Koagulasi – Flokulasi Shinta Rosalia Dewi
9/25/2012
1
Campuran ada 3 : 1. Larutan 2. Koloid 3. Suspensi
9/25/2012
2
• Koloid : campuran dua atau lebih zat yang bersifat homogen dengan ukuran partikel 1 – 100 nm, dan tidak terpengaruh oleh gaya gravitasi sehingga tidak terjadi pengendapan. Sistem
Ukuran partikel
Metode pemisahan
Visibilitas partikel
Larutan
< 1nm
Membran
Tidak terlihat
Koloid
1 – 100 nm
Ultrafiltrasi
Ultra mikroskopis
Suspensi
> 1µm
Filtrasi
Mikroskopis
9/25/2012
3
partikel koloid filtrasi / sedimentasi
Koagulasi Flokulasi Sedimentasi filtrasi 9/25/2012
4
• Koagulasi : proses di mana campuran koloid terdestabilkan dengan adanya penambahan zat kimia (koagulan) sehingga partikel koloid mengalami aglomerasi dan membentuk agregat. • Flokulasi : proses di mana partikel koloid terdestabilkan bergabung membentuk flok • Sedimentasi : proses pemisahan padatan di mana partikel flok mengendap karena pengaruh gravitasi • Filtrasi : proses pemisahan partikel padat dan cair dengan menggunakan sebuah bahan semi-permeable 9/25/2012
5
9/25/2012
6
Koagulasi • Koagulasi dilakukan dengan penambahan bahan kimia (atau biasa disebut koagulan) yang berfungsi untuk mendestabilkan partikel koloid • Koagulan (muatan berlawanan dengan partikel koloid) menetralkan partikel koloid partikel koloid bergabung mikroflok (tidak terlihat dengan mata telanjang) air mengelilingi mikroflok (terlihat) 9/25/2012
7
Koagulasi (con’t) Mekanisme destabilisasi : 1. Merusak double layer 2. Penetralan muatan koloid 3. Penggabungan partikel koloid dengan adanya penambahan polimer
9/25/2012
8
Perusakan Double layer a : koloid stabil b : penambahan koagulan menetralkan muatan double layer c : aglomerasi partikel terdestabilkan jembatan polimer 9/25/2012
9
Penetralan muatan a : zeta potensial b dan c : penurunan zeta potensial karena kompresi lapisan ion d : adsorpsi dan penetralan muatan
9/25/2012
10
Koagulan • Koagulan : bahan kimia yang mempunyai kemampuan untuk mendestabilkan koloid • Bahan yang efektif sebagai koagulan : Muatan elektron yang lebih besar dan ukuran yang lebih besar. • Koagulan ditambahkan ketika pengadukan dilakukan. Waktu pengadukan biasanya 1 sampai 3 menit. 9/25/2012
11
Koagulan (con’t) Jenis koagulan yang banyak digunakan : • Garam Al • Garam Fe Menurunkan alkalinitas dan pH • Lime • CaO, Ca(OH)2, NaOH , Natrium aluminat menaikkan alkalinitas dan pH • Polimer
9/25/2012
12
9/25/2012
13
Koagulan (con’t) • Koagulan organik (polimer organik) lebih efektif daripada koagulan anorganik : 1. Digunakan dalam jumlah sedikit 2. Tidak mempengaruhi alkalinitas 3. flok lebih cepat mengendap • Kekurangan : mahal
9/25/2012
14
• Peralatan Koagulasi : baffles, pengaduk statis • Ada 2 macam pengadukan : 1. pengadukan cepat 2. pengadukan lambat • Pada proses koagulasi dibutuhkan energi yang tinggi pengadukan cepat.
