Kondensasi
Penguapan salju
hujan
Air permukaan Perkolasi air dalam batuan
Air bawah tanah
JUMLAH AIR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)
Jenis Air
Jumlah, km3
%
Air Laut
1.338 x 106
96,5
Air Tawar
35,03 x 103
2,53
Lain-lain
12,97 x 103
0,97
Total
1.386 x 106
100
1
AIR TAWAR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)
Jenis Air Tawar
Jumlah, km3
%
Salju
24,06 x 103
68,7
10,85 x 103
31,0
0,01 x 103
0,03
0,108 x 103
0,29
0,002 x 103
0,006
Air tanah Uap air udara) Danau Sungai
(di
CADANGAN AIR ANTAR BENUA (Suara Merdeka, 24 Jan 04) BENUA
ASIA
JML PENDUDUK, CADANGAN % dunia AIR TAWAR, % dunia 80 1
AUSTRALIA
2
3
Lainnya
?
?
2
PENTINGNYA AIR (PENGOLAHAN AIR)
“Tidak ada kehidupan tanpa adanya air”. “ The Best of All Things is Water (Air adalah
yang terbaik dari segalanya)” “Water, water, everywhere, nor any drop to drink” (penyair terkenal Coloridge, seorang Pelaut Kuno) Mendapatkan air bersih termasuk hak asasi manusia (Resolusi PBB th 2000 melalui UNESCO)
KUALITAS AIR : PARAMETER PENCEMAR - Air yang murni tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau - Karena siklus hidrologi, air mengandung berbagai bahan pencemar/kontaminan PARAMETER PENCEMAR PADAT
TAK MENGENDAP (NON SETLEABLE SOLID)
TERLARUT
CAIR
GAS
MENGENDAP (SETLEABLE SOLID)
ORGANIK DAN ANORGANIK
TERSUSPENSI KOLOID
3
KONTAMINAN AIR KONTAMINAN AIR IONIK & TERLARUT
ION POSITIP
ION NEGATIF
Ca2+, Mg2+,
SO4=, Cl-, NO3-,
Fe2+, Mn2+, Na+, K+, dsb
HCO3-, OH-,
NON IONIK & TIDAK TERLARUT
SUSPENSI
Tanah liat, Debu, dsb
KOLOID
GAS
Tanah liat, virus, bakteri , alga
CO2, O2, N2, H2S, dsb
CO3=
KONTAMINAN AIR KONTAMINAN AIR FISIKA
KIMIA
T,
pH,
Padatan Tersuspensi,
Kation terlarut,
Padatan terlarut,
Anion terlarut,
Padatan total,
Alkalinitas,
Konduktifitas, dll
Kesadahan, dsb
BIOLOGI Jml bakteri koli, dsb
4
ANALISA KIMIA Kandungan kontaminan dinyatakan dengan : 1. 2. 3. 4. 5.
miligram per liter (mg/l), bagian per juta (part per million, ppm), dan ppb (part per billion). mol per liter miliekuivalen per liter (meq/l). Jumlah ekuivalen solut per liter larutan disebut juga dengan normalitas (N). persen berat : massa zat terlarut per massa total larutan dikalikan 100 % milligram per liter sebagai CaCO3 (mg/l sebagai CaCO3). = Konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam miligram per liter sebagai CaCO3
Contoh Parameter Analisa Air No
Uji
1
PH
2
Kation terlarut Kalsium Magnesium Kalium Natrium
Keterangan / Simbol
Ca2+ Mg2+ K+ Na+
Penggunaan Hasil Pengujian Untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan encer Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.
5
Contoh Parameter Analisa Air No 3
Uji Anion terlarut Bikarbonat Karbonat Klorida Hidroksida Nitrat Sulfat Alkalinitas
4
Keterangan / Simbol
Penggunaan Hasil Pengujian
HCO3Untuk menentukan komposisi kimia ionik CO3= air dan untuk Clmengkaji kelayakan OHair untuk berbagai NO3alternatif SO4= penggunaan. HCO3- + CO3= + Untuk mengukur OHkapasitas air untuk menetralkan asam
Contoh Parameter Analisa Air No
Uji
Keterangan / Simbol
5
Kesadahan
kation multivalensi
6
Konduktifitas
mhos (micromhos)/cm pada 25oC
Penggunaan Hasil Pengujian Untuk mengukur kapasitas konsumsi sabun dan kecenderungan air untuk membentuk kerak Untuk memperkirakan total padatan terlarut atau check terhadap hasil analisa lengkap (Total Padatan Terlarut atau TDS = 0,55 0,7 x konduktifitas sampel)
6
Kation ANION Terlarut : Kesetimbangan muatan 1. Jumlah ekuivalen kation = jumlah ekuivalen anion 2. Jumlah kation dan anion dalam mg/L = Total padatan terlarut
Review hasil analisa kimia Anggap bahwa analisa kimia air permukaan sebagai berikut : Ion
Konsentrasi, mg/l 2+
Ca Mg2+ Na+ K+ ClSO4= HCO3-
90 30 72 6 120 225 165
pH
7,5
(a). Periksa ketelitian hasil analisa di atas;
(b) tentukan alkalinitas air dinyatakan sebagai CaCO3; (c) tentukan kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO3; dan (d) perkirakan kandungan padatan terlarut total.
