbuh dalam suspensi) : mikroorganisme tumbuh dan
berkembang dalam keadaaan tersuspensi. Contoh : Lumpur aktif .
2. Attached Growth (lekat dan tumbuh) : mikroorganisme tumbuh dan
berkembang dalam keadaan melekat pada suatu media dengan membentuk
lapisan biofilm, media pendukung antara lain: batu, pasir, cakram
berputar, karang.
Proses aerasi sangat penting terutama pada pengolahan limbah dengan
pengolahan biologi yang memanfaatkan bakteri aerob. Bakteri aerob adalah
kelompok bakteri yang mutlak memerlukan oksigen bebas untuk proses
metabolismenya (Anonim, 2010). Dengan tersedianya oksigen yang mencukupi
selama proses biologi, maka bakteri-bakteri tersebut dapat bekerja dengan
optimal. Hal ini akan bermanfaat dalam penurunan konsentrasi zat organik di
dalam air limbah. Selain diperlukan untuk proses metabolisme bakteri aerob,
kehadiran oksigen juga bermanfaat untuk proses oksidasi senyawa-senyawa kimia
di dalam air limbah serta untuk menghilangkan bau.
Aerasi dapat dilakukan secara alami, difusi, maupun mekanik. Aerasi
alami merupakan kontak antara air dan udara yang terjadi karena pergerakan air
secara alami. Alat yang digunakan dalam proses aerasi adalah aerator. Aerator
dapat digunakan untuk mempertahankan konsentrasi oksigen terlarut sekitar

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

6

konsentrasi jenuh. Hal itu terjadi kalau aeratornya mampu menghasilkan lapisan
kontak air-udara (interfacial film) yang sedemikian tipis sehingga terjadi reaksi
oksidasi-reduksi. Makin tipis dan makin luas bidang kontaknya,hasilnya akan
makin bagus sehingga kian tinggi efisiennya (Anonim, 2007). Karena waktu
kontaknya singkat maka transfer gasnya ke dalam air harus dioptimalkan.
Optimasi ini berbeda-beda antar tipe aerator sehingga berbeda pula kinerjanya.
Setiap tipe aerator itu memiliki cirri khas masing-masing dalam proses aerasinya.
II.2.

Aerasi
Limbah cair domestik pada umumnya mengandung bahan-bahan organik

yang mudah terdekomposisi. Saat akan melakukan dekomposisi bahan organik,
dibutuhkan oksigen yang cukup. Oleh karena itu oksigen terlarut kemudian akan
berkurang. Aerasi merupakan salah satu cara untuk menambah oksigen terlarut
sehingga konsentrasi oksigen bertambah saat titik jenuh yang digunakan untuk
melakukan respirasi..
Aerasi adalah fenomena fisik dimana terjadi pertukaran molekul-molekul
gas di udara dengan cairan pada gas liquid interfase (Puspita, Diana, 2008). Di
dalam aerasi terjadi proses dimana area terjadinya kontak antara air dengan udara
meningkat, baik secara alami maupun secara buatan dengan menggunakan alat.
Prinsip dari aerasi di dalam manajemen kualitas air berhubungan dengan proses
penambahan dan penyisihan gas dari dan ke air untuk meningkatkan kualitas air.
Aerasi merupakan metode pengolahan, dalam pengaturan penyediaan
udara pada bak aerasi, dimana bakteri aerob akan memakan bahan organik di
dalam air limbah dengan bantuan oksigen. Di dalam pengoalahan air, aerasi

