KAJIAN KARAKTERISTIK FLOK ALUMINIUM–KAOLIN PADA FLOKULATOR PRISMA
Oleh: Fatah Yassir (13097026) Pembimbing: Dr. Ir. Tjandra Setiadi, M. Eng. Ir. Yazid Bindar, M. Sc. Ph. D
ABSTRAK Air dari beberapa sumber seperti sungai dan danau tidak dapat langsung digunakan sebagai air bersih karena mengandung pengotor tersuspensi. Oleh karena itu, air tersebut harus mengalami pengolahan (water treatment). Salah satu tahapan dalam proses pengolahan air bersih adalah proses flokulasi yang berlangsung di flokulator. Flokulasi adalah pengadukan lambat untuk pembentukan flok dari padatan yang terdestabilisasi dalam proses koagulasi. Flokulator prisma merupakan contoh flokulator dengan prinsip hilang tekan. Kinerja flokulator dapat diketahui melalui karakteristik flok yang terbentuk selama proses flokulasi. Flokulator yang berbeda akan menghasilkan flok dengan karakteristik yang berbeda. Berdasarkan hal tersebut, maka penelitian ini bertujuan untuk mempelajari karakteristik flok pada flokulator berbentuk. Kesimpulan yang dapat diperoleh dari kajian tentang karakteristik flok aluminium–kaolin pada flokulator prisma adalah sebagai berikut: 1. Ukuran flok akhir tidak dipengaruhi secara berarti oleh laju alir umpan dan konsentrasi padatan tersuspensi tetapi dipengaruhi oleh kompartemen. Ukuran flok akhir di kompartemen tiga lebih kecil daripada di kompartemen satu dan dua, 2. Pada keadaan tunak, densitas efektif flok (ρe) bertambah besar seiring dengan semakin lamanya waktu flokulasi dan dipengaruhi oleh kompartemen. Densitas efektif flok di kompartemen tiga lebih besar daripada di kompartemen satu dan dua. Pada masa pertumbuhan flok, densitas efektif flok memenuhi persamaan Tambo dan Watanabe (1967) dan Lagavanker dan Gemmel (1968), 3. Kajian sekarang menghasilkan persamaan kinetika pertumbuhan flok (Boadway, 1978) yang terkoreksi, yaitu: dD/dt = (K3.Co.G + b) D1+α – K2. Gγ. D1+β
Pendahuluan Air dari beberapa sumber tidak dapat langsung dikonsumsi karena mengandung pengotor yang tersuspensi. Oleh karena itu, air tersebut memerlukan pengolahan untuk memisahkan pengotor dari air. Beberapa penerapan khusus, pemilihan proses pengolahan
bergantung pada kualitas air baku, kualitas air olahan yang dibutuhkan, dan perkiraan ekonomi. Proses koagulasi dan flokulasi diterapkan pada proses pengolahan air. Prinsip koagulasi dan flokulasi adalah menggumpalkan partikel tersuspensi sebelum tahap sedimentasi atau filtrasi. Koagulasi adalah penambahan dan pencampuran cepat koagulan sehingga menyebabkan destabilisasi sistem koloid yang stabil dan padatan tersuspensi membentuk agregat. Sedangkan flokulasi adalah pengadukan lambat untuk membentuk flok yang lebih besar. Proses flokulasi berlangsung di unit flokulator. Flokulator dibedakan menjadi flokulator dengan pengaduk mekanik, pengaduk pneumatik, dan flokulator dengan prinsip hilang tekan. Salah satu contoh flokulator yang menggunakan prinsip hilang tekan adalah flokulator prisma. Flokulator jenis ini merupakan bagian dari unit pengolahan air yang memiliki nama dagang Aquatainer dan Blue River. Unit pengolahan air tersebut memiliki bentuk kemasan yang praktis (package) karena didalamnya sudah terdiri atas peralatan–peralatan untuk proses pengolahan air (water treatment package) sehingga dapat diterapkan di berbagai tempat, terutama di daerah- daerah yang rawan krisis air bersih yang membutuhkan air bersih dalam waktu singkat.