7
Penyelesaian: Neraca kation-anion digunakan untuk memeriksa ketelitian analisa.
Anion
Kation Konsentrasi
Konsentrasi
Ion
Ion mg/l
mg/meq
meq/l
Ca2+ Mg2+ Na+ K+
90 30 72 6
20 12,2 23,0 39,1
4,50 2,46 3,13 0,15
Total
198
10,24
ClSO4= HCO3-
mg/l
mg/meq
meq/l
120 225 165
35,5 48 61
2,82 4,69 2,70
490
10,21
Keterangan : mg/meq = miligram/miliequivalen. Untuk Kalsium, berat eqivalen = 20 yaitu gram/equivalen (40/2) = 20 miligram/miliequivalen. meq/l = miliequivalen/liter. Untuk kalsium, meq/l = 90mg/l) / 20 mg/meq = 4,50 (a). Karena jumlah kation dan anion sama maka hasil analisa dapat diterima. (b). Menentukan alkalinitas. Dari hasil analisa diatas, alkalinitas hanya disebabkan oleh ion HCO3-. Alkalinitas dinyatakan sebagai CaCO3 = 2,70 meq/l x 50 mg CaCO3/meq = 135,3 mg/l sebagai CaCO3 Catatan : berat equivalen CaCO3 = 100 g/2 = 50 g/eq = 50 mg/meq (c). Menentukan kesadahan. Untuk hasil analisa yang disajikan, kesadahan air disebabkan oleh ion kalsium dan magnesium. Kesadahan dinyatakan sebagai CaCO3 = (4,5 meq/l + 2,46 meq/l) x 50 mg CaCO3 /meq = 348,0 mg/l sebagai CaCO3 (d). Perkiraan total padatan terlarut (TDS) TDS= kation + anion dinyatakan dalam mg/l = 198 mg/l + 490 mg/l = 688 mg/l
8
PENGOLAHAN AIR I. SATUAN PROSES KOAGULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, dll BAHAN BAKU AIR (KUALITAS AIR) Air laut, Air sumur, Air sungai, Air danau, dll
TEKNOLOGI PENGOLAHAN
TUJUAN PENGGUNAAN (SPESIFIKASI) Air minum, MCK, proses, pendingin, ketel / steam, dll
II. SATUAN OPERASI MIXING, SEDIMENTASI, FILTRASI, ADSORPSI, FLOKULASI, DEAERASIdll
PENGOLAHAN AIR CONTOH SEDERHANA: Pengolahan air sumur menjadi air minum
Air sumur
TEKNOLOGI PENGOLAHAN ???
Kualitas ??? Satuan pengolahan ??? Kuman Desinfeksi !!!
Air minum Spesifikasi ???? Bebas kuman
9
== Pemilihan satuan-satuan operasi maupun proses untuk pengolahan air sangat tergantung pada kualitas dan jenis bahan baku serta tujuan penggunaan dari air yang telah diolah. == bisa melibatkan bagian-bagian kecil dari satuan operasi dan proses, tetapi bisa juga melibatkan hampir semua satuan operasi dan proses yang ada.
Satuan operasi 1.Saringan (screening)
2.Saringan mikron 3. Aerasi 4.Mixing
5.Flokulasi
Saringan kuarsa digunakan untuk melindungi pompa dari padatan mengapung. Saringan halus digunakan untuk menghilangkan padatan mengapung dan tersuspensi Digunakan menghilangkan impuritas yang halus seperti alga, pasir, dsb. Untuk menambah maupun mengeluarkan gas-gas dari air. Misal : aerasi untuk menghilangkan Fe2+ dan Mn2+ terlarut. Untuk mencampur bahan-bahan kimia dan gas-gas yang diperlukan untuk pengolahan. Untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan sangat lambat.
6.Sedimentasi
Untuk menghilangkan partikel-partikel seperti tanah dan pasir atau padatan (flok) tersuspensi.