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

7

didefinisikan sebagai proses terjadinya kontak intim antara udara dan air dengan
tujuan transfer senyawa volatile dari atau ke air.
II.2.1 Definisi Aerasi
Dalam literatur banyak dijumpai istilah yang berkaitan dengan aerasi yang
tentunya pengertian dari literatur satu dengan yang lain belum tentu sama.
Pengertian-pengertian istilah aerasi dari masing-masing literatur secara umum
dapat didefinisikan sebagai berikut :
1. Menurut Scott (dalam Benefield, 1982) (Hardian, Arie, 2009)
Aerasi adalah suatu proses dimana air dibawa pada kontak
langsung dengan udara untuk mengubah konsentrasi substansi volatile
yang terkandung dalam air.
2. Menurut O’Connor (dalam Benefield, 1982) (Hardian, Arie, 2009)
Aerasi adalah pemasukan oksigen dari udara ke dalam larutan.
Aerasi adalah suatu bentuk perpindahan gas dan dipergunakan dalam
berbagai bentuk variasi operasi meliputi :
1) Tambahan oksigen untuk mengoksidasi besi dan mangan terlarut
2) Pembuangan karbondioksida
3) Pembuangan hydrogen sulfida untuk menghapuskan bau dan rasa
4) Pembuangan minyak yang mudah menguap dan bahan-bahan penyebab
bau

dan

rasa

serupa

yang

dikeluarkan

oleh

ganggang

serta

mikroorganisme serupa.
Sehingga pengertian aerasi disini dapat diartikan sebagai suatu proses
dimana gas, biasanya udara dan air berada di dalam suatu kontak antara satu

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

8

dengan yang lain dengan tujuan untuk memindahkan zat-zat yang mudah
menguap ke dalam air.
Zat-zat yang mudah menguap tersebut meliuputi oksigen, karbondioksida,
nitrogen, hydrogen sulfide, methan dan berbagai komponen anorganic yang
menyediakan bau dan rasa dalam proses aerasi.
II.2.2. Manfaat aerasi
Menurut Scott (dalam Benefield, 1982) manfaat yang paling utama adalah
untuk memperbaiki karakteristik kimiawi dan fisik air untuk kebutuhan domestik,
komersial maupun industri. Dalam kasus aearsi dibutuhkan untuk menurunkan
dan pada kasus lainnya untuk menaikkan konsentrasi zat-zat yang mudah
menguap (volatile) dalam air.
Zat-zat yang mengalami penurunan dengan aerasi antara lain adalah :
1.

Zat-zat yang menghasilkan rasa dan bau, seperti hydrogen sulfide

dan beberapa senyawa organik volatile lainnya.
2.

Zat-zat

yang

dapat

menaikkan

aksi

korosif

air

seperti

karbondioksida dan hydrogen sulfide
3.

Zat-zat yang bereaksi atau bercampur dengan zat kimia yang

dipergunakan dalam pengolahan air tersebut, termasuk di dalam
karbondioksida dalam proses pelunakan dan proses klorinasi.
4.

Beberapa macam gas, misalnya gas methan.

Fungsi terpenting dari aerasi adalah mengurangi karbondioksida dalam air
dan penambahan oksigen untuk mereduksi besi dan mangan. Aerasi biasanya
mampu menyebabkan terjadinya pengendapan besi.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

9

Bahan organik yang digunakan untuk menghilangkan gas karbondioksida
pada air adalah NaOH dan bahan organik yang digunakan untuk menghilangkan
gas amonia adalah NH4Cl yang juga dapat digunakan untuk proses reaerasi.
II.2.3. Prinsip dasar aerasi
Pertukaran tempat suatu substansi dari air ke udara atau sebaliknya terjadi
pada permukaan atau pertemuan udara dan air. Laju proses ini dihitung dari hasil
perubahan konsentrasi relatif substansi pada tempat tersebut dan tingkat kecepatan
membuat atau menemukan tempat pertukaran baru.
Tujuan utama proses aerasi ini adalah peningakatan terjadinya oksigen
terlarut. Dalam proses aerasi, proses pemindahan ini bila diperhatikan terjadi
dalam dua fase yaitu fase gas, dimana oksigen akan masuk ke dalam fase uap
untuk menuju ke interfase gas liquida.
Faktor-faktor yang mempengaruhi perpindahan oksigen adalah: suhu,
kejenuhan oksigen, karakteristik air, dan derajat turbulensi.
1.