Metodologi Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pengaruh kompartemen flokulator prisma, laju alir, konsentrasi padatan tersuspensi dan gradien kecepatan terhadap karakteristik flok aluminium–kaolin pada flokulator prisma segitiga. Flokulator prisma segitiga merupakan bagian dari peralatan sistem pengolahan air bersih yang mempunyai bentuk geometri yang efisien (compact) dan tidak membutuhkan pengadukan mekanik. Parameter karakteristik flok aluminium–kaolin adalah ukuran (diameter) flok, densitas efektif flok, dan kekeruhan (turbiditas) aliran keluaran pada setiap kompartemen flokulator prisma. Flokulator yang berbeda memberikan karakteristik flok yang berbeda. Oleh karena itu data–data karakterisitik flok yang didapat dari flokulator prisma dapat dibandingkan dengan flokulator jenis lain. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kualitas kinerja dari flokulator jenis prisma segitiga ini. Metodologi penelitian yang digunakan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 1. Percobaan pendahuluan yang dilakukan adalah tes jar, pembuatan kurva baku persen transmitan terhadap konsentrasi dan kalibrasi mikrometer okuler pada mikroskop. Tes jar dilakukan untuk menentukan rasio ALT (dosis koagulan) yang optimum. Rasio ALT adalah perbandingan konsentrasi aluminium dengan konsentrasi partikel tersuspensi.Dosis koagulan optimum yang diperoleh dari tes jar adalah 20 mg/ liter untuk konsentrasi padatan tersuspensi 60 dan 120 mg/ liter dan selanjutnya akan digunakan sebagai variabel tetap dalam percobaan utama. Perincian percobaan utama yang dilakukan adalah sebagai berikut : - percobaan 1 : konsentrasi kaolin 60 mg/ L dan laju alir 7 L/ menit, - percobaan 2 : konsentrasi kaolin 60 mg/ L dan laju alir 9 L/ menit, - percobaan 3 : konsentrasi kaolin 120 mg/ L dan laju alir 5 L/ menit, - percobaan 4 : konsentrasi kaolin 120 mg/ L dan laju alir 7 L/ menit, - percobaan 5 : konsentrasi kaolin 120 mg/ L dan laju alir 9 L/ menit. Hasil rancangan flokulator prisma ditunjukkan oleh Gambar 2 – 3.
Menentukan/ memilih/ merancang jenis flokulator yang mempunyai bentuk geometri yang efisien (compact).
Menentukan karakteristik flok aluminium –kaolin dan gradien kecepatan pada setiap kompartemen flokulator prisma.
Mempelajari pengaruh kompartemen, laju alir, konsentrasi padatan dan gradien kecepatan terhadap karakteristik flok aluminium–kaolin.
Membandingkan karakteristik flok aluminium–kaolin pada flokulator prisma dengan flokulator lainnya.
10,5
10,5 6,5
6,5
33 2
9 6,5
3,5
44,2
4,1
4,1 4,1
4,1
9
4,1 4,1
9
6,5
6,5
6,5
33 2
9,6
6,5
33 2
Gambar 2. Sekat Kompartemen satu, dua dan tiga Flokulator Prisma
26,5
6,5
9 6,5
2,5
6
,3 55
6,5
6
,3 55
6,5
44,2
9
6,5
,3 55
44,2
9
10,5
Gambar 1 Metodologi Penelitian
35
23,5
20,5
17,8
73
Gambar 3. Flokulator Prisma
11,4 20
Variabel yang diukur pada penelitian ini adalah ukuran flok, kekeruhan (turbiditas) fluida, waktu jatuh dan gradien kecepatan tiap kompartemen pada waktu flokulasi yang bervariasi. Ukuran (diameter) flok diukur dengan mikrometer okuler dalam mikroskop. Densitas efektif flok diukur dengan menghitung waktu jatuh partikel dalam kolom diam. Kekeruhan fluida diukur dengan turbidimeter yang telah dikalibrasi. Gradien kecepatan diukur dengan menentukan selisih tinggi cairan manometer pipa. a. Analisa Data Ukuran Flok Ukuran flok yang diukur bersatuan skala mikrometer okuler sehingga harus diubah ke satuan panjang. Hasil peneraan mikrometer okuler dengan mikrometer objektif menunjukkan bahwa satu skala mikrometer okuler sama dengan 5/7 mm. b. Analisa Data Densitas Efektif Flok Data yang diperoleh pada percobaan adalah kecepatan flok jatuh dalam kolom diam. Densitas efektif flok dapat dihitung dengan Persamaan 1. dan data kecepatan flok jatuh serta ukuran flok. w=
di mana
g ( ρ − ρw ) df2 34µ f
w
(1.)