7.Filtrasi
Untuk menyaring padatan pengendapan/sedimentasi
yang
masih
tersisa
setelah
10
Satuan Proses 1.Koagulasi
2.Disinfeksi 3.Presipitasi
4.Ion exchange 5.Adsorpsi 6.Oksidasi kimia
Proses penambahan bahan-bahan kimia untuk membentuk gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses flokulasi. Digunakan untuk mematikan bakteri patogen yang ada dalam air. Penghilangan komponen ion terlarut seperti kalsium dan magnesium (kesadahan) dengan penambahan bahanbahan kimia sehingga akan menimbulkan endapan Untuk penghilangan sebagian maupun keseluruhan kation dan anion terlarut dalam air Untuk penghilangan senyawa-senyawa organik yang menyebabkan warna, rasa dan bau. Untuk mengoksidasi berbagai senyawa yang ditemukan di dalam air, yang menyebabkan rasa, warna dan kerak.
Cara pengolahan air dari berbagai zat pengotor ( Setiadi, 1993) No .
Komponen
Rumus
Masalah yang ditimbulkan
Cara pengolahan
1
Turbidity
Tidak ada
Air menjadi keruh, membentuk deposit pada pipa-pipa, alat-alat, ketel dan lain-lain
Koagulasi, pengendapan dan filtrasi
2
Warna
Tidak ada
Timbul buih dalam ketel, menghambat proses pengendapan pada penghilangan besi dan hot phosphate softening
Koagulasi, filtrasi, khlorinasi, adsorbsi dengan karbon aktif
3
Hardness (kesadahan)
Kalsium dan magnesium yang dinyatakan sebagai CaCO3
Membentuk Scale / kerak pada sistem penukar panas, ketel, pipa menghambat daya cuci dengan sabun
Pelunakan, destilasi, pengolahan internal
4
Alkalinity (alkalinitas)
Bikarbonat (HCO3) Karbonat (CO3) Hidroksida (OH) Dinyatakan sebagai CaCO3
Timbul buih dan carry over (lolosnya) padatan ke dalam uap panas mengakibatkan karatan pada pipa ketel, bikarbonat dan karbonat menghasilkan CO2 dalam uap panas, sehingga bersifat korosif.
Pelunakan dengan kapur dan kapursoda, demineralisasi, penambahan asam, dealkilasi dengan penukar ion, distilasi
5
Asam mineral bebas
H2SO4 ,HCl dan sebagainya dinyatakan sebagai CaCO3
Korosif
Netralisasi dengan alkali
11
6
Karbondioks ida
CO2
Korosif terhadap jaringan pipa
Aerasi, deaerasi, netralisasi dengan alkali, filming dan neutralizing amines
7
PH
Konsentrasi ion hydrogen pH = log (H+)
Perubahan pH dipengaruhi oleh keasaman atau kebasaan dalam air. Air dalam biasanya pH = 6-8
PH dapat dinaikkan dengan penambahan Al dan sebaiknya dengan asam
8
Sulfat
SO4=
Menaikkan kandungan padatan dalam air, bereaksi dengan Ca membentuk kerak CaSO4
Demineralisasi, distilasi
9
Chlorida
Cl-
Menaikkan kandungan padatan dalam air dan bersifat korosif
10
Silika
SiO2
Membentuk kerak pada ketel dan sudut-sudut turbin
11
Besi
Fe2+ (ferro) Fe3+
Terbentuk deposit pada pipa-pipa dan boiler
Aerasi, koagulasi dan filtrai pelunakan kapur, penukar kation
12
Mangan
Mn
Terbentuk deposit
Aerasi, pelunakan kapur
13
Minyak
Dinyatakan sebagai oil atau Ichloroform extractible matter
Terbentuk kerak, lumpur dan buih dalam ketel
Raffle reparation stainers koagulan dan filktrasi, filtrasi dengan diatamaceous earth
14
Oksigen
O2
Korosi
Deaerasi, sodium sulfate, hyrazine, zat pencegah korosi
15
Hidrogen Sulfida
H2S
Bau telur busuk, korosi
Aerasi, khlorinasi, penukar anion berbasa tinggi
16
Amoniak
NH3
Korosi pada tembaga dan seng
Penukar kation dengan zeolite hidrogen, khlorination, daeaerasi
17
Konduktivit as
Dinyatakan dalam Micrombos, konduktansi spesifik
Konduktivitas yang tinggi maka sifat korosi makin tinggi
Demineralisasi, pelunakan kapur, dan sebagainya
18
Padatan terlarut
Tidak ada
Padatan terlarut menunjukkan jumlah zat-zat yang terlarut, menyebabkan buih
Pelunakan kapur, penukar kation dengan zeolite hidrogen, demineralisasi, distilasi
19
Padatan tersuspensi
Tidak ada
Menyebabkan deposit
Pengendapan, filtrasi dan koagulasi
20
Padatan total
Tidak ada
Padatan total adalah padatan terlarut ditambah padatan tersuspensi
Sama dengan 19 dan 20
12
SATUAN OPERASI DAN PROSES SEDIMENTASI : MEMEMISAHKAN PADATAN MENGENDAP
t=0
t> padatan mengendap
t>> Padatan tak mengendap