Pengaruh suhu
Suhu dalam air akan mempengaruhi tingkat difusi,
tegangan permukaan dan kekentalan air sehingga mempengaruhi
koefisien transfer oksigen (KLa). Kemampuan difusi oksigen
meningkat seiring dengan peningkatan suhu, akan tetapi tegangan
permukaan dan kekentalan akan menurun.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

10

2.

Kejenuhan oksigen
Nilai kejenuhan oksigen dalam air tergantung pada derajat
salinitas air, suhu, dan tekanan parsial oksigen yang berkontak
dengan air.
Nilai oksigen Saturasi oksigen pada berbagai temperatur dapat
dilihat pada tabel 2.1 :
Tabel 2.1 Nilai DO saturasi
Suhu
(⁰ C)

DO Saturasi Cs
(mg/L)

Suhu
(⁰ C)

0

14,62

16

9,95

1

14,23

17

9,74

2

13,84

18

9,54

3

13,48

19

9,35

4

13,13

20

9,17

5

12,8

21

8,99

6

12,48

22

8,83

7

12,17

23

8,68

8

11,87

24

8,53

9

11,59

25

8,38

10

11,33

26

8,22

11

11,08

27

8,07

12

10,83

28

7,92

13

10,6

29

7,77

14

10,37

30

7,63

15

10,15

DO Saturasi Cs
(mg/L)

Sumber : Reynold & Richard, 1995
3.

Karakteristik air
Dalam praktek ada perbedaan nilai KLa untuk air bersih
dengan KLa air limbah, dimana pada air limbah terdapat kandungan
materi tersuspensi, surfaktan (detergen) dengan larutan dan

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

11

perbedaan temperatur. Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai DO
saturasi (nilai oksigen jenuh).
Dalam banyak kasus, perangkat aerasi dinilai untuk
berbagai kondisi operasi menggunakan tap water (air PAM) yang
memiliki konsentrasi TDS (Total Dissolved Solid) yang rendah.
4.

Derajat Turbulensi
Derajat turbulensi akan mempengaruhi nilai sebagai berikut :
− Turbulensi akan menurunkan derajat liquid
− Turbulensi akan meningkatkan laju perpindahan masa
oksigen

karena

terjadi

percepatan

laju

pergantian

permukaan bidang kontak, yang berakibat pada nilai
oksigen (driving-force, ∆C) tetap terjaga konstan
− Turbulensi secara langsung akan meningkatkan koefisien
Transfer (KLa) .
II.2.4 Bangunan-bangunan aerator
Jenis-jenis aerator dapat dibagi menjadi :
1. Gravity aerator (Aerator air terjun)
2. Spray aerator (Aerator semprot)
3. Bubble aeration (Aerator gelembung udara)
4. Mechanic aerator (Aerator mekanik)
a. Gravity aerator (Aerator air terjun)
Gravity aerator terbagi menjadi :
1) Cascade aerator (Aerator air terjun)

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

12

Prinsip utama dari cascade aerator adalah menyebarkan air
sebanyak-banyaknya dengan mengalirkannya melalui tanggatangga yang dapat mengakibatkan turbulensi sehingga terjadi
kontak udara-air semaksimal mungkin.
Perbedaan ketinggian pada cascade aerator dibagi menjadi
beberapa tahapan atau tangga yang diharapkan dapat meningkatkan
jumlah transfer oksigen. Karena setiap step cascade aerator
memegang peranan penting dalam pembentukan interfacial baru
yang dapat menaikkan effisiensi desorbsi gas yang tidak
dikehendaki dan mengurangi rasa dan bau yang ada di dalam air.
Karena laju oksigenasi terutama ditemukan dalam kecepatan
jatuhnya air maka pembagian menjadi beberapa step mungkin akan
mengurangi laju oksigen transfer.
Keuntungan menggunakan cascade aerator adalah :
a) Sangat effisien dalam proses aerasinya karena adanya
pencampuran secara turbulen yang kuat
b) Memiliki td yang besar
c) Dapat menghasilkan gelembung air