= kecepatan pengendapan akhir (cm/s),
g = kecepatan gravitasi (cm/s2 ), df = ukuran flok (cm), ρf – ρw = densitas efektif (gr/cm3), µ = viskositas air (gr/cm. s). c. Analisa Data Kekeruhan Fluida Data yang diperoleh dalam percobaan adalah persen transmitan. Dengan menggunakan kurva baku konsentrasi terhadap persen transmitan maka dapat ditentukan konsentrasi partikel tersuspensi dalam fluida sampel. Analisa kekeruhan dinyatakan dalam perbandingan Co/ Ci dimana Co adalah konsentrasi padatan tersuspensi awal dan Ci adalah konsentrasi padatan tersuspensi tiap saat. d. Analisa Nilai G Nilai G ditentukan dengan menggunakan data hilang tekan. Nilai hilang tekan sebanding dengan selisih ketinggian antara dua kolom pada manometer. Nilai G dihitung dengan menggunakan Persamaan 2. gρ Q G = ∆h µ V
(2.)
= kecepatan gravitasi (m/s2 ), ρ = densitas (kg/m3), µ = viskositas air (kg/m. s). Q = laju alir (m3/ s), V = volum flokulator tinggal (m3), ∆h = hilang tekan (cm H2O) Hubungan nilai G dan ukuran flok akhir (Du) dijelaskan Boadway dalam persamaan berikut:
di mana
g
Du = K'( G )
di mana
1 − β−α ( )
K’,α, β
(3.) = konstanta. .
HASIL PERCOBAAN 1. Kajian Karakteristik Flok Aluminium–Kaolin Kajian kualitatif proses flokulasi diperlukan untuk mengetahui kinerja flokulator prisma. Kajian kualitatif yang dilakukan meliputi analisa ukuran flok, densitas efektif flok, dan tingkat kekeruhan fluida keluaran dari flokulator prisma. 1.1. Analisa Ukuran Flok Ukuran flok merupakan salah satu parameter yang dapat menunjukkan kinerja suatu flokulator. Ukuran flok yang diharapkan adalah memiliki ukuran (diameter) yang besar serta tidak mudah pecah. Analisa ukuran flok pada flokulator prisma meliputi pengaruh kompartemen, laju alir, dan konsentrasi padatan dalam umpan pada ukuran flok serta hubungan antara ukuran flok akhir (ultimate floc size) dengan nilai G. 1.1.1. Pengaruh Kompartemen terhadap Ukuran Flok Semakin lama waktu flokulasi maka ukuran flok rata–rata semakin bertambah hingga mencapai konstan pada waktu flokulasi tertentu. Ukuran flok rata–rata yang konstan ini diistilahkan sebagai ukuran flok akhir/ ultimate floc size. Gambar 4. menunjukkan bahwa waktu flokulasi untuk mencapai ukuran flok akhir pada kompartemen satu adalah 16 menit; pada kompartemen dua adalah 14 menit; dan pada kompartemen tiga adalah 12 menit. Sedangkan pada keadaan tunak (steady state), ukuran flok akhir di kompartemen satu adalah 420 µm; pada kompartemen dua adalah 410 µm; dan pada kompartemen tiga adalah 357 µm. Setiap percobaan dengan kondisi variabel yang berbeda menunjukkan waktu flokulasi untuk mencapai ukuran flok akhir (tDU) dan nilai ukuran flok akhir yang berbeda. Nilai waktu flokulasi (tDU) dan nilai ukuran flok akhir (DU) untuk setiap kondisi variabel yang berbeda diberikan dalam Tabel 1. Tabel 1. Pengaruh Kompartemen terhadap tDu dan DU Konsentrasi Laju Alir Kompartemen tDu (menit) Padatan (mg/ l) (l/ menit) 16 1 14 2 7 12 3 60 1 14 9 2 12 3 9 19 1 17 5 2 12 3 16 1 14 120 7 2 10 3 1 14 9 2 12 3 9 tDu adalah waktu flokulasi saat mencapai ukuran flok akhir
(DU, x104 cm) 420 410 357 410 390 357 435 430 400 420 415 357 414 400 340
Pada masa pertumbuhan flok, tDu pada kompartemen satu dan dua relatif berdekatan dibandingkan dengan kompartemen tiga. Sedangkan pada keadaan tunak (steady state), ukuran flok akhir pada kompartemen satu dan dua memiliki nilai yang berdekatan dibandingkan dengan kompartemen tiga. Hal ini disebabkan oleh perbedaan panjang tabung. Panjang tabung pada kompartemen satu, dua dan tiga berturut – turut adalah 2,90; 3,51; dan 9,65 cm. Pada laju alir 5 – 9 liter/ menit, semakin panjang tabung maka akan meningkatkan nilai G.
