EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK DALAM AIR.
SKRIPSI
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK DALAM AIR
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURAB AYA
2012
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
SKRIPSI
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK
DALAM AIR
untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh
Gelar Sarjana Teknik ( S-1)
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURAB AYA
2012
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
SKRIPSI
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK
DALAM AIR
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Pada hari : Rabu Tanggal : 23 Mei 2012
Menyetujui,
Pembimbing
Penguji I
Ir. Novirina Hendrasarie, MT.
NIP : 19681126 199403 2 00 1
Ir. Tuhu Agung R., MT.
NIP : 19620501 198803 1 00 1
Penguji II
Mengetahui,
Dr. Ir. Munawar, MT.
NIP : 19600401 198803 1 00 1
Ketua Program Studi
Penguji III
Dr. Ir. Munawar, MT.
NIP : 19600401 198803 1 00 1
Ir. Dewa Gede Okayadnya W., MT.
NIP : 19571105 198503 1 00 1
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
Untuk memperoleh gelar sarjana (S1), tanggal 23 Mei 2012
Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan
Ir. Naniek Ratni J.A.R., Mkes.
NIP : 19590729 198603 2 00 1
.
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
NPM
Tempat/ tanggal
lahir
Alamat
:
:
:
Bagus Dwi Cahyono
:
0852010026
Sidoarjo, 19 Desember 1990
Nomor Hp.
:
Dsn. Serbo Rt 05 Rw 02, Desa
Bogempinggir,
Balongbendo,
Sidoarjo
085646974785
Email
:
[email protected]
Pendidik an
No
1
2
3
4
Nama Univ / Sekolah
FTSP UPN ”Veteran”
Jatim
SMAN 2 Mojokerto
SMPN 1 Balongbendo
Sidoarjo
SDN Bogempinggir
Program
Studi
Teknik
Lingkungan
I PA
Mulai
Keterangan
Dari
Sampai
2008
2012
Lulus
2005
2008
Lulus
Umum
2002
2005
Lulus
Umum
1996
2002
Lulus
Tugas Ak adem ik
No.
Kegiatan
1
Kuliah Lapangan
2
KKN
3
Kerja Praktek
4
PBPAM
5
SKRI PSI
Tempat/ Judul
PT. SI ER, PT. Royal Fisheries, PT. PI ER, Balai
Konservasi hutan Mangrove Denpasar-Bali,
PDAM Denpasar-Bali, PDAM Ubud-Bali
Desa Jangur, Kec Sumberasih. Probolinggo
Pengelolaan dan Pengolahan Limbah Cair
Unit Produksi I I I PT. Petro Kimia Gresik
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air
Buangan I ndustri Rumah Pemotongan Hewan
(RPH)
Efektifitas
Fluidisasi
3
Fase
Dalam
Menurunkan Parameter Organik Dalam Air
Selesai tahun
2011
2011
2011
2011
2012
Orang Tua
Nama
Alamat
Telp
Pekerjaan
:
:
:
:
H. Sumarsono
Dsn. Serbo Rt 05 Rw 02, Desa Bogempinggir, Balongbendo,
Sidoarjo
Pensiunan PNS
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
i
KATA PENGANTAR
Atas rahmat dan Hidayah Allah SWT, penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir
“Efektivitas fluidisasi tiga fase dalam menurunkan parameter organik”.
Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan di Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Pembangunan “Veteran” Jawa
Timur.
Selama menyelesaikan tugas ini, penulis telah banyak memperoleh bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, saya ingin mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Tuhan YME yang telah memberikan dan mengabulkan doa saya selama ini sehingga
Tugas Akhir saya dapat terselesaikan ,walaupun dengan kerja keras yang lebih, serta
dapat selesai sesuai waktunya.
2. Ir.Naniek Ratni J.A.R,Mkes, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
3. Dr.Ir.Munawar.,MT selaku Ketua Progdi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Universitas Pembangunan ”Veteran” Jawa Timur.
4. Ir.Novirina Hendrasarie.,MT selaku dosen Pembimbing saya yang tiada henti- hentinya
memberikan ilmu, dukungan,kesabaran serta kasih sayaangnya pada saya dan juga telah
memberikan saya satu pelajaran baru yang saya ambil dari beliau.
5. Bapak Ir Tuhu Agung Rahmanto, MT. yang telah memberikan saran dan masukan bagi
penulis. Serta senantiasa memberikan semangat bagi penulis.
6. Kedua orang tua saya yang telah memberikan dukungan moril dan material yang sangat
berarti bagi saya.
Hasil penelitian ini, diharapkan dapat memberikan informasi mengenai efektivitas
fluidisasi tiga fase dalam menurunkan parameter organik (COD). Semoga hasil penelitian
ini dapat diterapkan sebagai salah satu cara untuk pengolahan air bersih. Penulis
menyadari skripsi ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang bersifat
membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, besar harapan penulis terharap karya
sederhana ini agar dapat bermanfaat bagi berbagai pihak.
Surabaya, Mei 2012
Penulis
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
KATAPENGANTAR…….……………………………………………………….. …….. i
DAFTAR ISI………………………………………………...………………….... ……… ii
INTISARI…………………..…………………………………… …………………..…... iv
ABSTRAK ……………………………………………………………………………… v
DAFTAR TABEL
………………………………………………………………….. vi
DAFTAR GAMBAR
…………………………………………………………………. vii
DAFTAR NOTASI
………………………………………………………………….. viii
BAB I PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang………………………..……………………………. ……….. 1
1. 2 Perumusan Masalah………………………………………….……….. .……. 3
1.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………….. …….. 3
1.4 Manfaat Penelitian…………………….……………………………… ……. 4
1.5 Ruang Lingkup……………………………………………………….. …….. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Air Bersih……………………….…. ……………………………… 5
2.2 Syarat Kualitas Air Bersih …………………………………... ……………… 5
2.2.1 Suhu ……………………………………………………………… 6
2.2.2 pH
……………………………………………………………….. 8
2.3 Pengertian COD, DOdan TSS………………………………… ……..……… 8
2.4 Proses Fluidisasi..………………………………………... ….………………. 11
2.4.1 Fenomena Fluidisasi ……………………………………………… 14
2.4.2 Jenis Fluidisasi …………………………………………………… 18
2.4.3 Pola Penyebaran Unggun
……………………………………….. 21
2.4.4 Regime Gelembung
…………………………………………….. 22
2.4.5 Perpindahan Massa
……………………………………………… 24
2.4.6 Mekanisme Perpindahan Massa
…………………………………. 25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
iii
2.5 Aerasi ………………………………………………………………………. 26
2.5.1 Jenis Aerasi
2.6 Media Fluidisasi
…………………………………………………….. 27
………………………………………………………….. 28
2.5.1 Pasir Kuarsa ……………………………………………………… 29
2.6 Penelitian Terdahulu ………………………………………………………… 30
BAB III METODE PENELITIAN
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
3.2 Peralatan Penelitian
3.3 Variabel
…………………………………………….. 32
……………………………………………………….. 32
…………………………………………………………………… 32
3.4 Prosedur penelitian……………………………………………………… …... 33
3.4.1 Prosedur penelitian fluidisasi bermedia …………………………… 33
3.4.2 Prosedur penelitian fluidisasi tidak bermedia (Aerasi) ……………. 34
3.5 GambarReaktor
………………………………………………………….. 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Konsentrasi Oksigen Terlarut…………………………… …………….…….. 37
4.2 Konsentrasi COD Dalam Air…………………………………. …………..…. 41
4.3 Konsentrasi Padatan Tersuspensi………………….……… …………….…… 45
4.4 Suhu dan pH
…………………………………………………………….. 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan……........………………………………………………………… 49
5.2 Saran.................................................................... …………………………… 50
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………. …… 51
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
iv
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kemampuan reaktor fluidisasi tiga fase dalam
meningkatkan kandungan DO dan menurunkan kandungan organik yaitu COD dan mempelajari
pengaruh waktu kontak pada penurunan kandungan organik yaitu COD.
Pada penelitian ini, menggunakan reaktor fluidisasi tiga fase berbentuk Kolom kaca
dengan ukuran diameter 10cm dan ketinggian 150 cm. Variable yang digunakan adalah variable
kecepatan superficial air 7 cm/dt dan kecepatan superficial udara 1,229 cm/detik dengan waktu
kontak 0, 10, 20, 30, 40, 50 dan 60 menit. Air sampel yang digunakan untuk penelitian adalah air
dari kali Surabaya, dan untuk kontrol digunakan air PDAM. Pemilihan variable ini didasarkan
pada penelitian terdahulu dan kemampuan peralatan serta kemudahan bukaan valve.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak, konsentrasi COD
dalam air sampel semakin menurun. Penurunan kandungan COD tertinggi terjadi pada menit ke
60 dengan persentase penurunan 85 %. Dengan nilai COD yang memenuhi standart air bersih
menurut PP No. 82 tahun 2001 dengan nilai konsentrasi 12 mg/l.
Kata kunci : Fluidisasi Tiga fase, Kandungan Organik, COD, DO.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
v
ABSTRAK
This study aims to determine the ability of three-phase fluidization reactor in increasing
DO content and lower organic content of the COD and study the effect of contact time on the
COD reduction in organic content.
In this study, using a three-phase fluidization reactor-shaped glass column with a
diameter of 10cm and height of 150 cm. Variable used is variable superficial velocity of water 7
cm / sec and the air superficial velocity 1.229 cm / sec with a contact time of 0, 10, 20, 30, 40, 50
and 60 minutes. Water samples used for research is the water of Surabaya times, and to control
water use PDAM water. The selection of variables was based on previous research and
equipment capabilities and ease of valve opening.
The results showed that the longer the contact time, concentration of COD in water
samples decreased. Decrease in COD content was highest at minute 60 with a percentage
decrease of 85%. With COD values that meet clean water standards according to the PP. 82 in
2001 with the concentration of 12mg/l.
