Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305

Week 4 Jar Test
Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE
091305

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

1

Jar test?
Pengadukan?
Aplikasi…?

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

2

Pengadukan

 Suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau

lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang
homogen.
 Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk
memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak).
 Aplikasi pengadukan:
 Proses fsika seperti pelarutan bahan kimia dan

proses pengentalan (thickening),
 Proses kimiawi seperti koagulasi-fokulasi dan
disinfeksi,
 Proses biologis untuk mencampur bakteri dan air
limbah.
3

Koagulasi-Flokulasi
 Koagulasi
 Proses destabilisasi koloid dan partikel dalam air
dengan menggunakan bahan kimia (disebut

koagulan) yang menyebabkan pembentukan inti
gumpalan (presipitat).
 Proses koagulasi hanya dapat berlangsung bila ada
pengadukan.

4

Koagulasi-Flokulasi (2)
 Flokulasi
 Proses penggabungan inti fok sehingga menjadi fok
berukuran lebih besar.
 Proses fokulasi hanya dapat berlangsung bila ada
pengadukan.
 Pemberian energi agar terjadi tumbukan antar
partikel tersuspensi dan koloid agar terbentuk
gumpalan (fok) sehingga dapat dipisahkan melalui
proses pengendapan dan penyaringan.

5

Partikel Solids
 Partikel solid dalam air dapat berupa partikel

bebas/diskrit dan koloid dengan ukuran
sangat kecil yaitu10-7mm-10-1 mm.
 Beberapa partikel tidak dapat diendapkan
secara langsung
 Partikel dan koloid umumnya bermuatan
listrik sama yang menyebabkan tumbukan
antar partikel (terjadi gerak Brown) 
berakibat terjadinya suatu partikel yang
sangat stabil.

6

Koagulan,
koagulasi-fokulasi…
Mengapa perlu koagulan?
Mengapa perlu proses koagulasi-fokulasi

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

7

Partikel Solids (2)

8

Koagulasi-Flokulasi
 Air baku untuk air bersih berasal dari sungai,

danau, dan sebagainya.

 Kekeruhan disebabkan oleh partikel-partikel

kecil dan koloid yang berukuran 10 nm
sampai 10 µm (kwarts, tanah liat, ganggang,
dll)

 Kekeruhan dapat dihilangkan dengan

membubuhkan bahan kimia dengan sifat-sifat
tertentu disebut fokulan.

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

9

Prinsip Koagulasi-Flokulasi
1. Partikel-partikel kecil ini terlalu ringan
2. Partikel-partikel tersebut tidak dapat menyatu,

bergabung dan menjadi partikel yang lebih
besar dan berat, karena muatan elektris pada
permukaan elektrostatis antara partikel satu
dengan yang lain.

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

10

Koloid
 Partikel yang tidak dapat mengendap secara

alami karena adanya stabilitas koloid.
 Stabilitas koloid terjadi karena:
 gaya tarik van der waal's
 gaya tolak /repulsive elektrostatik

 Koagulasi bertujuan mengurangi stabilitas koloid

(proses destabilisasi) melalui penambahan bahan
kimia dengan muatan berlawanan.

11

Koloid (2)
 Pada koagulasi akan terjadi :
 Penurunan tegangan permukaan (zeta potensial)
melalui proses netralisasi muatan dan adsorpsi.
 Presipitasi dari koagulan akan menyapu koloid
 Adsorpsi dan pembentukan jembatan antar partikel.

12

Contoh
pengadukan?
Jenis dan metode pengadukan…..?

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

13

Jenis Pengadukan
 Kecepatan pengadukan
 Pengadukan cepat
 Pengadukan lambat
 Metoda pengadukan
 Pengadukan mekanis,
 Pengadukan hidrolis
 Pengadukan pneumatis.

14

Pengadukan Cepat
 Tujuan:
 untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat
mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan
dalam air.
 Secara umum, gradien kecepatan berkisar antara
100 hingga 1000 per detik selama 5 hingga 60 detik.