Gambar 2.1 cascade aerator kombinasi spray aerator

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

13

Gambar 2.2 cascade aerator
b. Inclined Planes
Suatu terjunan yang berupa bidang miring, air dilewatkan pada
bidang miring tersebut agar terbentuk lapisan air yang tipis
sehingga dapat mengontakkan air dengan udara bebas.
c. Multiple Tray Aerator (Aerator bertingkat)
Aerator jenis ini terdiri dari beberapa seri tray yang dilengkapi
dengan alat berlubang yang saling berhubungan dengan alasnya
sehingga mampu mendistribusikan air dari tahap atas ke tahap
bawahnya.

Gambar 2.3 tray aerator

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

14

d. Spray Aerator (Aerasi semprot)
Aerator jenis ini terdiri dari lubang-lubang semprot sebanyak kisi-kisi
pendistribusian pipa, dimana air disemprotkan ke udara seperti layaknya
air mancur dan akan kembali jatuh ke air yang dapat membentuk
permukaan interfase udara-air.

Gambar 2.4 spray aeraor

Gambar 2.5 mekanisme spray aerator
e.

Bubble aeration (Aerator gelembung udara)
Aeration tipe ini berbentuk tangki persegi panjang ataupun lingkaran
dimana tabung diffuser yang berpori dimasukkan ke bagian bawah tangki
tersebut, dan udara bertekanan diinjeksikan di sepanjang sistem untuk
menghasilkan gelembung-gelembung halus yang muncul di dalam air

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

15

sehingga didapatkan turbulensi pada perubahan permukaan secara
kontinyu.
f.

Mechanic Aerator (Aerator mekanik)
Dilakukan dengan membuat suatu lapisan penghubung antara udara-air
dengan alat dan konstruksi yang berbeda-beda. Alat ini akan menciptakan
cipratan air ke atas permukaannnya sehingga akan terjadi kontak udara dan
air ini yang menyebabkan terlarutnya oksigen di dalam air.Spesifikasi dan
kemampuan aerator, ditampilkan pada tabel 2.2
Tabel 2.2 Kriteria Desaign aerator
Aerator

Penyisihan

Spesifikasi

Aerator Gravitasi
Cascade

20-45% CO₂

Tinggi: 1,0-3,0 m
Luas: 85-105 m2/m2.det
Kecepatanaliran 0,3 m/det
Diameter kolommaksimum 3 m
Beban hidrolik: 2000 m3/m2.hari
Kecepatan: 0,8-1,5 m3/m2/menit
Kebutuhanudara 7,5 m3/m3 air
Jarakrak (tray): 30-75 cm
Luas: 50-160m2/m3 det

Packing Tower
Tray

>95% VOC
>90% CO₂
>90% CO₂

Spray

70-90% CO₂
25-40 H₂ S

Tinggi: 1,2-9 m
Diameter nozzle: 2,5-4,0 cm
Jarak Nozzle: 0,6-3,6 m
Debit nozzle:5-10 L/det
Luas bak: 105-320 m2/m3 det
Tekanansemprot: 70 kPa

Aerator terdifusi

80% VOC

Waktudetensi: 10-30 menit
Udara:0,7-1,1 m3/m3 air
Tangki: kedalaman 2,7-4,5 m, lebar 3-9
m
Lebar / kedalaman< 2
Volume maksimum =150 m3