Key words: Three-phase fluidization, Organic Ingredients, COD, DO.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PP No.21 Tahun 2001 ………….. 6
Tabel 2.2
Pengaruh Suhu Terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada
Tekanan 1 atm
………………………………………………………… 7
Tabel 2.3
Table harga Фs
………………………………………………………… 29
Tabel 2.4
Tabel Peningkatan Kadar DO Pada Klom Fluidisai Tiga Fase ………… 31
Tabel 4.1
Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air ……………………………… 37
Tabel 4.2
Persentase Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air …….. 39
Tabel 4.3
Konsentrasi COD Dalam Air ………………..…………………………. 41
Tabel 4.4
Persentase Penurunan Konsentrasi COD Dalam Air …………………… 43
Tabel 4.5
Konsentrasi Padatan Tersuspensi
Table 4.6
Suhu Pada Air ………………………………………………………….. 47
Tabel 4.7
pH Dalam Air
……………………………………… 45
………………………………………………………… 48
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Fenomena Fluidisasi Dengan Variasi Laju Alir Gas …………………… 15
Gambar 2.2
Fenomena Fluidisasi Pada Sistem Gas – Padat ………………………… 15
Gambar 2.3
Fenomena Fixed Bed
Gambar 2.4
Fenomena Minimum Or Incipent Fluidisation
Gambar 2.5
Fenomena Smooth Or Homogrnously Fluidisation
Gambar 2.6
Fenomena Bubbling Fluidization.
…………………………………………. 17
Gambar 2.7
Fenomena Slugging Fluidization
………………………………………….. 17
Gambar 2.8
Fenomena Chanelling Fluidization. ………………………………………… 17
Gambar 2.9
Fenomena Disperse Fluidization ……………………………………………. 18
Gambar 2.10 Tipe Fluidized Bed
………………………………………………….. 16
……………………….. 16
……………………… 16
…………………………………………………………… 19
Gambar 2.11 Bentuk-bentuk Pola Aliran Dalam Fluidisasi Tiga Fase
……………… 22
Gambar 2.12 Garis Batas Regime Disperse, Coalesced, Slugging Pada Berbagai
Kecepatan Superficial Liquid dan Gas …………………………………. 23
Gambar 3.1
Reaktor Fluidisasi Tiga Fase …………………………………………… 35
Gambar 4.1
Grafik Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air ………….. 37
Gambar 4.2
Grafik Persentase Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air
Gambar 4.3
Grafik Konsentrasi COD Dalam Air …………………………………… 41
Gambar 4.4
Grafik Persentase Penurunan Konsentrasi COD Dalam Air ……………. 43
Gambar 4.5
Grafik Peningkatan Konsentrasi Padatan Tersuspensi ………………….. 45
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
39
viii
DAFTAR NOTASI
ρ
ρ
d
= diameter kolom, cm
z
= tinggi kolom, cm
UL
= kecepatan superficial liquid, cm/dt
UG
= kecepatam superficial gas, cm/dt
liquid, gr/cm3
L
= densitass
G
= densitass gas, gr/cm3
µL
= viskositas liquid, gr/cm dt
µG
= viskositas gas, gr/cm dt
DL
= diffusivitas liquid, cm2/dt
DG
= diffusivitas gas, cm2/dt
DV
= diffusivitas gas – solid, cm3/dt
Kla
= koefisien perpindahan massa liquid, gr mol/ cm2 dt atm
Kga
= koefisien perpindahan massa gas, gr mol/ cm2 dt atm
A
= luas permukaan perpindahan massa, cm2
P
= Tekanan, atm
H
= bilangan Henry
NRe
= bilangan Reynold
NSc
= bilangan Schmidt
NSh
= bilangan Sherwood
NSt
= bilangan Stanton
JD
= bilangan tak berdimensi untuk perpindahan massa
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ix
f
= fanning faktor
N
= laju perpindahan massa, mol/dt
ε
= porositas
Δ P
= pressure drop, atm
t
= waktu, dt
Øs
= factor koreksi
Umf
= kecepatan minimum fluidisasi
Φs
= sphericity
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Air merupakan unsur yang vital dalam kehidupan manusia.
Seseorang tidak dapat bertahan hidup tanpa air, karena itulah air
merupakan salah satu penopang hidup bagi manusia.
Masalah air bersih merupakan hal yang sangat penting bagi
kehidupan
manusia.
Disamping
bertambahnya
populasi
manusia,
kerusakan lingkungan merupakan salah satu penyebab berkurangnya
sumber air bersih. Kemajuan industri dan teknologi seringkali berdampak
terhadap keadaan air lingkungan, baik air sungai, air laut, air danau
maupun air tanah. Dampak ini disebabkan oleh adanya pencemaran air
yang disebabkan oleh berbagai parameter yang terkandung dari air
buangan. Salah satu cara untuk menilai seberapa jauh air lingkungan telah
tercemar adalah dengan melihat kandungan oksigen yang terlarut di dalam
air. (Pratama,2008)
Pada umumnya air lingkungan yang telah tercemar kandungan
oksigennya sangat rendah. Hal itu karena oksigen yang terlarut di dalam
air diserap oleh mikroorganisme untuk memecah/mendegradasi bahan
buangan organik sehingga menjadi bahan yang mudah menguap (yang
ditandai dengan bau busuk). Selain dari itu, bahan buangan organik juga
dapat bereaksi dengan oksigen yang terlarut di dalam air organik yang ada
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
di dalam air, makin sedikit sisa kandungan oksigen yang terlarut di
dalamnya.(Julius, et.al, 2010)
COD dan DO merupakan parameter organik yang sangat
penting dalam air bersih. Apabila parameter COD terlalu tinggi maka
akan mengakibatkan penurunan parameter DO dalam air karena
dengan kenaikan COD maka BOD juga akan naik. Oleh karena itu
perlu dilakukan pengolahan sampai memenuhi standart kualitas air
bersih yang berlaku.
Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida baik gas
maupun cairan dengan butiran padat. Pada fluidisasi kontak antara fluida
dan partikel padat terjadi dengan baik karena permukaan kontak yang luas.
Teknik ini banyak digunakan di industri kimia dengan penggunaannya
meningkat pesat pada dekade terakhir ini. (Rachmanto dan Laksmono,
2011)
Dalam sistem fluidisasi, perilaku dispersi partikel dan dispersi
gelembung memainkan peranan yang penting dalam proses perpindahan
massa, di mana secara keseluruhan perilaku tersebut menggambarkan
interaksi dari masing-masing fasa. Pada penelitian terdahulu dikemukakan
bahwa terjadinya perilaku partikel padat seperti unggun fluida disebabkan
karena adanya peningkatan gaya gesek dan gaya tekan ke atas dari aliran
fluida yang melewati partikel tersebut. Dengan adanya perilaku partikel dan
gelembung tersebut diharapkan dapat membantu pelarutan oksigen kedalam
air.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
Penelitan ini bertujuan untuk mengetahui besar peningkatan
oksigen pada system fluidisasi tiga fase serta penurunan kandungan organic
dalam air . Karena pengembangan teknik sistem fluidisasi tiga fasa di
dalam aplikasi penggunaannya, terutama di dalam kriteria perencanaan
pada unit instalasi pengolahan air sangat terbatas.
Diharapkan hasil penelitian yang diperoleh dapat dijadikan
bahan pertimbangan bagi pengolahan air bersih.
1.2 Per umusan Masalah
Berdasarkan
latar
belakang
di
atas,
dapat
dirumuskan
permasalahan sebagai berikut:
a.
Semakin menurunnya kualitas air permukaan akibat pencemaran
lingkungan
b. Pengembangan sistem fluidisasi tiga fasa dalam unit instalasi
pengolahan air bersih sangat terbatas.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Menentukan
kemampuan
reaktor
fluidisasi
tiga
fase
dalam
meningkatkan kandungan DO dan menurunkan kandungan organik
yaitu COD.
2. Membandingkan efektifitas fluidisasi tiga fase dengan sistem aerasi
dalam menurunkan parameter organik yaitu COD.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah
a. Membantu dalam sistem pengolahan air bersih yang lebih efektif.
b. Dapat memberikan metode baru dalam pengolahan air bersih
yaitu dengan metode fluidisasi tiga fase.
I.5 Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini adalah :
a. Parameter kandungan organik air yang diteliti adalah COD dan DO.
b. Sampel yang digunakan adalah air dari kali Surabaya.
c. Untuk air kontrol digunakan air Kemasan.
d. Media yang digunakan adalah pasir kuarsa dengan ukuran 0,7-1,18
mm.
e. Penelitian ini dilakukan di laboratorium riset Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Jurusan Teknik Lingkungan.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Defenisi Air Ber sih
Air adalah semua air yang terdapat di atas dan di bawah permukaan tanah
kecuali air laut dan air fosil. Sumber air adalah wadah air yang terdapat di
atas dan di bawah permukaan tanah, termasuk dalam pengertian ini akuifer,
mata air, sungai, rawa, danau, telaga, waduk dan muara. (PP. No. 82 Tahun
2001).
Air
bersih
adalah
air
yang
digunakan
untuk
keperluan
sehari-hari
yang kualitasnya memenuhi persyaratan kesehatan dan dapat diminum apabila
telah dimasak. (Permenkes RI no 416 tahun 1990). Sedangkan di dalam
KEPUTUSAN MENTERI KESEHATAN REPUBLIK INDONESIA NOMOR
1405/MENKES/SK/XI/2002 menyatakan bahwa air bersih adalah adalah air
yang dipergunakan untuk keperluan sehari-hari dan kualitasnya memenuhi
persyaratan kesehatan air bersih sesuai dengan
peraturan
perundang-
undangan yang berlaku dan dapat diminum apabila dimasak.