1.1.2. Pengaruh Laju Alir Umpan terhadap Ukuran Flok Pada keadaan tunak, ukuran flok akhir tidak dipengaruhi oleh laju alir umpan.Gambar 5. menunjukkan bahwa ukuran flok akhir adalah 420 µm untuk laju alir 7 liter/ menit dan 410 µm untuk laju alir 9 liter/ menit. Nilai ukuran flok akhir pada kondisi variabel yang berbeda diberikan dalam Tabel 2. Nilai variasi laju alir umpan yang berdekatan menyebabkan nilai G yang berdekatan pula karena nilai G sebanding dengan akar kuadrat dari nilai laju alir umpan. Nilai G tidak berbeda secara berarti (siginificant) sehingga nilai ukuran flok akhir yang diperolehpun tidak terlalu berbeda. Tabel 2. Pengaruh Laju Alir terhadap DU Konsentrasi Padatan (mg/ l)
Kompartemen 1 1 2 2 3 3 1 1 1 2 2 2 3 3 3
60
120
Laju Alir (l/ menit) 7 9 7 9 7 9 5 7 9 5 7 9 5 7 9
(DU, x104 cm) 420 410 410 390 357 357 435 420 414 430 415 400 400 357 340
DU adalah ukuran flok akhir
1.1.3. Pengaruh Konsentrasi Padatan dalam Umpan terhadap Ukuran Flok Konsentrasi padatan dalam umpan tidak mempengaruhi ukuran flok akhir. Gambar 6 menunjukkan bahwa pada kompartemen satu, laju alir umpan 7 liter/ menit akan memberikan nilai ukuran flok akhir yang sama yaitu 420 µm untuk variasi konsentrasi padatan 60 dan 120 mg/ liter. Sedangkan laju alir 9 liter/ menit memberikan nilai ukuran flok akhir yang berdekatan yaitu 410 µm (Co=60 mg/l) dan 414 µm (Co=120 mg/l). Nilai ukuran flok akhir pada keadaan tunak diberikan dalam Tabel 3. Tabel 3. Pengaruh Konsentrasi Padatan Tersuspensi terhadap DU Laju Alir (l/ Kompartemen Konsentrasi (DU, x104 cm) menit) Padatan (mg/ l)
7
9
DU adalah ukuran flok akhir
1 1 2 2 3 3 1 1 2 2 3 3
60 120 60 120 60 120 60 120 60 120 60 120
420 420 410 415 357 357 410 414 390 390 357 340
Ukuran flok (x104cm )
450 400 350 300 250 200 150 0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu flokulasi (m enit) Co=60 mg; Laju ALir=7L/ mnt; kompartemen1
Co=60 mg; Laju ALir=7L/ mnt; kompartemen2
Co=60 mg; Laju ALir=7L/ mnt; kompartemen3
Ukuran flok (x104cm )
Gambar 4. Pengaruh Kompartemen terhadap Ukuran Flok Sementara dalam Flokulator Prisma
450 400 350 300 250 200 1 50 0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu flokulasi (m enit) Co=60 mg; Laju ALir=7L/ mnt; kompartemen1
Co=60 mg; Laju ALir=9L/ mnt; kompartemen1
Gambar 5. Pengaruh Laju Alir terhadap Ukuran Flok Sementara dalam Flokulator Prisma
Ukuran flok (x104cm )
450 400 350 300 250 200 150 0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu flokulasi (m enit) Co=120 mg; Laju ALir=9L/ mnt ; kompartemen1
Co=60 mg; Laju ALir=9L/ mnt; kompartemen1
Co=120 mg; Laju ALir=7L/ mnt ; kompartemen1
Co=60 mg; Laju ALir=7L/ mnt; kompartemen1
Gambar 6. Pengaruh Konsentrasi Padatan terhadap Ukuran Flok dalam Flokulator Prisma
1.1.4.