15

Pengadukan Cepat (2)
 Untuk proses koagulasi-fokulasi:
 Waktu detensi = 20 - 60 detik
 G = 1000 - 700 detik-1

 Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/

soda):
 Waktu detensi = 20 - 60 detik
 G = 1000 - 700 detik-1

 Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat,

logam berat, dll)
 Waktu detensi = 0,5 - 6 menit
 G = 1000 - 700 detik-1
16

Pengadukan Cepat (3)
 Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan:
Pengadukan mekanis
b. Pengadukan hidrolis
c. Pengadukan pneumatis
a.

 Pengadukan mekanis paling umum digunakan

karena sangat efektif dan lebih feksibel dalam
operasi.
 Faktor penting perancangan pengaduk
mekanis: kedua parameter pengadukan, yaitu G
dan td.
17

Pengadukan Lambat
 Tujuan: menghasilkan gerakan air secara

perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel

untuk membentuk gabungan partikel
berukuran besar.
 Digunakan pada proses fokulasi, untuk
pembesaran inti gumpalan.
 Gradien kecepatan diturunkan secara
perlahan-lahan agar gumpalan yang telah
terbentuk tidak pecah lagi dan berkesempatan
bergabung dengan yang lain membentuk
gumpalan yang lebih besar.
18

Pengadukan Lambat (2)
 Penggabungan inti gumpalan sangat

tergantung pada karakteristik fok dan nilai
gradien kecepatan.
 Secara umum, pengadukan dilakukan pada
gradien kecepatan kurang dari 100 per detik
selama 10 hingga 60 menit.

19

Pengadukan Lambat (3)
 Untuk proses koagulasi-fokulasi:
 Waktu detensi = 15 - 45 menit
 G = 10 - 75 detik-1
 GT = 48.000 - 210.000

 Untuk air sungai:
 Waktu detensi = minimum 20 menit
 G = 10 - 50 detik-1

 Untuk air waduk/reservoir:
 Waktu = 30 menit
 G = 10 - 75 detik-1

20

Pengadukan Lambat (4)
 Untuk air keruh:
 Waktu dan G lebih rendah

 Bila menggunakan garam besi sbg koagulan:
 G tidak lebih dari 50 detik-1

 Untuk fokulator 3 kompartemen:
 G kompartemen 1 : nilai terbesar
 G kompartemen 2 : 40 % dari G komp. 1
 G kompartemen 3 : nilai terkecil

 Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):
 Waktu detensi = minimum 30 menit
 G = 10 - 50 detik-1

21

Pengadukan Lambat (5)
 Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat,

logam berat, dll)
 Waktu detensi = 15 - 30 menit
 G = 20 - 75 detik-1
 GT = 10.000 - 100.000

 Pengadukan lambat dilakukan dengan cara antara

lain:
Pengadukan mekanis
b. Pengadukan hidrolis
a.

22

Jar test…?
Fungsi jar test…?
Metode….?

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

23

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

24

Penentuan dosis optimum: unit proses koagulasi –
fokulasi dan sedimentasi

Koagulasi

11/05/2018

Flokulasi

Sedimentasi25

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

-

-

-

Al3+

-

Al3+
3+
Al
-

Al3+
Al3+
Al3+
Al3+

-

11/05/2018

Al3+
-

-

-

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

26

 Dengan pembubuhan fokulan maka stabilitas

partikel terganggu karena:
 Molekul Al+ pada tawas menempel pada
permukaan koloid dan mengubah muatan
elektrisnya koloid biasanya bermuatan negatif
(pada pH 5 sampai 8)
 Mengendap sebagai fok Al (OH)3 yang dapat
mengurung koloid dan mengendapPaling
Efsien