2.2 Syarat Kualitas Air Ber sih
Agar air tidak menyebabkan penyakit, maka air tersebut hendaknya diusahakan
memenuhi persyaratan-persyaratan kesehatan, setidak-tidaknya diusahakan
mendekati persyaratan tersebut yang tercantum dalam Permenkes RI No 416
tahun 1990 dan PP. No. 82 Tahun 2001. Air yang sehat harus mempunyai
persyaratan secara fisik, kimia dan bakteriologis (Notoatmodjo, 2003).
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
Tabel 2.1 Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PP No.21 Tahun 2001
PARAM ETER
KE L AS
SATUAN
I
II
III
K ETERANG AN
IV
FISIK A
Tempelatur
Residu Terlarut
Residu Tersuspensi
o
C
mg/ L
mg/L
deviasi
3
deviasi
3
deviasi
3
1000
1000
1000
50
50
400
deviasi 5
Deviasi temperatur
dari keadaan
almiahnya
2000
400
Bagi pengolahan air
minum secara
konvesional, residu
tersuspensi ≤5000 mg/
L
KIM IA ANORGANIK
pH
6-9
6-9
6-9
5-9
BOD
mg/L
2
3
6
12
COD
mg/L
10
25
50
100
DO
mg/L
6
4
3
0
Apabila secara alamiah
di luar rentang tersebut,
maka ditentukan
berdasarkan kondisi
alamiah
Angka batas minimum
Nilai di atas merupakan batas maksimum, kecuali untuk pH dan DO. Bagi pH
merupakan nilai rentang yang tidak boleh kurang atau lebih dari nilai yang
tercantum. Nilai DO merupakan batas minimum.
Arti (-) di atas menyatakan bahwa untuk kelas termasuk, parameter tersebut tidak
dipersyaratkan.
Tanda ≤adalah lebih kecil atau sama dengan
Tanda < adalah lebih kecil
2.2.1 Suhu
Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu
benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan
energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masingmasing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
7
berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi
suhu benda tersebut.
Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat macam
termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan Kelvin.
Suhu air sangat berpengaruh terhadap jumlah oksigen terlarut didalam air. Jika
suhu tinggi, air akan lebih lekas jenuh dengan oksigen dibanding dengan suhunya
rendah. Peningkatan suhu air mengakibatkan peningkatan viskositas, reaksi kimia,
evaporasi dan volatisasi serta penurunan kelarutan gas dalam air seperti O2, CO2,
N2, CH4 dan sebagainya.
Tabel 2.2 Pengaruh Suhu Terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada
Tekanan 1 atm
Cs (mg/l)
Suhu Air (oC)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Sumber : Benefield & Randal (1982)
14,62
13,84
13,13
12,48
11,87
11,33
10,83
10,37
9,95
9,54
9,17
8,83
8,53
8,22
7,92
7,63
2.2.2 pH (Derajat Keasaman).
pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat
keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Ia didefinisikan sebagai
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
kologaritma aktivitas ion hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktivitas ion
hidrogen tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan
pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut. Ia bersifat relatif
terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan
persetujuan internasional.
Mikroba biasanya tumbuh baik pada pH tertentu.berikut adalah batasan pH untuk
berbagai jenid mikroba:
Bakteri tumbuh baik pada rentang pH 4-8
Ragi pada rentang pH 3-6
Fungi dan eukariot lain pada pH 6,5 – 7,5
E. coli pada pH 6,5 – 8
Thiobacillus ferrooxidans tumbuh baik pada pH 2
pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolism yang terjadi
di dalam sel, misalnya akumulasi produk metabolism yang asam atau basa, sesuai
dengan kebutuhan pertumbuhannya.
2.3 Penger tian COD, DO dan TSS
COD atau Chemical Oxygen Demand adalah jumlah oksigen yang diperlukan
untuk mengurai seluruh bahan organik yang terkandung dalam air (Boyd, 1990).
Hal ini karena bahan organik yang ada sengaja diurai secara kimia dengan
menggunakan oksidator kuat kalium bikromat pada kondisi asam dan panas
dengan katalisator perak sulfat (Boyd, 1990; Metcalf & Eddy, 1991), sehingga
segala macam bahan organik, baik yang mudah urai maupun yang kompleks dan
sulit urai, akan teroksidasi. Dengan demikian, selisih nilai antara COD dan BOD
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
memberikan gambaran besarnya bahan organik yang sulit urai yang ada di
perairan. Bisa saja nilai BOD sama dengan COD, tetapi BOD tidak bisa lebih
besar dari COD. Jadi COD menggambarkan jumlah total bahan organik yang ada.
Oksigen terlarut ( DO ) adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari
fotosintesa dan absorbsi atmosfer/udara. Oksigen terlarut di suatu perairan sangat
berperan dalam proses penyerapan makanan oleh mahkluk hidup dalam air.
Umtuk mengetahui kualitas air dalam suatu perairan, dapat dilakukan dengan
mengamati beberapa parameter kimia seperti aksigen terlarut (DO). Semakin
banyak jumlah DO (dissolved oxygen ) maka kualitas air semakin baik.jika kadar
oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap
akibat degradasi anaerobik yang mungkin saja terjadi. Satuan DO dinyatakan
dalam persentase saturasi. Oksigen terlarut dibutuhkan oleh semua jasad hidup
untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian
menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen
juga dibutuhkan untuk oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik dalam
proses aerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal dari suatu
proses difusi dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam
perairan tersebut (SALMIN. 2000). Kecepatan difusi oksigen dari udara
tergantung dari beberapa faktor seperti kekeruhan air, suhu, salinitas, pergerakan
massa air dan udara seperti arcs, gelombang dan pasang surut. ODUM (1971)
menyatakan bahwa kadar oksigen dalam air laut akan bertambah dengan semakin
rendahnya suhu dan berkurang dengan semakin tingginya salinitas. Pada lapisan
permukaaan, kadar oksigen akan lebih tinggi, karena adanya proses difusi antar
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
air dengan udara bebas serta adanya proses fotosintesis. Dengan bertambahnya
kedalaman akan terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, karena proses
fotosintesis semakin berkurang dan kadar oksigen yang ada banyak digunakan
untuk pernapasan dan oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik. Keadaan
oksigen terlarut berlawanan dengan keadaan BOD, semakin tinggi BOD semakin
rendah oksigen terlarut. Keperluan organisme terhadap oksigen relatif bervariasi
tergantung pada lems, stadium dan aktifitasnya. Kebutuhan oksigen untuk ikan
dalam keadaan diam relatif lebih sedikit dibandingkan dengan ikan pada saat
bergerak. Kandungan oksigen terlarut (DO) minimum adalah 2 ppm dalam
keadaan normal dan tidak tercemar oleh senyawa beracun. Idealnya, kandungan
oksigen terlarut dan tidak boleh kurang dari 1,7 ppm selama waktu 8 jam dengan
sedikitnya pada tingkat kejenuhan sebesar 70 % (HUET, 1970). KLH menetapkan
bahwa kandungan oksigen terlarut adalah 5 ppm untuk kepentingan wisata bahari
dan biota laut ( ANONIMOUS,2004).
Oksigen memegang peranan penting
sebagai indikator kualitas perairan, karena oksigen terlarut berperan dalam proses
oksidasi dan reduksi bahan organik dan anorganik. Selain itu, oksigen juga
menentukan biologik yang dilakukan oleh organisme aerobik dan anaerobik.
Dalam kondisi aerobik, peranan oksigen adalah untuk mengoksidasi bahan
organik dan anorganik dengan hasil akhirnya adalah nutrien yang ada pada
akhirnya dapat memberikan kesuburan perairan. Dalam kondisi anaerobik oksigen
yang dihasilkan akan mereduksi senyawa – senyawa kimia menjadi lebih
sederhana dalam bentuk nutrien dan gas. Karena proses oksidasi dan reduksi
inilah maka peranan oksigen terlarut sangat penting untuk membantu mengurangi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
beban pencemaran pada perairan secara alami maupun secara perlakuan aerobik
yang ditujukan untuk memurnikan air buangan industri dan rumah tangga.
Total suspended solid atau padatan tersuspensi total (TSS) adalah residu
dari padatan total yang tertahan oleh saringan dengan ukuran partikel maksimal
2μ m atau lebih besar dari ukuran partikel koloid. Yang termasuk TSS adalah
lumpur, tanah liat, logam oksida, sulfida, ganggang, bakteri dan jamur. TSS
umumnya dihilangkan dengan flokulasi dan penyaringan. TSS memberikan
kontribusi untuk kekeruhan (turbidity) dengan membatasi penetrasi cahaya untuk
fotosintesis dan visibilitas di perairan. Sehingga nilai kekeruhan tidak dapat
dikonversi ke nilai TSS. Kekeruhan adalah kecenderungan ukuran sampel untuk
menyebarkan cahaya. Sementara hamburan diproduksi oleh adanya partikel
tersuspensi dalam sampel. Kekeruhan adalah murni sebuah sifat optik. Pola dan
intensitas sebaran akan berbeda akibat perubahan dengan ukuran dan bentuk
partikel serta materi. Sebuah sampel yang mengandung 1.000 mg / L dari
t alcum pow der
fine
akan memberikan pembacaan yang berbeda kekeruhan dari sampel
yang mengandung 1.000 mg / L
coarsely ground t alc
. Kedua sampel juga akan
memiliki pembacaan yang berbeda kekeruhan dari sampel mengandung 1.000 mg
/ L
ground pepper .
Meskipun tiga sampel tersebut mengandung nilai TSS yang
sama.
2.4 Pr oses Fluidisasi
Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed) dalam
suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran fluida
ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong,
sedangkan kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel
unggun.