Hubungan Antara Ukuran Flok Akhir dan Gradien Kecepatan
Gambar 7. dan Tabel 4. menunjukkan hubungan antara ukuran flok akhir dan nilai G. Persamaan di bawah ini merupakan bentuk persamaan umum yang menggambarkan hubungan antara ukuran flok akhir dan nilai G. Du = A.G − m (4.) dimana: Du = ukuran (diameter) flok akhir, A = konstanta, m = faktor pengadukan. Kajian terdahulu yang menggunakan Persamaan 4. untuk menerangkan hubungan antara diameter flok akhir dan nilai G adalah Argaman dan Kaufman (1970), Tambo dan Watanabe (1979) dan Setiadi (1985). Kajian tersebut digunakan sebagai pembanding 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0
20
40
60
80
100
120
140
G (s-1) A rgaman & Kaufman (1970)
Tambo & Ho zumi (1979)
Spiral Flo kulato r
Tes Jar
Flo kulato r P risma,120
Flo kulato r P risma,60
Gambar 7. Hubungan antara Ukuran Flok Akhir terhadap Nilai G Tabel 4. Nilai Konstanta A dan m Unit Flokulasi 1. Percobaan Argaman dan Kaufman 2. Percobaan Tambo dan Hozumi 3. Tes Jar 4. Flokulator Spiral 5. Flokulator Prisma 6. Flokulator Prisma
Co (mg/ L) 25 40 50 50 60 120
A 0,34 0,42 0,40 0,19 0,11 0,11
m 0,686 0,689 0,696 0,389 0,261 0,257
R2 0,9964 0,9806 0,7614 0,8982 0,9563 0,9325
Nilai m yang diperoleh dalam kajian sekarang lebih rendah dibandingkan dengan kajian pembanding. Hal ini menunjukkan bahwa faktor pengadukan pada flokulator prisma relatif lebih rendah dibandingkan dengan faktor pengadukan pada flokulator batch, tes jar dan flokulator spiral. Nilai m yang rendah ini karena flokulator prisma menggunakan susunan dan panjang tabung yang bervariasi untuk menimbulkan adanya efek pengadukan. Semakin tinggi efek pengadukan maka semakin rendah ukuran flok akhir. Hal ini dapat dilihat dari Persamaan 4. dimana ukuran flok akhir berbanding terbalik dengan nilai G.
4.1.2. Densitas Efektif Flok dalam Flokulator Prisma Densitas flok adalah salah satu faktor penting dalam perancangan flokulator. Untuk keberhasilan pengolahan selanjutnya seperti sedimentasi dan filtrasi, flok harus mudah terendapkan dan terpisahkan. Tambo & Watanabe (1979) dan Lagavanker & Gemmel (1968) menghubungkan densitas flok dan ukuran flok dan menemukan hubungan yang sama, meskipun mereka bekerja secara terpisah. Persamaan yang menghubungkan antara ukuran flok dan densitas adalah sebagai berikut: ρe = ρf − ρw = a.D−α
dimana
ρf ρw ρe a, α D
(5.) 3
= densitas flok (g/cm ) = densitas air (g/cm3) = densitas efektif flok (g/cm3) = konstanta = ukuran (diameter) flok (cm)
Tambo & Watanabe (1979) melaporkan bahwa konstanta pada persamaan di atas dipengaruhi secara berarti oleh rasio ALT. Rasio ALT adalah perbandingan antara dosis konsentrasi ion alum terhadap konsentrasi partikel tersuspensi. Perhitungan rasio ALT dalam kajian sekarang, dengan menggunakan dosis koagulan alum sebesar 20 mg/ L, untuk konsentrasi padatan dalam umpan 120 mg/ L adalah 1/76 dan untuk konsentrasi padatan dalam umpan 60 mg/ L adalah 1/38. Dengan menggunakan rasio ALT yang telah dihitung maka nilai konstanta (a dan α) dapat ditentukan dengan menggunakan Gambar 8 Menurut Tambo & Watanabe Persamaan 5. dapat ditulis ulang untuk kajian sekarang menjadi Persamaan 3. dan 4. ρe = 13,6.10 −4.D−0,95 (6.) −4 −1,11 ρe = 9,5.10 .D (7.) 3 dimana ρe = densitas efektif flok (g/cm ), D = ukuran (diameter) flok (cm) Gambar 9. menunjukkan hubungan antara ukuran flok dan densitas efektif flok, dimana garis tebal pada gambar adalah garis persamaan Tambo dan Watanabe. Nilai hasil percobaan menunjukkan bahwa garis persamaan Tambo dan Watanabe berada sedikit di bawah persebaran data dalam kajian ini.