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

27

Koagulasi

Flokulasi

Pengadukan cepat

Pengadukan lambat

Flash Mix

Slow Mix

100 rpm, 1 menit

30 rpm, 15 menit

11/05/2018

Sedimentasi

0 rpm, 30 menit

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

28

Al 2 SO4 3 .18 H 2 O  3CaHCO3 2  2 Al OH 3  3CaSO4  18 H 2 O  6CO2

Tawas

Flok
Alkalinitas alami

Al

3

 3H 2 O  Al OH 3  3H



Kerugian: menurunkan pH, bersifat korosif pada logam
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

29

Al 2 SO4 3 .18 H 2 O  3CaOH 2  2 Al OH 3  3CaSO4  18 H 2 O

Kapur jenuh untuk menaikkan alkalinitas

Al 2 SO4 3 .18 H 2 O  3NaCO3   3H 2 O  2 Al OH 3  3NaSO4  18 H 2 O  3CO2

Soda ash untuk menaikkan alkalinitas

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

30

Hubungan Kekeruhan dan Alkalinitas
Kekeruhan

Alkalinitas

Dosis Koagulan

Tinggi

Rendah

Sedikit

Tinggi

Tinggi

Banyak

Rendah

Tinggi

Sedang
(perlu penambahan kekeruhan)

Rendah

11/05/2018

Rendah

Harus ditambah
kekeruhan

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

31

Ketelitian
Kesalahan-kesalahan disebabkan oleh:
- Sampel yang tidak representatif untuk badan air
yang diperiksa.
 Sampel yang tidak diaduk membuat zat tersuspensi
yang berat tertinggal di bawah, sehingga pada saat
air baku dituangkan dalam 6 beker glass, hanya beker
terakhir yang mendapatkan cairan dengan zat
tersuspensi yang berada di bagian sebelah bawah
sampel.
 Perbedaan nilai pH
 Saat pembubuhan fokulan ke dalam jar test tidak
bersamaan
 Pengambilan sampel yang telah diolah melalui proses
fokulasi untuk dianalisa mengenai zat tersuspensi,
dsb, tidak bersamaan untuk masing-masing beker.
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

32

Pengawetan Sampel
 Waktu pengawetan paling lambat 1 hari, karena

setelah 1 hari dapat terjadi fokulasi sendiri dari
zat-zat tersuspensi tanpa pembubuhan fokulan,
sehingga sampel tidak berlaku.

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

33

Contoh hasil analisis sampel air
Turbidity air baku = 51,7 NTU
pH air baku = 7,44
Beker

1

2

3

4

5

6

Alum (mg/L)

0

10

20

30

40

50

pH

7,41

6,41

6,00

6,28

6,23

6,11

Turbidity (NTU)

51,6

17,3

5,11

3,40

4,54

5,10

Beker

1

2

3

4

5

6

Alum (mg/L)

0

5

10

15

20

25

Polimer (mg/L)

0

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

pH

7,41

7,11

7,01

6,98

6,93

6,93

Turbidity (NTU)

51,60

11,20

5,44

3,55

2,56

3,48

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

34

Hitunglah berapa jumlah koagulan yang harus
dilarutkan dalam air setiap pembuatan
larutan alum, jika suatu IPA yang mengolah
100 L/s air, memerlukan dosis alum 50
mg/L. Koagulan dilarutkan setiap 8 jam
sekali. Kemurnian alum 60%.
Kebutuhan koagulan
= (50 mg/L / 60%) x 100 L/s x 8 jam x 3600 s/jam x 10 -6
= 240 kg

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

35

Berapa kebutuhan air untuk melarutkan larutan
alum 240 kg, dengan konsentrasi larutan alum 5%,
jika berat jenis alum 1,05 kg/L. Hitung debit
koagulan yang dibubuhkan pada air baku!
Volume alum = 240 kg / (1,05 kg/L) = 228,6 L
Volume larutan = 228,6 L / 5% = 4571,4 L
Jadi kebutuhan air pelarut = 4571,4 L - 228,6 L =
4342,8 L