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

16

Diameter lubang diffuser: 2-5 mm
diameter
Aerator Mekanik

50-80% CO₂

Waktudetensi: 10-30 menit
Kedalamantangki: 2-4 m

II.3 Gas Transfer
Gas transfer adalah suatu fenomena fisik dimana molekul-molekul gas
berpindah tempat dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya melalui interfase gas
cair. Proses perubahan ini menghasilkan dua tipe perubahan konsentrasi gas yaitu:
1. Pada saat cairan pada kondisi jenuh, maka akan terjadi desorbsi
dan stripping dari senyawa yang mudah menguap terjadi
penurunan konsentrasi.
2. Pada saat cairan pada kondisi belum jenuh, maka akan terjadi suatu
peningkatan konsentrasi gas pada tekanan dan temperatur tertentu.
Dalam hal ini terjadi penyerapan (absorbsi) gas.
Perpindahan gas ke fase cair akan terus terjadi hingga pada titik
jenuh kelarutan gas tersebut. Proses aerasi ini terjadi dalam dua fase, yaitu
fase gas dimana oksigen masuk ke dalam fase uap untuk menuju ke
interfase gas cair yang kemudian melewati suatu film cair untuk menyebar
ke zat cair. Di dalam fase tersebut terjadi perpindahan yaitu perpindahan
gas (gas transfer) dan perpindahan massa (mass transfer) dan terjadi
kelarutan.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

17

II.3.1 Tujuan Mempelajari Transfer Gas
Proses-proses transfer gas juga banyak dioperasikan dalam sistem
pengolahan air bersih dan air buangan. Dalam pengolahan untuk air bersih, air
baku diaerasi untuk menghilangkan zat-zat organik maupun anorganik terlarut
yang tidak diinginkan seperti besi.
Tujuan dari transfer gas di dalam pengolahan air adalah sebagai berikut
(Fair, dkk, 1968) :
1. Untuk

mengurangi

karbondioksida

dan

konsentrasi

bahan

penyebab bau dan rasa, seperti hidrogen sulfida dan beberapa
senyawa organik dengan cara penguapan dan oksidasi
2. Untuk mengoksidasi besi dan mangan sehingga dapat dipisahkan
dari air
3. Untuk melarutkan gas di dalam air, seperti penambahan oksigen ke
dalam air tanah
4. Untuk menyisihkan senyawa yang mungkin dapat meningkatkan
biaya pengolahan, misalnya adalah dengan adanya hidrogen sulfida
maka akan meningkatkan kebutuhan klor pada proses deklorinasi
5. Rekarbonasi air yang telah dilunakkan.
II.3.2 Mekanisme Transfer gas
Jika cairannya yang mengandung gas terlarut dikontakkan dengan
atmosfer gas selain dengan yang berkeseimbangan, pertukaran gas terjadi antara
atmosfer dan larutan. Dua teori telah digunakan untuk menjelaskan mekanisme
dari pertukaran. Ini disebut teori penetrasi dan teori film.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

18

Teori penetrasi tidak terproses dari stagnan film tetapi hanya dari elemen
fluida dimana secara singkat terkontak pada fase gas pada permukaan (interfase)
cairan. Selama waktu kontak ini, gas berdifusi menuju elemen fluida. Tidak
seperti teori film, proses penetrasi pada teori ini diindikasikan dengan difusi yang
tidak stabil, dengan waktu kontak yang terlalu singkat bagi terjadinya kestabilan
diffusi.
Sesuai dengan teori penetrasi, “eddies” yang berasal dari cairan berpindah
ke intarfase (permukaan antara) gas-cair, dimana mereka segera keluar menjadi
gas sebelum dipindahkan eddies lainnya yang datang ke interfase.
Selain waktu singkat di interfase eddies mengadsorb molekul dari gas
dengan kembalinya eddies ke bagian besar (bulk) cairan, molekul terdistribusi
oleh turbulensi. Rate dari transfer diperkirakan sebagai fungsi dari diffusivyti,
gradien konsentrasi dan faktor pembaruan permukaan. Teori penetrasi juga
mempengaruhi pertimbangan yang diperlukan
Menurut teori film Lewis dan Whitman, batas interfase dalam fase gas dan
liquida dan laju lewatnya ditentukan oleh ketebalan film. Ketebalan film itu
sendiri merupakan fungsi visikositas kinetis, dapat ditumbuhkan dalam
mengguncang (sehingga menimbulkan turbulensi) pada gas maupun liquida.
Pada peristiwa perpindahan massa dari gas ke liquida terdapat tiga kondisi umum
yaitu :
1. Gas sangat mudah larut dalam liquida, seperti amoniak dalam air.
Dalam keadaan seperti ini yang mengontrol perpindahan massa adalah
tahapan dari fase gas, oleh karena itu transfer gas bisa ditingkatkan