Pada
kecepatan superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika
kecepatan superfisial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida
menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap aliran
udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung
gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun terfluidisasi dan
sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida. Kecepatan superfisial
terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut minimum fluidization
velocity (Umf).
Dalam dunia industri dapat diaplikasikan dalam banyak hal seperti transportasi
serbuk padatan (conveyer solid), pencanpuran padatan halus, perpindahan
permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembukaan, proses pertumbuhan
partikel, dan kondensasi bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorbsi (untuk
pengering udara dan adsorben) dan masih banyak aplikasi lain.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi antara lain:
1.
Kecepatan Minimum Fluidisasi
Kecepatan minimum fluidisasi didefinisikan sebagai kecepatan superficial
fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi. Kecepatan minimum fluidisasi
dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang diturunkan oleh Ergun
sebagai berikut:
…………………………(1)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
13
2.
Hilang Tekan
Hilang tekan (pressure drop) pada keadaan minimum fluidisasi dinyatakan
dalam persamaan berikut :
…………………….(2)
3.
Porositas Unggun
Pada saat mulai terjadi fluidisasi, porosita unggun ε = ε
mf
sehingga
diperoleh rumusan :
…………………….(3)
4.
Diameter Partikel
Harga porositas untuk persamaan di atas jika pertikel tidak berbentuk bola
harus dilakukan koreksi. Besarnya factor koreksi didefinisikan sebagai beriku :
……………………………..(4)
5.
Diameter Partikel (Dp) = 6/Sv
Dimana Sv adalah luas permukaan partikel per satuan volume partikel.
Untuk unggun yang tersusun dari satu ukuran partikel, maka Dp menjadi :
………………..(5)
Apabila Dp merupakan diameter bola yang mempunyai volume yang sama
dengan volume partikel maka :
………………..(6)
Faktor koreksi dari partikel didefinisikan sebagai berikut :
………………………(7)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
14
Maka selanjutnya dapat ditulis dalam persamaan berikut:
……………………(8)
ε
mf
dan Фs ditentukan dengan korelasi yang dituliska oleh wend an yus sebagai
berikut :
= 11 dan
……………….(9)
2.4.1 Fenomena Fluidisasi
Jika suatu aliran udara melewati suatu partikel unggun yang ada dalam tabung,
maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada partikel
dan memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik
jika kecepatan superficial naik (kecepatan superficial adalah kecepatan aliran
jika tabung kosong).
Pada kecepatan
superficial
rendah,
unggun
mula-mula
diam.
Jika
kecepatan superficial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida
menyebabkan
unggun mengembang dan tahanan terhadap
aliran udara
mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya
berat partikel unggun dan unggun akan terfluidisasi.
Sementara itu, pressure drop akan tetap walaupun kecepatan superficial
terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas.
Kecepatan
superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi
disebut Minimum Fluidization Velocity(Umf).
Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat diilustrasikan
dengan fenomena yang terjadi saat adanya perubahan laju alir gas seperti pada
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
gambar di bawah ini:
Gambar 2.1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas
Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada
gambar berikut ini:
P2
Bed
x
P1
Gas in
Gambar2. 2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat
Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain:
Fenomena fixed bed, terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju
minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini
partikel padatan tetap diam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 3.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
Gambar 2.3. Fenomena fixed bed
Fenomena minimum or incipient fluidization, terjadi ketika laju alir fluida
mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada
kondisi ini partikel- partikel padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan
pada gambar 4.
Gambar 2.4 Fenomena minimum or incipient fluidization
Fenomena smooth or homogenously fluidization, terjadi saat kecepatan dan
distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam unggun
sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam.
Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar2. 5. Fenomena smooth or homogrnously fluidization
Fenomena
bubbling
fluidization
yang
terjadi
ketika
gelembung–
gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
17
tidak homogen. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 2.6. Fenomena bubbling fluidization
Fenomena slugging fluidization, terjadi ketika gelembung-gelembung
besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikelpartikel padat. Pada kondisi ini terjadi penolakan
sehingga partikel-
partikel padat seperti terangkat. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 2.7. fenomena slugging fluidization
Fenomena chanelling fluidization, terjadi ketika dalam unggun partikel
padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini
ditunjukkan pada gambar 8
Gambar 2.8. Fenomena chanelling fluidization
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
Fenomena disperse fluidization, terjadi saat kecepatan alir fluida melampaui
kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel
akan terbawa aliran fluida dan berekspansi mencapai nilai maksimum.
Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 2.9. Fenomena disperse fluidization
Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut dipengaruhi oleh faktor-faktor:
Laju alir fluida dan jenis fluida
Ukuran partikel.
Jenis dan densitas partikel serta faktor intrlok antar partikel.
Porositas unggun
Distribusi aliran.
Distribusi bentuk ukuran fluida
Diameter kolom
Tinggi unggun
2.4.2 J enis Fluidisasi
Pengetahuan tentang koefisien perpindahan massa dalam fluidized bed sangat
penting sejak terjadinya perpindahan massa dalam berbagai aplikasi dari
fluidisasi, seperti reaksi gas-solid, pengeringan, absorpsi, pertukaran ion dan
leaching. Muroyama dan Fan (1985), menggolongkan keberadaan kolom unggun
fluidisasi tiga fasa menjadi empat jenis operasi, yaitu:
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
Convesional Three Phase Fluidized Bed (TFB)
Draft Tube Fluidized Beds (DTFB)
Inverse Three Phase Fluidized Bed (ITFB)
Two Phase System
Pada tipe 1-3, proses aerasi terjadi dalam kolom fluidisasi. Sedangkan pada tipe 4
menggunakan preaerator guna menghasilkan konsentrasi oksigen yang tinggi
dalam kolom fluidisasi system solid-liquid.
Gambar dibawah ini menunjukkan contoh dari masing-masing tipe fluidized bed
di atas.
Gambar 2.10 Tipe Fluidized Bed
Perilaku partikel padat seperti unggun fluida disebabkan karena adanya
peningkatan gaya gesek dan gaya tekan ke atas dari aliran fluida yang melewati
partikel tersebut. Perilaku unggun terfluidisasi liquid-padatan sangat dipengaruhi
oleh karakteristik hidrodinamika seperti pressure drop, kondisi fluidisasi,
porositas dan tinggi unggun terekspansi, serta mekanisme pencampuran padatan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
20
terhadap perubahan kecepatan superfisial dan sifat fisika fluida. Gaya friksi antara
partikel padat dan liquid berkeseimbangan dengan gaya gravitasi dan gaya apung.
Besarnya gaya gravitasi dan gaya apung pada partikel padat adalah konstan,
sedangkan besarnya gaya friksi antara partikel padat dan liquid tergantung pada
kecepatan relatif dari partikel padat dengan liquid di sekitarnya (Joshi, 1983).
Gaya friksi yang merupakan gaya drag pada partikel padat akan meningkat
dengan meningkatnya kecepatan superfisial liquid. Selain itu gaya friksi yang
terjadi juga dipengaruhi oleh kebulatan partikel padat. yang dapat dinyatakan
sebagai faktor bentuk atau spericity (Φ
s)
yang merupakan perbandingan luas
permukaan partikel bulat terhadap luas permukaan partikel tak bulat dengan
volume yang sama, di mana untuk partikel bulat harga Φ
Φ
S
≅
≤
padat
(Ulmf
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK DALAM AIR
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURAB AYA
2012
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
SKRIPSI
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK
DALAM AIR
untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam memperoleh
Gelar Sarjana Teknik ( S-1)
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
FAKULTAS TEKNIK SIPIL & PERENCANAAN
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL “ VETERAN” JATIM
SURAB AYA
2012
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
SKRIPSI
EFEKTIFITAS FLUIDISASI 3 FASE DALAM
MENURUNKAN PARAMETER ORGANIK
DALAM AIR
Oleh :
B AGUS DWI CAHYONO
0852010026
Telah dipertahankan dan diterima oleh Tim Penguji Skripsi
Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil & Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
Pada hari : Rabu Tanggal : 23 Mei 2012
Menyetujui,
Pembimbing
Penguji I
Ir. Novirina Hendrasarie, MT.
NIP : 19681126 199403 2 00 1
Ir. Tuhu Agung R., MT.
NIP : 19620501 198803 1 00 1
Penguji II
Mengetahui,
Dr. Ir. Munawar, MT.
NIP : 19600401 198803 1 00 1
Ketua Program Studi
Penguji III
Dr. Ir. Munawar, MT.
NIP : 19600401 198803 1 00 1
Ir. Dewa Gede Okayadnya W., MT.
NIP : 19571105 198503 1 00 1
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan
Untuk memperoleh gelar sarjana (S1), tanggal 23 Mei 2012
Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan
Ir. Naniek Ratni J.A.R., Mkes.
NIP : 19590729 198603 2 00 1
.
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
NPM
Tempat/ tanggal
lahir
Alamat
:
:
:
Bagus Dwi Cahyono
:
0852010026
Sidoarjo, 19 Desember 1990
Nomor Hp.
:
Dsn. Serbo Rt 05 Rw 02, Desa
Bogempinggir,
Balongbendo,
Sidoarjo
085646974785
:
[email protected]
Pendidik an
No
1
2
3
4
Nama Univ / Sekolah
FTSP UPN ”Veteran”
Jatim
SMAN 2 Mojokerto
SMPN 1 Balongbendo
Sidoarjo
SDN Bogempinggir
Program
Studi
Teknik
Lingkungan
I PA
Mulai
Keterangan
Dari
Sampai
2008
2012
Lulus
2005
2008
Lulus
Umum
2002
2005
Lulus
Umum
1996
2002
Lulus
Tugas Ak adem ik
No.