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

36

Debit larutan bahan kimia
Maka debit koagulan yang harus dibubuhkan ke
dalam IPAM
= 4.571.400 mL / (8 jam x 3600 s/jam)
= 158,7 mL/s
Cara pembubuhan bisa dengan dosing pump atau
pembubuh aliran konstan

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

37

T u g a s:
1. Buat grafk hubungan konsentrasi alum
2.
3.
4.
5.
6.

dengan dengan pH dan kekeruhan.
Cari konsentrasi alum optimum untuk
menurunkan kekeruhan.
Apa hubungan konsentrasi alum dengan pH?
Tuliskan reaksi yang membuktikan pH
turun.
Apa penyebab kekeruhan naik kembali saat
konsentrasi alum ditambah?
Apa pengaruh penambahan polimer pada
proses koagulasi-fokulasi-sedimentasi?

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

38

Syarat koagulan….?

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

39

Syarat umum koagulan
 Trivalent cation
 Secara umum koloid pada air permukaan adalah
bermuatan negatif, maka kation diperlukan untuk
proses netralisasi muatan.
 Valensi tiga adalah yang paling efektif
 Non toxic
 Producesafe water
 Insoluble in the neutral pH range
 Koagulan diharapkan mengendap jika dibubuhkan
dalam dosis besar pada sekitar pH netral  tidak
ada yang tersisa pada air

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

40

Coagulant aids
 Tipe coagulant aids
 pH adjuster





Asam dan basa digunakan untuk mengatur pH agar proses koagulasi dan fokulasi
terjadi pada rentang optimal
Asam sulfuric acid
Basa  lime Ca(OH)2 atau soda Na2CO3

 Activated silica
 Ditambahkan ke air agar air dalam kondisi stabil/memiliki muatan negatif pada
permukaan koloid
 Dapat begabung dengan koloid dengan muatan positif (Al atau Fe) sehingga foc
lebih besar, lebih berat  pengendapan lebih cepat
 Digunakan pada pengolahan air dengan konsentrasi warna tinggi tetapi turbidity
rendah
 Clays


Fungsi mirip dengan activated silica

 Polymers
 Dapat memiliki muatan negatif (anionic), positif (cationic), positif-negatif
(polyamphotype) atau tidak bermuatan (nonionic)
 Membentuk foc lebih besar
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

41

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

42

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

43

Contoh soal
 Berdasarkan standar pengukuran fosfat, nilai konsentrasi akurat yang

dapat dibaca oleh spektrofotometer adalah 0.15-1.3 mg/L. Jumlah sampel
yang digunakan sebesar 25 mL setiap analisis fosfat.
a. Sampel air sungai di daerah pertanian ABS 1,5
b. Sampel air PAM ABS 0.03
c. Sampel limbah industri ABS 2.3
Berapa konsentrasi sampel tersebut? Apa yang harus dilakukan?
2

1.8

Konsentr
asi
ABS
mg/L
 
0.0
0
0.15
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.95
1.0
1.4
1.2
1.6
1.3
1.8
11/05/2018

1.6

f(x) = 1.38 x − 0.02
R² = 1

1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

1.2

1.4

44

Contoh soal
 Berdasarkan standar pengukuran fosfat, nilai

konsentrasi akurat yang dapat dibaca oleh
spektrofotometer adalah 0.15-1.3 mg/L. Jumlah sampel
yang digunakan sebesar 25 mL setiap analisis fosfat.
a. Sampel air sungai di daerah pertanian dianalisis
b. Sampel air PAM ditambah larutan stock sebesar 25 mL

dengan konsentrasi 0.3 mg/L dibaca dengan
spektrofotometer sebesar: ABS 0,22
c. Sampel limbah industri diencerkan dengan labu ukur
250 mL dengan menggunakan sampel sebanyak 50
mL, menghasilkan bacaan spektrofotometer ABS 0,67
Berapa konsentrasi sampel tersebut?
11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of Environmental Engineering - ITS

45

Let’s Have a Great Sem!

11/05/2018

Environmental Laboratory - Department of
Environmental Engineering - ITS

46