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

19

dengan menurunkan ketebalan film gas dengan jalan mengoncang
untuk meningkatkan turbulensi
2. Daya larut gas dalam liquida rendah seperti O2, N2, CO2 dalam air.
Dalam kondisi ini, tahapan yang mengontrol terletak pada fase gas
liquida untuk meningkatkan transfer gas dengan jalan menaikkan
turbulensi pada fase liquida.
Untuk gas dengan daya larut diantara kedua kondisi di atas seperti H2S
dalam air. Pengaruh kedua film gas dari liquida tetap penting. Untuk
meningkatkan transfer gas dengan jalan menaikkan turbulensi pada
kedua fase.
Di dalam transfer gas terdapat 2 keadaan yang umum terjadi yaitu transfer gas
dengan reaksi kimia atau tanpa reaksi kimia.
1) Transfer gas dengan reaksi kimia.
Apabila reaksi kimia terjadi setelah gas melewati interfase gas-liquida,
laju absorbsi pada umumnya akan lebih besar bila dibandingkan
dengan gas tanpa reaksi kimia. Beberapa gas yang umum digunakan
dalam aplikasi pengolahan air seperti chlorin, S2 , CO2 dan O2 alami
reaksi hidrolisa atau reaksi kimia yang cepat dengan zat-zat yang
melarut dalam air. Kenaikan dari laju perpindahan massa harus
dipertimbangkan dalam perancangan peralatan absorbsi. Besarnya
kenaikan laju perpindahan massa tergantung pada macam-macam
reaksi, tingkatan reaksi, laju konstanta, konstanta masing-masing
reaktan dan konstanta difusi molekul zat yang melarut. Sementara

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

20

kombinasi reaksi yang mungkin adalah banyak reaksi-reaksi kimia
untuk gas-gas dalam air yang dipergunakan dalam pegolahan air
terutama dalam 2 kelas atau kategori, yaitu reaksi irrefersibel tingkat 1
dan reaksi refersibel instantinous.
2) Transfer gas tanpa reaksi kimia
Kalau pada transfer gas dengan reaksi kimia terjadi setelah gas
melewati interfase gas liquida, maka dalam transfer gas tanpa reakasi
kimia adalah dengan menganggap bahwa ada reaksi kimia yang terjadi.

II .4 Oksigen ter larut (Dissolved Oxygen)
Semua organisme hidup tergantung pada oksigen dalam satu bentuk atau
yang lain untuk mempertahankan proses metabolisme yang menghasilkan energi
untuk pertumbuhan dan reproduksi (Anonim, 2001). Proses aerobik adalah sebuah
kebutuhan yang sangat penting bagi mereka untuk mendapatkan oksigen bebas.
Demikian pula Dissolved Oxygen (Oksigen terlarut) yang juga sangat penting
dalam prespitasi dan dissolusi zat-zat anorganik dalam air.
Kadar DO pada air natural ataupun air limbah tergantung pada aktivitas
fisik, kimia, dan biologi pada badan air. Kelarutan Oksigen atmosfer pada air
murni adalah antara 14,6 mg/L pada 0o C hingga 7,0 mg/L pada 35o C di bawah
tekanan atmosfer. Dikarenakan daya larut gas yang buruk, kelarutannya secara
langsung bervariasi tergantung pada tekanan atmosfer pada temperatur tertentu.
Oksigen terlarut adalah kadar oksigen yang terikat dalam air dan berasal
dari proses fotosintesis, difusi, dan aliran air. Kemampuan air untuk