Kegiatan
1
Kuliah Lapangan
2
KKN
3
Kerja Praktek
4
PBPAM
5
SKRI PSI
Tempat/ Judul
PT. SI ER, PT. Royal Fisheries, PT. PI ER, Balai
Konservasi hutan Mangrove Denpasar-Bali,
PDAM Denpasar-Bali, PDAM Ubud-Bali
Desa Jangur, Kec Sumberasih. Probolinggo
Pengelolaan dan Pengolahan Limbah Cair
Unit Produksi I I I PT. Petro Kimia Gresik
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air
Buangan I ndustri Rumah Pemotongan Hewan
(RPH)
Efektifitas
Fluidisasi
3
Fase
Dalam
Menurunkan Parameter Organik Dalam Air
Selesai tahun
2011
2011
2011
2011
2012
Orang Tua
Nama
Alamat
Telp
Pekerjaan
:
:
:
:
H. Sumarsono
Dsn. Serbo Rt 05 Rw 02, Desa Bogempinggir, Balongbendo,
Sidoarjo
Pensiunan PNS
.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
i
KATA PENGANTAR
Atas rahmat dan Hidayah Allah SWT, penulis
dapat menyelesaikan Tugas Akhir
“Efektivitas fluidisasi tiga fase dalam menurunkan parameter organik”.
Adapun tujuan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan
pendidikan di Program Studi Teknik Lingkungan Universitas Pembangunan “Veteran” Jawa
Timur.
Selama menyelesaikan tugas ini, penulis telah banyak memperoleh bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu pada kesempatan ini, saya ingin mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Tuhan YME yang telah memberikan dan mengabulkan doa saya selama ini sehingga
Tugas Akhir saya dapat terselesaikan ,walaupun dengan kerja keras yang lebih, serta
dapat selesai sesuai waktunya.
2. Ir.Naniek Ratni J.A.R,Mkes, selaku Dekan Fakultas Teknik Sipil Dan Perencanaan
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
3. Dr.Ir.Munawar.,MT selaku Ketua Progdi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Universitas Pembangunan ”Veteran” Jawa Timur.
4. Ir.Novirina Hendrasarie.,MT selaku dosen Pembimbing saya yang tiada henti- hentinya
memberikan ilmu, dukungan,kesabaran serta kasih sayaangnya pada saya dan juga telah
memberikan saya satu pelajaran baru yang saya ambil dari beliau.
5. Bapak Ir Tuhu Agung Rahmanto, MT. yang telah memberikan saran dan masukan bagi
penulis. Serta senantiasa memberikan semangat bagi penulis.
6. Kedua orang tua saya yang telah memberikan dukungan moril dan material yang sangat
berarti bagi saya.
Hasil penelitian ini, diharapkan dapat memberikan informasi mengenai efektivitas
fluidisasi tiga fase dalam menurunkan parameter organik (COD). Semoga hasil penelitian
ini dapat diterapkan sebagai salah satu cara untuk pengolahan air bersih. Penulis
menyadari skripsi ini masih jauh dari sempurna sehingga kritik dan saran yang bersifat
membangun sangat penulis harapkan. Akhir kata, besar harapan penulis terharap karya
sederhana ini agar dapat bermanfaat bagi berbagai pihak.
Surabaya, Mei 2012
Penulis
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
LEMBAR PENGESAHAN
KATAPENGANTAR…….……………………………………………………….. …….. i
DAFTAR ISI………………………………………………...………………….... ……… ii
INTISARI…………………..…………………………………… …………………..…... iv
ABSTRAK ……………………………………………………………………………… v
DAFTAR TABEL
………………………………………………………………….. vi
DAFTAR GAMBAR
…………………………………………………………………. vii
DAFTAR NOTASI
………………………………………………………………….. viii
BAB I PENDAHULUAN
1. 1 Latar Belakang………………………..……………………………. ……….. 1
1. 2 Perumusan Masalah………………………………………….……….. .……. 3
1.3 Tujuan Penelitian…………………………………………………….. …….. 3
1.4 Manfaat Penelitian…………………….……………………………… ……. 4
1.5 Ruang Lingkup……………………………………………………….. …….. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Definisi Air Bersih……………………….…. ……………………………… 5
2.2 Syarat Kualitas Air Bersih …………………………………... ……………… 5
2.2.1 Suhu ……………………………………………………………… 6
2.2.2 pH
……………………………………………………………….. 8
2.3 Pengertian COD, DOdan TSS………………………………… ……..……… 8
2.4 Proses Fluidisasi..………………………………………... ….………………. 11
2.4.1 Fenomena Fluidisasi ……………………………………………… 14
2.4.2 Jenis Fluidisasi …………………………………………………… 18
2.4.3 Pola Penyebaran Unggun
……………………………………….. 21
2.4.4 Regime Gelembung
…………………………………………….. 22
2.4.5 Perpindahan Massa
……………………………………………… 24
2.4.6 Mekanisme Perpindahan Massa
…………………………………. 25
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
iii
2.5 Aerasi ………………………………………………………………………. 26
2.5.1 Jenis Aerasi
2.6 Media Fluidisasi
…………………………………………………….. 27
………………………………………………………….. 28
2.5.1 Pasir Kuarsa ……………………………………………………… 29
2.6 Penelitian Terdahulu ………………………………………………………… 30
BAB III METODE PENELITIAN
3.2 Waktu dan Tempat Penelitian
3.2 Peralatan Penelitian
3.3 Variabel
…………………………………………….. 32
……………………………………………………….. 32
…………………………………………………………………… 32
3.4 Prosedur penelitian……………………………………………………… …... 33
3.4.1 Prosedur penelitian fluidisasi bermedia …………………………… 33
3.4.2 Prosedur penelitian fluidisasi tidak bermedia (Aerasi) ……………. 34
3.5 GambarReaktor
………………………………………………………….. 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Konsentrasi Oksigen Terlarut…………………………… …………….…….. 37
4.2 Konsentrasi COD Dalam Air…………………………………. …………..…. 41
4.3 Konsentrasi Padatan Tersuspensi………………….……… …………….…… 45
4.4 Suhu dan pH
…………………………………………………………….. 47
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan……........………………………………………………………… 49
5.2 Saran.................................................................... …………………………… 50
DAFTAR PUSTAKA………………………………………………………………. …… 51
LAMPIRAN A
LAMPIRAN B
LAMPIRAN C
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
iv
INTISARI
Penelitian ini bertujuan untuk menentukan kemampuan reaktor fluidisasi tiga fase dalam
meningkatkan kandungan DO dan menurunkan kandungan organik yaitu COD dan mempelajari
pengaruh waktu kontak pada penurunan kandungan organik yaitu COD.
Pada penelitian ini, menggunakan reaktor fluidisasi tiga fase berbentuk Kolom kaca
dengan ukuran diameter 10cm dan ketinggian 150 cm. Variable yang digunakan adalah variable
kecepatan superficial air 7 cm/dt dan kecepatan superficial udara 1,229 cm/detik dengan waktu
kontak 0, 10, 20, 30, 40, 50 dan 60 menit. Air sampel yang digunakan untuk penelitian adalah air
dari kali Surabaya, dan untuk kontrol digunakan air PDAM. Pemilihan variable ini didasarkan
pada penelitian terdahulu dan kemampuan peralatan serta kemudahan bukaan valve.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin lama waktu kontak, konsentrasi COD
dalam air sampel semakin menurun. Penurunan kandungan COD tertinggi terjadi pada menit ke
60 dengan persentase penurunan 85 %. Dengan nilai COD yang memenuhi standart air bersih
menurut PP No. 82 tahun 2001 dengan nilai konsentrasi 12 mg/l.
Kata kunci : Fluidisasi Tiga fase, Kandungan Organik, COD, DO.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
v
ABSTRAK
This study aims to determine the ability of three-phase fluidization reactor in increasing
DO content and lower organic content of the COD and study the effect of contact time on the
COD reduction in organic content.
In this study, using a three-phase fluidization reactor-shaped glass column with a
diameter of 10cm and height of 150 cm. Variable used is variable superficial velocity of water 7
cm / sec and the air superficial velocity 1.229 cm / sec with a contact time of 0, 10, 20, 30, 40, 50
and 60 minutes. Water samples used for research is the water of Surabaya times, and to control
water use PDAM water. The selection of variables was based on previous research and
equipment capabilities and ease of valve opening.
The results showed that the longer the contact time, concentration of COD in water
samples decreased. Decrease in COD content was highest at minute 60 with a percentage
decrease of 85%. With COD values that meet clean water standards according to the PP. 82 in
2001 with the concentration of 12mg/l.
Key words: Three-phase fluidization, Organic Ingredients, COD, DO.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
vi
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1
Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PP No.21 Tahun 2001 ………….. 6
Tabel 2.2
Pengaruh Suhu Terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada
Tekanan 1 atm
………………………………………………………… 7
Tabel 2.3
Table harga Фs
………………………………………………………… 29
Tabel 2.4
Tabel Peningkatan Kadar DO Pada Klom Fluidisai Tiga Fase ………… 31
Tabel 4.1
Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air ……………………………… 37
Tabel 4.2
Persentase Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air …….. 39
Tabel 4.3
Konsentrasi COD Dalam Air ………………..…………………………. 41
Tabel 4.4
Persentase Penurunan Konsentrasi COD Dalam Air …………………… 43
Tabel 4.5
Konsentrasi Padatan Tersuspensi
Table 4.6
Suhu Pada Air ………………………………………………………….. 47
Tabel 4.7
pH Dalam Air
……………………………………… 45
………………………………………………………… 48
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Fenomena Fluidisasi Dengan Variasi Laju Alir Gas …………………… 15
Gambar 2.2
Fenomena Fluidisasi Pada Sistem Gas – Padat ………………………… 15
Gambar 2.3
Fenomena Fixed Bed
Gambar 2.4
Fenomena Minimum Or Incipent Fluidisation
Gambar 2.5
Fenomena Smooth Or Homogrnously Fluidisation
Gambar 2.6
Fenomena Bubbling Fluidization.