9/25/2012
15
• Intensitas pengadukan supaya pengadukan cepat (rapid mixing) dan flokulasi optimum, ditentukan oleh nilai G, yaitu gradien kecepatan. P G= Vμ P = rata rata konsumsi energi pada sistem V = volum koloid μ = viskositas
9/25/2012
16
Impeller pumping action
9/25/2012
17
Rapid mixer
9/25/2012
18
Rapid mixer (con’t)
9/25/2012
19
Flokulasi • Pengadukan lambat : mikroflok flok • Mikroflok akan bersentuhan satu sama lain sehingga pinflok tumbukan dan interaksi yang terus menerus dengan polimer organik atau anorganik makroflok ukuran maksimum makroflok mengendap (sedimentasi). • Proses flokulasi biasanya dilakukan selama 15 atau 20 menit sampai 1 jam atau lebih. 9/25/2012
20
Flokulasi (con’t)
9/25/2012
Mekanisme flokulasi : 1. Mekanisme perikinetik (microflocculation) flokulasi pada partikel koloid 1 µm atau yang lebih kecil karena gerak Brownian 2. Mekanisme ortokinetik (macroflocculation) flokulasi yang didasarkan pada perbedaan kecepatan dalam air limbah yang dapat menyebabkan adanya interaksi partikel (> 1 µm). 21
Kinetika partikel agregat :
dN 1 laju flokulasi: ijijnn i j dt 2 dimana: keberhasilan tumbukan ij efisiensi tumbukan= ketidakberhasilan tumbukan βij frekuensi tumbukan= PK OK DS n total jumlah partikel i atau j 9/25/2012
N= total jumlah partikel
22
Flokulasi perikinetik 8 kB T frekuensi tumbukan=βPK = 3 μ βPK = frekuensi tumbukan (m3 /s) -23
kB =konstanta Boltzman = 1,38 x 10 J/K T=suhu absolut(K) 2
μ=viskositas dinamik air (Ns/m atau kg/m.s)
9/25/2012
dN 4 kB T 2 laju flokulasi perikinetik : N dt 3 23
Flokulasi ortokinetik 8 frekuensi tumbukan = βOK = GVi 3 βOK = frekuensi tumbukan (m /s) P G=rata-rata gradien kecepatan = G = Vμ Vi =volum partikel berukuran di d3 / 6 P = rata rata konsumsi energi pada sistem V = volum koloid 9/25/2012
μ = viskositas
24
Flokulasi ortokinetik (con’t) dN 4 laju flokulasi ortokinetik : = - GΩN dt π 3 πd Ω = volum flok = N0 Vp = N0 6
9/25/2012
25
Sedimentasi 3 g d - d DS d d i j i j 72 Δρ = perbedaan densitas partikel dan air
= ρp - ρw μ = viskositas α = efisiensi tumbukan g = gravitasi = 9,8 m/s 9/25/2012
d= diameter
2
26
Flokulator 1. Flokulator hidrolik : memanfaatkan crossflow baffle atau arah 180o untuk menghasilkan turbulen yang diperlukan. Tujuan utama desain : untuk mendapatkan campuran yang lembut dan seragam. Flokulator ini hanya digunakan ketika laju alir relatif konstan dan untuk skala kecil. 2. Flokulator mekanik : td pengaduk paddlewheel, flokulator walking beam, turbin piringan datar (flat-plate), dan propeler atau turbin 9/25/2012
27
Flokulator mekanik Flokulator mekanik lebih banyak dipakai karena : • Fleksibilitas variasi nilai G lebih besar • Low head loss Td : 1. Horizontal shaft 2. Reel type flocculator 3. Vertical paddle unit 4. Oscillating flocculator 9/25/2012
28