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

21

membersihkan pencemaran secara ilmiah tergantung dari cukup tidaknya oksigen
terlarut.
II.5 Transfer oksigen
Dalam proses pengolahan air limbah, sering dijumpai proses transfer gas,
yakni perpindahan gas dari fase gas ke fase cair dan sebaliknya. Salah satu
diantara transfer gas dalam pengolahan air limbah adalah transfer oksigen.
Transfer Oksigen, proses dimana oksigen berpindah dari fase gas menjadi
fase larutan adalah bagian penting dari bangunan proses pengolahan air limbah.
Fungsi-fungsi dari bangunan pengolah air yang menggunakan sistem secara
aerobik bergantung kepada cukup tersedianya kuantitas dari oksigen. Agar air
dapat ter-aerasi, peralatan aerasi dievaluasi dengan basis transfer oksigen per unit
udara ke air untuk kondisi yang equivalen (Metcalf & Eddy, 2003).
Oksigen terlarut pada air dimonitor selama periode aerasi dengan
mengukur konsentrasi DO pada beberapa pilihan yang berbeda sampai pilihan
terbaik yang mewakili kandungan dari tangki. Data yang diperoleh pada masingmasing penentuan point kemudian dianalisa dengan model transfer massa :

(2.1)

=

Dengan :
KLa = koefisien

keseluruhan

lapisan

liquid

(overall

liquid

film

coefficient)
Ct =

konsentrasi oksigen pada bagian terbesar fase cairan pada waktu t
(mg/L)

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

22

Cs =

konsentrasi pada keseimbangan dengan gas sebagaimana hukum
Hendry

Co = konsentrasi inisial
Nilai K

L

α dapat ditentukan dalam skala percobaan dengan melakukan

integrasi terhadap persamaan (2.8) diperoleh persamaan garis lurus :

ln (Cs – Ct) = ln (Cs – Co) – KL a. T

(2.2)

Dari data percobaan dengan konsentrasi awal oksigen Co dari konsentrasi
oksigen dalam interval waktu percobaan Ct maka dapat diplot ln (Cs – Ct) vs t,
dalam sebuah grafik dan diperoleh garis lurus dengan besarnya sudut arah (slope)
adalah KLα (Benifield, 1980).
Prediks dari laju oksigen transfer pada sistem aerasi secara umum selalu
bersandar pada model laju oksigen. Koefisien overall massa transfer oksigen KLα
biasanya ditentukan pada tes dengan fasilitas full-skala. Jika fasilitas skalapilotdigunakan untuk menentukan nilai KLα,

scale-up harus dipertimbangkan.

Koefisien transfer massa KLα, juga merupakan fungsi dari temperatur, intensitas
pengadukan (jenis perlengkapan yang digunakan dan geometri dari mixing
chamber), dan unsur pokok di dalam air.
II.5.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi kelar utan gas dalam air
Berikut ini akan dijelaskan faktor-aktor yang mempengaruhi kelarutan gas
dalam air :
1. Sifat alami dari gas yang pada umumnya digambarkan oleh koefisien
spesifik gas yaitu koefisien distribusi (gr/m³). Konsentrasi gas pada fase
gas akan lebih besar daripada konsentrasi jenuh pada fase cair.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

23

2. Konsentrasi masing-masing gas di dalam fase gas yang dihubungkan
dengan tekanan parsialnya (P, mmHg) masing-masing. Udara adalah suatu
campuran dari gas-gas, dimana ada beberapa jenis gas yang dapat bereaksi
di air seperti CO2, NH3 dan H2S, gas-gas tersebut akan mempengaruhi
besarnya pHyang sangat mempengaruhi kelarutan oksigen.
Hukum Henry menyatakan pada larutan encer, yaitu keadaan setimbang
konsentrasi suatu gas yang terlarut di dalam suatu cairan tepat sebanding
dengan tekanan parsialnya dalam fase gas kontak dengan larutan.
3. Temperatur (T) ⁰ C. Bila gas terlarut di dalam air, maka akan diikuti
dengan pembebasan energi atau panas. Setiap terjadi penambahan
temperatur maka akan menyebabkan terjadinya penurunan kelarutan.
4. Kandungan pengotor di dalam air, dengan penambahan pengotor di dalam
air akan menyebabkan koefisien aktivitas meningkat. Dan hal ini dapat
menyebabkan kelarutan semakin berkurang.