…………………………………………. 17
Gambar 2.7
Fenomena Slugging Fluidization
………………………………………….. 17
Gambar 2.8
Fenomena Chanelling Fluidization. ………………………………………… 17
Gambar 2.9
Fenomena Disperse Fluidization ……………………………………………. 18
Gambar 2.10 Tipe Fluidized Bed
………………………………………………….. 16
……………………….. 16
……………………… 16
…………………………………………………………… 19
Gambar 2.11 Bentuk-bentuk Pola Aliran Dalam Fluidisasi Tiga Fase
……………… 22
Gambar 2.12 Garis Batas Regime Disperse, Coalesced, Slugging Pada Berbagai
Kecepatan Superficial Liquid dan Gas …………………………………. 23
Gambar 3.1
Reaktor Fluidisasi Tiga Fase …………………………………………… 35
Gambar 4.1
Grafik Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air ………….. 37
Gambar 4.2
Grafik Persentase Peningkatan Konsentrasi Oksigen Terlarut Dalam Air
Gambar 4.3
Grafik Konsentrasi COD Dalam Air …………………………………… 41
Gambar 4.4
Grafik Persentase Penurunan Konsentrasi COD Dalam Air ……………. 43
Gambar 4.5
Grafik Peningkatan Konsentrasi Padatan Tersuspensi ………………….. 45
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
39
viii
DAFTAR NOTASI
ρ
ρ
d
= diameter kolom, cm
z
= tinggi kolom, cm
UL
= kecepatan superficial liquid, cm/dt
UG
= kecepatam superficial gas, cm/dt
liquid, gr/cm3
L
= densitass
G
= densitass gas, gr/cm3
µL
= viskositas liquid, gr/cm dt
µG
= viskositas gas, gr/cm dt
DL
= diffusivitas liquid, cm2/dt
DG
= diffusivitas gas, cm2/dt
DV
= diffusivitas gas – solid, cm3/dt
Kla
= koefisien perpindahan massa liquid, gr mol/ cm2 dt atm
Kga
= koefisien perpindahan massa gas, gr mol/ cm2 dt atm
A
= luas permukaan perpindahan massa, cm2
P
= Tekanan, atm
H
= bilangan Henry
NRe
= bilangan Reynold
NSc
= bilangan Schmidt
NSh
= bilangan Sherwood
NSt
= bilangan Stanton
JD
= bilangan tak berdimensi untuk perpindahan massa
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
ix
f
= fanning faktor
N
= laju perpindahan massa, mol/dt
ε
= porositas
Δ P
= pressure drop, atm
t
= waktu, dt
Øs
= factor koreksi
Umf
= kecepatan minimum fluidisasi
Φs
= sphericity
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Air merupakan unsur yang vital dalam kehidupan manusia.
Seseorang tidak dapat bertahan hidup tanpa air, karena itulah air
merupakan salah satu penopang hidup bagi manusia.
Masalah air bersih merupakan hal yang sangat penting bagi
kehidupan
manusia.
Disamping
bertambahnya
populasi
manusia,
kerusakan lingkungan merupakan salah satu penyebab berkurangnya
sumber air bersih. Kemajuan industri dan teknologi seringkali berdampak
terhadap keadaan air lingkungan, baik air sungai, air laut, air danau
maupun air tanah. Dampak ini disebabkan oleh adanya pencemaran air
yang disebabkan oleh berbagai parameter yang terkandung dari air
buangan. Salah satu cara untuk menilai seberapa jauh air lingkungan telah
tercemar adalah dengan melihat kandungan oksigen yang terlarut di dalam
air. (Pratama,2008)
Pada umumnya air lingkungan yang telah tercemar kandungan
oksigennya sangat rendah. Hal itu karena oksigen yang terlarut di dalam
air diserap oleh mikroorganisme untuk memecah/mendegradasi bahan
buangan organik sehingga menjadi bahan yang mudah menguap (yang
ditandai dengan bau busuk). Selain dari itu, bahan buangan organik juga
dapat bereaksi dengan oksigen yang terlarut di dalam air organik yang ada
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
2
di dalam air, makin sedikit sisa kandungan oksigen yang terlarut di
dalamnya.(Julius, et.al, 2010)
COD dan DO merupakan parameter organik yang sangat
penting dalam air bersih. Apabila parameter COD terlalu tinggi maka
akan mengakibatkan penurunan parameter DO dalam air karena
dengan kenaikan COD maka BOD juga akan naik. Oleh karena itu
perlu dilakukan pengolahan sampai memenuhi standart kualitas air
bersih yang berlaku.
Fluidisasi merupakan salah satu teknik pengontakan fluida baik gas
maupun cairan dengan butiran padat. Pada fluidisasi kontak antara fluida
dan partikel padat terjadi dengan baik karena permukaan kontak yang luas.
Teknik ini banyak digunakan di industri kimia dengan penggunaannya
meningkat pesat pada dekade terakhir ini. (Rachmanto dan Laksmono,
2011)
Dalam sistem fluidisasi, perilaku dispersi partikel dan dispersi
gelembung memainkan peranan yang penting dalam proses perpindahan
massa, di mana secara keseluruhan perilaku tersebut menggambarkan
interaksi dari masing-masing fasa. Pada penelitian terdahulu dikemukakan
bahwa terjadinya perilaku partikel padat seperti unggun fluida disebabkan
karena adanya peningkatan gaya gesek dan gaya tekan ke atas dari aliran
fluida yang melewati partikel tersebut. Dengan adanya perilaku partikel dan
gelembung tersebut diharapkan dapat membantu pelarutan oksigen kedalam
air.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
3
Penelitan ini bertujuan untuk mengetahui besar peningkatan
oksigen pada system fluidisasi tiga fase serta penurunan kandungan organic
dalam air . Karena pengembangan teknik sistem fluidisasi tiga fasa di
dalam aplikasi penggunaannya, terutama di dalam kriteria perencanaan
pada unit instalasi pengolahan air sangat terbatas.
Diharapkan hasil penelitian yang diperoleh dapat dijadikan
bahan pertimbangan bagi pengolahan air bersih.
1.2 Per umusan Masalah
Berdasarkan
latar
belakang
di
atas,
dapat
dirumuskan
permasalahan sebagai berikut:
a.
Semakin menurunnya kualitas air permukaan akibat pencemaran
lingkungan
b. Pengembangan sistem fluidisasi tiga fasa dalam unit instalasi
pengolahan air bersih sangat terbatas.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah :
1. Menentukan
kemampuan
reaktor
fluidisasi
tiga
fase
dalam
meningkatkan kandungan DO dan menurunkan kandungan organik
yaitu COD.
2. Membandingkan efektifitas fluidisasi tiga fase dengan sistem aerasi
dalam menurunkan parameter organik yaitu COD.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
4
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah
a. Membantu dalam sistem pengolahan air bersih yang lebih efektif.
b. Dapat memberikan metode baru dalam pengolahan air bersih
yaitu dengan metode fluidisasi tiga fase.
I.5 Ruang Lingkup
Ruang lingkup penelitian ini adalah :
a. Parameter kandungan organik air yang diteliti adalah COD dan DO.
b. Sampel yang digunakan adalah air dari kali Surabaya.
c. Untuk air kontrol digunakan air Kemasan.
d. Media yang digunakan adalah pasir kuarsa dengan ukuran 0,7-1,18
mm.
e. Penelitian ini dilakukan di laboratorium riset Fakultas Teknik Sipil dan
Perencanaan Jurusan Teknik Lingkungan.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
BAB II
TINJ AUAN PUSTAKA
2.1 Defenisi Air Ber sih
Air adalah semua air yang terdapat di atas dan di bawah permukaan tanah
kecuali air laut dan air fosil. Sumber air adalah wadah air yang terdapat di
atas dan di bawah permukaan tanah, termasuk dalam pengertian ini akuifer,
mata air, sungai, rawa, danau, telaga, waduk dan muara. (PP. No. 82 Tahun
2001).
Air
bersih
adalah
air
yang
digunakan
untuk
keperluan
sehari-hari
yang kualitasnya memenuhi persyaratan kesehatan dan dapat diminum apabila
telah dimasak. (Permenkes RI no 416 tahun 1990). Sedangkan di dalam
KEPUTUSAN MENTERI KESEHATAN REPUBLIK INDONESIA NOMOR
1405/MENKES/SK/XI/2002 menyatakan bahwa air bersih adalah adalah air
yang dipergunakan untuk keperluan sehari-hari dan kualitasnya memenuhi
persyaratan kesehatan air bersih sesuai dengan
peraturan
perundang-
undangan yang berlaku dan dapat diminum apabila dimasak.
2.2 Syarat Kualitas Air Ber sih
Agar air tidak menyebabkan penyakit, maka air tersebut hendaknya diusahakan
memenuhi persyaratan-persyaratan kesehatan, setidak-tidaknya diusahakan
mendekati persyaratan tersebut yang tercantum dalam Permenkes RI No 416
tahun 1990 dan PP. No. 82 Tahun 2001. Air yang sehat harus mempunyai
persyaratan secara fisik, kimia dan bakteriologis (Notoatmodjo, 2003).