SEDIMENTASI
KLARIFIER
THICKENER
FLOTASI (kebalikan sedimentasi)
13
SATUAN OPERASI DAN PROSES : SEDIMENTASI Waktu Pengendapan Berbagai Ukuran Partikel Diameter Partikel (mm) 10 1 0,1 0,01 0,001 0,0001 0,00001
Nama Partikel
Waktu Pengendapan pada Ketinggian 1 kaki/ft
Kerikil Pasir kasar Pasir halus Lumpur Bakteri Partikel tanah liat Partikel koloid
0,3 detik 3 detik 38 detik 33 menit 35 jam 230 hari 63 tahun
SEDIMENTASI : Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)
(a)
(b)
14
SATUAN OPERASI DAN PROSES KOAGULASI DAN FLOKULASI : memisahkan padatan tersuspensi dan koloid
koagulan
koagulan
Padatan tersuspensi
Padatan terlarut
PRESIPITASI : menghilangkan kation/anion terlarut dengan penambahan bahan kimia Bahan kimia
Kation/anion terlarut
15
ION EXCHANGE : menghilangkan kation/anion terlarut Air
Kation/anion dalam air Padatan penukar ion Kation/anion
Kolom penukar ion
Air
KOAGULASI FLOKULASI : Definisi
Koagulasi : rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia Flokulasi : slow mixing, kadangkadang dengan penambahan koagulan aid (flokulan)
16
KOAGULASI FLOKULASI :
Ukuran partikel yang terlibat dalam koagulasi Diameter Ao A. Sistem Koloidal - Warna - Koloid inert (tanah liat, garam anorganik) - Emulsi - Bakteri - Alga B. Kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+) C. Polyelektrolit (BM 100.000 – 15.000.000) D. Air
50 - 1.000 1.000 - 30.000 2.000 5.000 50.000 1
- 100.000 - 100.000 - 8.000.000 -2
250.000 - 40.000.000 4
KOAGULASI FLOKULASI
Distribusi muatan lapisan ganda
17
KOAGULASI FLOKULASI : contoh pengukuran potensial zeta
Koagulasi air menggunakan alum
KOAGULASI FLOKULASI 1.
Tawas
Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 ----->
3CaSO4 + 2 Al(OH)3
+ 18 H2O
2. Ferro sulfat FeSO4.7H2O + Ca(OH)2 -----> Fe(OH)2 + CaSO4 + 7 H2O
18
KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis koagulan 3. Ferri sulfat Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ----> 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2
4. Ferri khlorida 2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 ---------> 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3
5. PAC
KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis flokulan
19
KOAGULASI FLOKULASI : PE kationik
PE kationik seperti polyamine terhidrolisa dalam air R R NH + H2O --- NH.H+ + OHR R
== pada pH tinggi reaksi akan menyebabkan reaksi bergeser ke kiri, dan polimer menjadi tidak bermuatan (non ionik). akan menurunkan kapasitas penukaran ion PE pada pH tinggi.
KOAGULASI FLOKULASI : PE anionik Polymer anionik memiliki guhus karboksil dalam struktur molekulnya. Molekul ini akan terionisasi dalam air sebagai berikut. R-COOH === R-COO- + H+ Ion hydrogen akan memaksa reaksi ke kiri sehingga molekul ini akan menjadi non ionik pada pH rendah.
20
Contoh Diagram Alir : Pengolahan air sumber menajdi air minum dalam kemasan Air sumber Bak Tandon Ozone Generator Ozone
Tanki Umpan Filter multimedia
Karbon Aktif
Mesin Cup
Cartridge filter 5, 3, 1 µ
Mesin Gallon
Lampu Ultraviolet (UV)
Mesin Botol
Tanki produk
Air baku (air sungai)
Alum, flokulan, NaOH, kaporit
Bak Pencampur Bak Lumpur
Klarifier
Contoh diagram penyediaan/pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri
Air untuk service
Saringan Pasir
Air Pendingin
Bak air
Dekanter
terfiltrasi Unit demineralisasi
Air sanitasi
Filter karbon Penukar kation Dekarbonator
Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)
Lumpur padat
Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organik Penghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+ Peghilangan CO2
Penukar Anion Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll)
Air
Penghilangan Cl-, NO3-, SiO3-
Deaerator Unit Injeksi Kimia
Air umpam boiler
Air Proses
21
Contoh Blok Diagram pengolahan air di kolam renang
kaporit
Balancing tank Air sumur artetis
Desinfeksi
overflow
Kaporit, HCl, PAC, Soda abu
Saringan pasir
KOLAM RENANG
22