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

BAB III
METODOLOGI PENELITIAN

III.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini direncanakan selama empat bulan yang dilanjutkan dengan
pengolahan data, penyusunan data dan pembahasan. Penelitian dilaksanakan di
laboratorium Teknik Lingkungan UPN ”Veteran” Jawa timur.
III.2.Bahan dan Alat Penelitian
III.2.1Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini meliputi:
-

larutan MnSO4

-

larutan alkali iodida acida

-

larutan Na2S2O3 0,0125 N

-

larutan H2SO4 pekat

-

indikator amilum

-

larutan NH4Cl

-

larutan NaOH

-

air raksa

-

air PAM

III.2.2. Alat Penelitian
-

erlenmeyer

-

botol winkler

-

buret

25

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

26

-

pipet ukur

-

gelas ukur

-

temperatur (suhu)

-

pompa

-

manometer

-

termometer udara

-

pipa paralon ukuran ¾

-

bak plastik

-

manometer

-

bak plastik untuk cascade masing-masing berdiameter 30 cm, 40
cm, 50 cm

III.3

spray ukuran 0,5 mm

Variabel Penelitian
Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.

2.

Variabel tetap
-

jumlah step cascade (3 step cascade)

-

pH, menggunakan pH netral

-

tinggi cascade (150 cm)

Variabel bebas
-

debit 1300 ml/mt; 1580 ml/mt; 1900 ml/mt; 2031 ml/mt; 2200
ml/mt

-

jarak antar step cascade 10 cm, 20 cm, 30 cm, 40 cm, 50 cm

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

27

3.

III.4

Parameter yang diamati
-

transfer oksigen (KLa)

-

kadar DO

Tahap Pelaksanaan Penelitian
Penelitian yang dilakukan terdiri dari empat tahap yaitu: persiapan bahan

dan alat; pembuatan cascade aerator kombinasi spray aerator; proses percobaan;
pengujian kadar DO.
III.4.1. Per siapan bahan baku
-

sebelum air sampel (air PAM) dialirkan pada cascade aerator,
dilakukan pelepasan gas-gas yang terkandung dalam air

-

untuk menghilangkan gas karbondioksida pada air sampel
digunakan larutan NaOH

-

untuk reaerasi pada air sampel digunakan larutan NH4Cl

III.4.2. Cascade aerator kombinasi spray aerator
Cascade aerator kombinasi spray aerator terdiri dari:
-

3 cascade dengan diameter ukuran 30 cm, 40 cm, 50 cm

-

Spray aerator dipasang pada ujung pipa

III.5. Cara kerja
-

sebelum air sampel (air pdam) dialirkan pada cascade aerator,
dilakukan pelepasan gas-gas yang terkandung dalam air dengan
menambahkan larutan NaOH dan larutan NH4Cl (sebagai proses
reaerasi) pada air sampel

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

28

-

pembuatan cascade aerator kombinasi spray aerator dengan 3 step
cascade dan spray aerator di pasang pada ujung pipa sehingga
tampak air seperti di semprotkan

-

air mengalir pada tangga cascade dengan jarak antar cascade yang
terdiri dari 5 variabel dan debit yang berubah sebagai pembanding
untuk mengetahui transfer oksigen yang paling maximal

-

sebelum pengujian kadar DO, harus mengetahui suhu ruangan
terlebih dahulu

-

pengambilan sampel dilakukan sebelum dan sesudah proses
percobaan cascade aerator kombinasi spray aerator pada masingmasing variasi jarak cascade dengan selang waktu yang sama yaitu
10 menit

-

pengujian dan perhitungan kadar DO air sampel

-

perhitungan transfer oksigen

Gambar 3.1 cascade aerator kombinasi spray aerator

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

29

manomet er
Bak
penampung

pompa

Gambar 3.2 Sketsa alat

Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.

30

III.6