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
6
Tabel 2.1 Kriteria Mutu Air Berdasarkan Kelas PP No.21 Tahun 2001
PARAM ETER
KE L AS
SATUAN
I
II
III
K ETERANG AN
IV
FISIK A
Tempelatur
Residu Terlarut
Residu Tersuspensi
o
C
mg/ L
mg/L
deviasi
3
deviasi
3
deviasi
3
1000
1000
1000
50
50
400
deviasi 5
Deviasi temperatur
dari keadaan
almiahnya
2000
400
Bagi pengolahan air
minum secara
konvesional, residu
tersuspensi ≤5000 mg/
L
KIM IA ANORGANIK
pH
6-9
6-9
6-9
5-9
BOD
mg/L
2
3
6
12
COD
mg/L
10
25
50
100
DO
mg/L
6
4
3
0
Apabila secara alamiah
di luar rentang tersebut,
maka ditentukan
berdasarkan kondisi
alamiah
Angka batas minimum
Nilai di atas merupakan batas maksimum, kecuali untuk pH dan DO. Bagi pH
merupakan nilai rentang yang tidak boleh kurang atau lebih dari nilai yang
tercantum. Nilai DO merupakan batas minimum.
Arti (-) di atas menyatakan bahwa untuk kelas termasuk, parameter tersebut tidak
dipersyaratkan.
Tanda ≤adalah lebih kecil atau sama dengan
Tanda < adalah lebih kecil
2.2.1 Suhu
Suhu menunjukkan derajat panas benda. Mudahnya, semakin tinggi suhu suatu
benda, semakin panas benda tersebut. Secara mikroskopis, suhu menunjukkan
energi yang dimiliki oleh suatu benda. Setiap atom dalam suatu benda masingmasing bergerak, baik itu dalam bentuk perpindahan maupun gerakan di tempat
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
7
berupa getaran. Makin tingginya energi atom-atom penyusun benda, makin tinggi
suhu benda tersebut.
Suhu juga disebut temperatur yang diukur dengan alat termometer. Empat macam
termometer yang paling dikenal adalah Celsius, Reumur, Fahrenheit dan Kelvin.
Suhu air sangat berpengaruh terhadap jumlah oksigen terlarut didalam air. Jika
suhu tinggi, air akan lebih lekas jenuh dengan oksigen dibanding dengan suhunya
rendah. Peningkatan suhu air mengakibatkan peningkatan viskositas, reaksi kimia,
evaporasi dan volatisasi serta penurunan kelarutan gas dalam air seperti O2, CO2,
N2, CH4 dan sebagainya.
Tabel 2.2 Pengaruh Suhu Terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada
Tekanan 1 atm
Cs (mg/l)
Suhu Air (oC)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
Sumber : Benefield & Randal (1982)
14,62
13,84
13,13
12,48
11,87
11,33
10,83
10,37
9,95
9,54
9,17
8,83
8,53
8,22
7,92
7,63
2.2.2 pH (Derajat Keasaman).
pH adalah derajat keasaman yang digunakan untuk menyatakan tingkat
keasaman atau kebasaan yang dimiliki oleh suatu larutan. Ia didefinisikan sebagai
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
8
kologaritma aktivitas ion hidrogen (H+) yang terlarut. Koefisien aktivitas ion
hidrogen tidak dapat diukur secara eksperimental, sehingga nilainya didasarkan
pada perhitungan teoritis. Skala pH bukanlah skala absolut. Ia bersifat relatif
terhadap sekumpulan larutan standar yang pH-nya ditentukan berdasarkan
persetujuan internasional.
Mikroba biasanya tumbuh baik pada pH tertentu.berikut adalah batasan pH untuk
berbagai jenid mikroba:
Bakteri tumbuh baik pada rentang pH 4-8
Ragi pada rentang pH 3-6
Fungi dan eukariot lain pada pH 6,5 – 7,5
E. coli pada pH 6,5 – 8
Thiobacillus ferrooxidans tumbuh baik pada pH 2
pH yang berbeda ini dapat disebabkan oleh karena proses metabolism yang terjadi
di dalam sel, misalnya akumulasi produk metabolism yang asam atau basa, sesuai
dengan kebutuhan pertumbuhannya.
2.3 Penger tian COD, DO dan TSS
COD atau Chemical Oxygen Demand adalah jumlah oksigen yang diperlukan
untuk mengurai seluruh bahan organik yang terkandung dalam air (Boyd, 1990).
Hal ini karena bahan organik yang ada sengaja diurai secara kimia dengan
menggunakan oksidator kuat kalium bikromat pada kondisi asam dan panas
dengan katalisator perak sulfat (Boyd, 1990; Metcalf & Eddy, 1991), sehingga
segala macam bahan organik, baik yang mudah urai maupun yang kompleks dan
sulit urai, akan teroksidasi. Dengan demikian, selisih nilai antara COD dan BOD
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
9
memberikan gambaran besarnya bahan organik yang sulit urai yang ada di
perairan. Bisa saja nilai BOD sama dengan COD, tetapi BOD tidak bisa lebih
besar dari COD. Jadi COD menggambarkan jumlah total bahan organik yang ada.
Oksigen terlarut ( DO ) adalah jumlah oksigen terlarut dalam air yang berasal dari
fotosintesa dan absorbsi atmosfer/udara. Oksigen terlarut di suatu perairan sangat
berperan dalam proses penyerapan makanan oleh mahkluk hidup dalam air.
Umtuk mengetahui kualitas air dalam suatu perairan, dapat dilakukan dengan
mengamati beberapa parameter kimia seperti aksigen terlarut (DO). Semakin
banyak jumlah DO (dissolved oxygen ) maka kualitas air semakin baik.jika kadar
oksigen terlarut yang terlalu rendah akan menimbulkan bau yang tidak sedap
akibat degradasi anaerobik yang mungkin saja terjadi. Satuan DO dinyatakan
dalam persentase saturasi. Oksigen terlarut dibutuhkan oleh semua jasad hidup
untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian
menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen
juga dibutuhkan untuk oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik dalam
proses aerobik. Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal dari suatu
proses difusi dari udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam
perairan tersebut (SALMIN. 2000). Kecepatan difusi oksigen dari udara
tergantung dari beberapa faktor seperti kekeruhan air, suhu, salinitas, pergerakan
massa air dan udara seperti arcs, gelombang dan pasang surut. ODUM (1971)
menyatakan bahwa kadar oksigen dalam air laut akan bertambah dengan semakin
rendahnya suhu dan berkurang dengan semakin tingginya salinitas. Pada lapisan
permukaaan, kadar oksigen akan lebih tinggi, karena adanya proses difusi antar
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
10
air dengan udara bebas serta adanya proses fotosintesis. Dengan bertambahnya
kedalaman akan terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, karena proses
fotosintesis semakin berkurang dan kadar oksigen yang ada banyak digunakan
untuk pernapasan dan oksidasi bahan – bahan organik dan anorganik. Keadaan
oksigen terlarut berlawanan dengan keadaan BOD, semakin tinggi BOD semakin
rendah oksigen terlarut. Keperluan organisme terhadap oksigen relatif bervariasi
tergantung pada lems, stadium dan aktifitasnya. Kebutuhan oksigen untuk ikan
dalam keadaan diam relatif lebih sedikit dibandingkan dengan ikan pada saat
bergerak. Kandungan oksigen terlarut (DO) minimum adalah 2 ppm dalam
keadaan normal dan tidak tercemar oleh senyawa beracun. Idealnya, kandungan
oksigen terlarut dan tidak boleh kurang dari 1,7 ppm selama waktu 8 jam dengan
sedikitnya pada tingkat kejenuhan sebesar 70 % (HUET, 1970). KLH menetapkan
bahwa kandungan oksigen terlarut adalah 5 ppm untuk kepentingan wisata bahari
dan biota laut ( ANONIMOUS,2004).
Oksigen memegang peranan penting
sebagai indikator kualitas perairan, karena oksigen terlarut berperan dalam proses
oksidasi dan reduksi bahan organik dan anorganik. Selain itu, oksigen juga
menentukan biologik yang dilakukan oleh organisme aerobik dan anaerobik.
Dalam kondisi aerobik, peranan oksigen adalah untuk mengoksidasi bahan
organik dan anorganik dengan hasil akhirnya adalah nutrien yang ada pada
akhirnya dapat memberikan kesuburan perairan. Dalam kondisi anaerobik oksigen
yang dihasilkan akan mereduksi senyawa – senyawa kimia menjadi lebih
sederhana dalam bentuk nutrien dan gas. Karena proses oksidasi dan reduksi
inilah maka peranan oksigen terlarut sangat penting untuk membantu mengurangi
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
11
beban pencemaran pada perairan secara alami maupun secara perlakuan aerobik
yang ditujukan untuk memurnikan air buangan industri dan rumah tangga.
Total suspended solid atau padatan tersuspensi total (TSS) adalah residu
dari padatan total yang tertahan oleh saringan dengan ukuran partikel maksimal
2μ m atau lebih besar dari ukuran partikel koloid. Yang termasuk TSS adalah
lumpur, tanah liat, logam oksida, sulfida, ganggang, bakteri dan jamur. TSS
umumnya dihilangkan dengan flokulasi dan penyaringan. TSS memberikan
kontribusi untuk kekeruhan (turbidity) dengan membatasi penetrasi cahaya untuk
fotosintesis dan visibilitas di perairan. Sehingga nilai kekeruhan tidak dapat
dikonversi ke nilai TSS. Kekeruhan adalah kecenderungan ukuran sampel untuk
menyebarkan cahaya. Sementara hamburan diproduksi oleh adanya partikel
tersuspensi dalam sampel. Kekeruhan adalah murni sebuah sifat optik. Pola dan
intensitas sebaran akan berbeda akibat perubahan dengan ukuran dan bentuk
partikel serta materi. Sebuah sampel yang mengandung 1.000 mg / L dari
t alcum pow der
fine
akan memberikan pembacaan yang berbeda kekeruhan dari sampel
yang mengandung 1.000 mg / L
coarsely ground t alc
. Kedua sampel juga akan
memiliki pembacaan yang berbeda kekeruhan dari sampel mengandung 1.000 mg
/ L
ground pepper .
Meskipun tiga sampel tersebut mengandung nilai TSS yang
sama.