Flokulator mekanik • Tipe flokulator mekanik menentukan bentuk kompartemen flokulasi • Flokulator vertikal kompartment persegi dengan ukuran maksimum : sisi 20 ft (6 m) dan tinggi 10 – 16 ft (3 – 5 m) • Flokulator Horizontal shaft, reel, paddle panjang 20 – 100 ft (6 – 30 m) dan lebar 10 – 16 (3 – 5 m) 9/25/2012
29
Flokulator hidrolik • Volume flokulasi diasumsikan sama dengan total volume dari setiap kompartemen. • Nilai G fungsi dari aliran (flow) yang tidak mudah disesuaikan. • Energi melalui labirin (maze) baffle atau cross-flow baffles. • Baffle tipe labirin : kondisi optimum aliran hasil yang baik. Ex : pada kecepatan alir 0,7 – 1,4 ft/s (21 – 43 cm/s) memberikan flokulasi yang baik dengan turbulensi pada 180o pada setiap baffle 9/25/2012
30
• Baffle tipe cross-flow : energi dipertukarkan ke air di setiap kompartemen dari head loss melewati lubang pada pintu baffle. • Nilai G di setiap kompartemen dapat dihitung dari head loss diperkirakan di baffle ke setiap kompartemen
h G 62,5 t hν = head loss entering compartment t = waktu detensi (s) viskositas (lbs / ft ) 2
9/25/2012
31
Flokulator
9/25/2012
32
9/25/2012
33
Proses koagulasi-flokulasi Batch
9/25/2012
• Digunakan 2 tangki paralel, setiap tangki dioperasikan dengan siklus lengkap (koagulasi, flokulasi, sedimentasi) • Setiap tahap disusun seri dan tergantung waktu • Setelah tangki diisi air limbah, koagulan ditambahkan sementara dilakukan pengadukan cepat (kira-kira 10 menit) • Proses pengadukan diperlambat selama proses flokulasi dan dihentikan pada saat proses sedimentasi (sekitar beberapa jam) • Proses Batch biaya yg efektif untuk 50000 galon/hari
34
Proses koagulasi-flokulasi kontinyu • Proses kontinyu dilakukan dengan beberapa tahapan : 1. Sistem umpan dengan bahan kimia :sbg umpan koagulan secara kontinyu pada air limbah 2. Tangki pengaduk cepat rotating impeller 3. Tangki flokulasi pengadukan lambat dengan impeller atau paddle 4. Tangki sedimentasi untuk memisahkan flok 5. Sistem filtrasi untuk memisahkan effluen (air sisa treatment) 9/25/2012
35
kesimpulan
9/25/2012
36
9/25/2012
37
Latihan soal Hitunglah t½ flokulasi yang dibutuhkan oleh partikel dengan diameter 100 Å di dalam reaktor batch, jika total volum flok adalah 10-10. Asumsikan bahwa suhu air 15oC dan proses flokulasi hanya dipengaruhi oleh gerak Brownian. Pada proses ini tidak ada flok yang rusak sehingga α = 1. Note : 1 m = 1010 Å; kB = 1,38 x 10-23 J/K; μ = 1,139 x 10-3 Ns/m2 9/25/2012
38
diketahui: o
d 100 A 10 10 m3 / m3 T 15o C kB 1,38 x 10 23 J / K=1,38 x 10 23 kgm2s 2 1,139x 10 3 Ns / m2 1,139x 10 3 kgm1s 1 jawab : 3
Vpartikel
9/25/2012
o d3 3,14 1m 25 3 100 A 5,24x10 m o 6 6 10 10 A
d3 N 10 10 m3 / m3 6 10 10 14 3 N0 1,908x10 partikel / m 5,24x10 25 m3
39
dN 4 kB T 2 laju N dt 3 t dN 4 kB T N N2 3 0 dt 0 N
1 1 4 k T B t N N0 3 N0 1 t N ; N=0,5N0 0,5x1,908x1014 9,54x1013 4 k B T N0 3
1,908x1014 partikel / m3 N0 1 1 13 3 9,54x10 partikel / m t N 23 4 k B T 4x(1)x(1,38x10 J / K)x(15 273K) 14 3 N0 x(1,908x10 partikel / m ) 3 2 3 3x(1,139x10 Ns / m ) 1 1126,51s 0,313h 6 887,70x10 9/25/2012 40
9/25/2012
41
