Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE 091305
Week 5 Jar Test
Teknik Analisis Pencemar Lingkungan (TAPL) RE
091305Jar test? Pengadukan? Aplikasi…? 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. 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. 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. Partikel Solids
Partikel solid dalam air dapat berupa partikel bebas/diskrit dan koloid dengan ukuran
- 7 -1 sangat kecil yaitu10 mm-10 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.
Koagulan, koagulasi-fokulasi… Mengapa perlu koagulan? Mengapa perlu proses koagulasi-fokulasi Partikel Solids (2)
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. 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. 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. 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.
Contoh pengadukan? Jenis dan metode pengadukan…..? Jenis Pengadukan
Kecepatan pengadukan
Pengadukan cepat
Pengadukan lambat
Metoda pengadukan
Pengadukan mekanis,
Pengadukan hidrolis
Pengadukan pneumatis. 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. Pengadukan Cepat (2)
Untuk proses koagulasi-fokulasi:
Waktu detensi = 0,5 - 6 menit
Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dll)
G = 1000 - 700 detik -1
Waktu detensi = 20 - 60 detik
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/ soda):
G = 1000 - 700 detik -1
Waktu detensi = 20 - 60 detik
G = 1000 - 700 detik -1 Pengadukan Cepat (3)
Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan: a.
Pengadukan mekanis
Pengadukan pneumatis
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. 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. 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. Pengadukan Lambat (3)
Untuk proses koagulasi-fokulasi:
Waktu detensi = minimum 20 menit
Waktu = 30 menit
Untuk air waduk/reservoir:
G = 10 - 50 detik -1
Untuk air sungai:
GT = 48.000 - 210.000
G = 10 - 75 detik -1
Waktu detensi = 15 - 45 menit
G = 10 - 75 detik -1 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 Pengadukan Lambat (5)
Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dll)
Waktu detensi = 15 - 30 menit -1
G = 20 - 75 detik
GT = 10.000 - 100.000
Pengadukan lambat dilakukan dengan cara antara lain:
Pengadukan hidrolis
Jar test…? Fungsi jar test…? Metode….?
Penentuan dosis optimum: unit proses koagulasi – fokulasi dan sedimentasi Koagulasi Flokulasi Sedimentasi
- - - - - - - - - - - - - - - Al 3+ - Al 3+ - - Al 3+ Al 3+ - - Al 3+ Al 3+ - - Al 3+ - Al 3+
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) yang dapat
3 mengurung koloid dan mengendapPaling Efsien
Koagulasi Sedimentasi Flokulasi
Pengadukan cepat Flash Mix 100 rpm, 1 menit
Pengadukan lambat Slow Mix 30 rpm, 15 menit 0 rpm, 30 menit Tawas Alkalinitas alami
Flok Kerugian: menurunkan pH, bersifat korosif pada logam
2 2 4 3 2 3 2 3 4 2
6
18
3
2
3 18 .
CO O H CaSO OH Al HCO Ca O H SO Al
H OH Al O H Al
3
3
3
2
3 Soda ash untuk menaikkan alkalinitas Kapur jenuh untuk menaikkan alkalinitas
O H CaSO OH Al OH Ca O H SO Al
2 4 3 2 2 3 4 218
3
2
3 18 .
2 2 4 3 2 3 2 3 4 2
3
18
3
2
3
3 18 .
CO O H NaSO OH Al O H CO Na O H SO Al Hubungan Kekeruhan dan Alkalinitas
Kekeruhan Alkalinitas Dosis Koagulan
Tinggi Rendah Sedikit Tinggi Tinggi Banyak
Rendah Tinggi Sedang
(perlu penambahan kekeruhan)
Rendah Rendah Harus ditambah kekeruhan 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. 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. Contoh hasil analisis sampel air Turbidity air baku = 51,7 NTU pH air baku = 7,44
Beker
1
20
15
10
5
6 Alum (mg/L)
5
4
3
2
Beker
1
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
40
30
20
10
6 Alum (mg/L)
5
4
3
2
25 Polimer (mg/L) 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 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%. 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!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
T u g a s: 1.
Buat grafk hubungan konsentrasi alum dengan dengan pH dan kekeruhan.
2. Cari konsentrasi alum optimum untuk menurunkan kekeruhan.
3. Apa hubungan konsentrasi alum dengan pH?
4.Tuliskan reaksi yang membuktikan pH turun.
5. Apa penyebab kekeruhan naik kembali saat
konsentrasi alum ditambah?
6. Apa pengaruh penambahan polimer pada
proses koagulasi-fokulasi-sedimentasi?
Syarat koagulan….? 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
Producesafe 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 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 Na 2 CO 3 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
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?
Konsentr asi ABS mg/L
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 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 f(x) = 1.38 x − 0.02 R² = 1 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?
Let’s Have a Great Sem!
Environmental Engineering - ITS
46 Environmental Laboratory - Department of 11/13/2018