2.4 Pr oses Fluidisasi
Fluidisasi adalah suatu fenomena berubahnya sifat suatu padatan (bed) dalam
suatu reaktor menjadi bersifat seperti fluida dikarenakan adanya aliran fluida
ke dalamnya, baik berupa liquid maupun gas.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
12
Kecepatan superfisial adalah laju alir udara pada kolom yang kosong,
sedangkan kecepatan interstitial adalah kecepatan udara di antara partikel
unggun.
Pada
kecepatan superfisial rendah, ungun mula-mula diam. Jika
kecepatan superfisial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida
menyebabkan unggun mengembang dan menyebabkan tahanan terhadap aliran
udara mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung
gaya berat partikel unggun. Hal ini menyebabkan unggun terfluidisasi dan
sistem solid-fluida menunjukkan sifat-sifat seperti fluida. Kecepatan superfisial
terendah yang dibutuhkan agar terjadi fluidisasi disebut minimum fluidization
velocity (Umf).
Dalam dunia industri dapat diaplikasikan dalam banyak hal seperti transportasi
serbuk padatan (conveyer solid), pencanpuran padatan halus, perpindahan
permukaan logam, proses drying dan sizing pada pembukaan, proses pertumbuhan
partikel, dan kondensasi bahan yang dapat mengalami sublimasi, adsorbsi (untuk
pengering udara dan adsorben) dan masih banyak aplikasi lain.
Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi fluidisasi antara lain:
1.
Kecepatan Minimum Fluidisasi
Kecepatan minimum fluidisasi didefinisikan sebagai kecepatan superficial
fluida minimum dimana fluidisasi mulai terjadi. Kecepatan minimum fluidisasi
dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan yang diturunkan oleh Ergun
sebagai berikut:
…………………………(1)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
13
2.
Hilang Tekan
Hilang tekan (pressure drop) pada keadaan minimum fluidisasi dinyatakan
dalam persamaan berikut :
…………………….(2)
3.
Porositas Unggun
Pada saat mulai terjadi fluidisasi, porosita unggun ε = ε
mf
sehingga
diperoleh rumusan :
…………………….(3)
4.
Diameter Partikel
Harga porositas untuk persamaan di atas jika pertikel tidak berbentuk bola
harus dilakukan koreksi. Besarnya factor koreksi didefinisikan sebagai beriku :
……………………………..(4)
5.
Diameter Partikel (Dp) = 6/Sv
Dimana Sv adalah luas permukaan partikel per satuan volume partikel.
Untuk unggun yang tersusun dari satu ukuran partikel, maka Dp menjadi :
………………..(5)
Apabila Dp merupakan diameter bola yang mempunyai volume yang sama
dengan volume partikel maka :
………………..(6)
Faktor koreksi dari partikel didefinisikan sebagai berikut :
………………………(7)
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
14
Maka selanjutnya dapat ditulis dalam persamaan berikut:
……………………(8)
ε
mf
dan Фs ditentukan dengan korelasi yang dituliska oleh wend an yus sebagai
berikut :
= 11 dan
……………….(9)
2.4.1 Fenomena Fluidisasi
Jika suatu aliran udara melewati suatu partikel unggun yang ada dalam tabung,
maka aliran tersebut akan memberikan gaya seret (drag force) pada partikel
dan memberikan pressure drop sepanjang unggun. Pressure drop akan naik
jika kecepatan superficial naik (kecepatan superficial adalah kecepatan aliran
jika tabung kosong).
Pada kecepatan
superficial
rendah,
unggun
mula-mula
diam.
Jika
kecepatan superficial dinaikkan maka pada suatu saat gaya seret fluida
menyebabkan
unggun mengembang dan tahanan terhadap
aliran udara
mengecil, sampai akhirnya gaya seret tersebut cukup untuk mendukung gaya
berat partikel unggun dan unggun akan terfluidisasi.
Sementara itu, pressure drop akan tetap walaupun kecepatan superficial
terus dinaikkan dan sama dengan berat efektif unggun persatuan luas.
Kecepatan
superficial terendah yang dibutuhkan untuk terjadinya fluidisasi
disebut Minimum Fluidization Velocity(Umf).
Konsep dasar dari suatu partikel unggun yang terfluidisasi dapat diilustrasikan
dengan fenomena yang terjadi saat adanya perubahan laju alir gas seperti pada
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
15
gambar di bawah ini:
Gambar 2.1. Fenomena fluidisasi dengan variasi laju alir gas
Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat juga dapat diilustrasikan pada
gambar berikut ini:
P2
Bed
x
P1
Gas in
Gambar2. 2. Fenomena fluidisasi pada sistem gas-padat
Adapun fenomena-fenomena yang dapat terjadi pada proses fluidisasi antara lain:
Fenomena fixed bed, terjadi ketika laju alir fluida kurang dari laju
minimum yang dibutuhkan untuk proses awal fluidisasi. Pada kondisi ini
partikel padatan tetap diam. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 3.
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
16
Gambar 2.3. Fenomena fixed bed
Fenomena minimum or incipient fluidization, terjadi ketika laju alir fluida
mencapai laju alir minimum yang dibutuhkan untuk proses fluidisasi. Pada
kondisi ini partikel- partikel padat mulai terekspansi. Kondisi ini ditunjukkan
pada gambar 4.
Gambar 2.4 Fenomena minimum or incipient fluidization
Fenomena smooth or homogenously fluidization, terjadi saat kecepatan dan
distribusi aliran fluida merata, densitas dan distribusi partikel dalam unggun
sama atau homogen sehingga ekspansi pada setiap partikel padatan seragam.
Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar2. 5. Fenomena smooth or homogrnously fluidization
Fenomena
bubbling
fluidization
yang
terjadi
ketika
gelembung–
gelembung pada unggun terbentuk akibat densitas dan distribusi partikel
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
17
tidak homogen. Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 2.6. Fenomena bubbling fluidization
Fenomena slugging fluidization, terjadi ketika gelembung-gelembung
besar yang mencapai lebar dari diameter kolom terbentuk pada partikelpartikel padat. Pada kondisi ini terjadi penolakan
sehingga partikel-
partikel padat seperti terangkat. Kondisi ini dapat dilihat pada gambar 7.
Gambar 2.7. fenomena slugging fluidization
Fenomena chanelling fluidization, terjadi ketika dalam unggun partikel
padatan terbentuk saluran-saluran seperti tabung vertikal. Kondisi ini
ditunjukkan pada gambar 8
Gambar 2.8. Fenomena chanelling fluidization
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
18
Fenomena disperse fluidization, terjadi saat kecepatan alir fluida melampaui
kecepatan maksimum aliran fluida. Pada fenomena ini sebagian partikel
akan terbawa aliran fluida dan berekspansi mencapai nilai maksimum.
Kondisi ini ditunjukkan pada gambar 9.
Gambar 2.9. Fenomena disperse fluidization
Fenomena-fenomena fluidisasi tersebut dipengaruhi oleh faktor-faktor:
Laju alir fluida dan jenis fluida
Ukuran partikel.
Jenis dan densitas partikel serta faktor intrlok antar partikel.
Porositas unggun
Distribusi aliran.
Distribusi bentuk ukuran fluida
Diameter kolom
Tinggi unggun
2.4.2 J enis Fluidisasi
Pengetahuan tentang koefisien perpindahan massa dalam fluidized bed sangat
penting sejak terjadinya perpindahan massa dalam berbagai aplikasi dari
fluidisasi, seperti reaksi gas-solid, pengeringan, absorpsi, pertukaran ion dan
leaching. Muroyama dan Fan (1985), menggolongkan keberadaan kolom unggun
fluidisasi tiga fasa menjadi empat jenis operasi, yaitu:
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
19
Convesional Three Phase Fluidized Bed (TFB)
Draft Tube Fluidized Beds (DTFB)
Inverse Three Phase Fluidized Bed (ITFB)
Two Phase System
Pada tipe 1-3, proses aerasi terjadi dalam kolom fluidisasi. Sedangkan pada tipe 4
menggunakan preaerator guna menghasilkan konsentrasi oksigen yang tinggi
dalam kolom fluidisasi system solid-liquid.
Gambar dibawah ini menunjukkan contoh dari masing-masing tipe fluidized bed
di atas.
Gambar 2.10 Tipe Fluidized Bed
Perilaku partikel padat seperti unggun fluida disebabkan karena adanya
peningkatan gaya gesek dan gaya tekan ke atas dari aliran fluida yang melewati
partikel tersebut. Perilaku unggun terfluidisasi liquid-padatan sangat dipengaruhi
oleh karakteristik hidrodinamika seperti pressure drop, kondisi fluidisasi,
porositas dan tinggi unggun terekspansi, serta mekanisme pencampuran padatan
Hak Cipta © milik UPN "Veteran" Jatim :
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan dan menyebutkan sumber.
20
terhadap perubahan kecepatan superfisial dan sifat fisika fluida. Gaya friksi antara
partikel padat dan liquid berkeseimbangan dengan gaya gravitasi dan gaya apung.
Besarnya gaya gravitasi dan gaya apung pada partikel padat adalah konstan,
sedangkan besarnya gaya friksi antara partikel padat dan liquid tergantung pada
kecepatan relatif dari partikel padat dengan liquid di sekitarnya (Joshi, 1983).
Gaya friksi yang merupakan gaya drag pada partikel padat akan meningkat
dengan meningkatnya kecepatan superfisial liquid. Selain itu gaya friksi yang
terjadi juga dipengaruhi oleh kebulatan partikel padat. yang dapat dinyatakan
sebagai faktor bentuk atau spericity (Φ
s)
yang merupakan perbandingan luas
permukaan partikel bulat terhadap luas permukaan partikel tak bulat dengan
volume yang sama, di mana untuk partikel bulat harga Φ
Φ
S
≅
≤
padat
(Ulmf