Gambar 8. Hubungan antara Rasio ALT dan Konstanta a dan α (Tambo & Watanabe, 1979)
Densitas flok efektif (x103g/ cm 3)
100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 150
200
250
300
350
400
450
500
Ukuran flok (x104cm )
Gambar 9.a. Hubungan antara Ukuran Flok dan Densitas Efektif Flok dalam Flokulator Prisma (Co = 120 mg/ liter)
Densitas flok efektif (x103g/ cm 3)
100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 150
200
250
300
350
400
450
500
4
Ukuran flok (x10 cm )
Gambar 9.b. Hubungan antara Ukuran Flok dan Densitas Efektif Flok dalam Flokulator Prisma (Co = 60 mg/ liter)
Dalam kajian sekarang, Persamaan 6. dan 7. dapat ditulis ulang sesuai ketersebaran data yang ada menjadi Persamaan 8. untuk konsentrasi padatan dalam umpan 120 mg/ liter dan Persamaan 9. untuk konsentrasi padatan dalam umpan 60 mg/ liter. ρe = 22,8.10 −4.D−0,82 (8.) −4 −1,09 ρe = 10, 4.10 .D (9.) 3 dimana ρe = densitas efektif flok (g/cm ) D = ukuran (diameter) flok rata – rata (cm) Untuk konsentrasi padatan dalam umpan 60 mg/ liter, perbedaan nilai konstanta yang diperoleh pada Persamaan 7. dan 9. tidak berbeda secara berarti. Hal ini menunjukkan
bahwa hubungan antara densitas flok efektif dan ukuran flok rata – rata hanya dipengaruhi oleh rasio ALT seperti yang telah dikemukakan oleh Tambo dan Watanabe (1979) pada percobaan mereka. Untuk konsentrasi padatan dalam umpan 120 mg/ liter, nilai konstanta yang diperoleh pada Persamaan 6. berbeda dengan nilai konstanta pada Persamaan 8. Hal ini menunjukkan bahwa hubungan antara densitas flok efektif dan ukuran flok rata – rata tidak hanya dipengaruhi oleh rasio ALT saja seperti yang dikemukakan oleh Tambo dan Watanabe (1979). Faktor – faktor lainnya yang dapat mempengaruhi hubungan antara densitas flok efektif dan ukuran flok rata- rata adalah pH dan alkalinitas dari air kran yang digunakan. Densitas flok efektif (x103g/ cm 3)
80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0
5
10
15
20
25
30
Waktu flokulasi (m enit) Co=120mg; Q=9L/mnt; Kompartemen1
Co=120mg; Q=9L/ mnt ; Kompartemen2
Co=120mg; Q=9L/mnt; Kompartemen3
Gambar 10. Hubungan Densitas Flok dan Waktu Flokulasi dalam Kompartemen yang berbeda
Tambo dan Watanabe menunjukkan bahwa densitas flok turun karena kenaikan ukuran flok. Bagaimanapun, dalam kajian sekarang diamati bahwa Persamaan 6. dan 7. berlaku dalam fasa pertumbuhan flok. Pada keadaan tunak, densitas flok makin bertambah (Gambar 10.). Setelah mencapai kesetimbangan, semakin lama waktu flokulasi maka semakin besar densitas efektif flok meskipun ukuran flok relatif konstan. Hal ini merupakan besaran pengendapan yang baik karena hal ini akan mengurangi waktu pengendapan. 4.2. Kinetika Pertumbuhan Flok Selama Proses Flokulasi Boadway (1978) mengemukakan persamaan berikut untuk memperkirakan kinetika pertumbuhan flok pada waktu flokulasi yang berbeda. Persamaan tersebut adalah sebagai berikut: dD = K1 .Co .G.D1 +α − K2 .G2 .D1 +β dt
(10.)
dimana D = ukuran flok (diameter) rata – rata (cm) K1, K2, α, β = konstanta Pada nilai G dan konsentrasi padatan tersuspensi yang konstan, persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi: dD = k1 .D1 +α − k2 .D1 +β dt
(11.)
Nilai 1/(β−α) sebanding dengan nilai m pada Persamaan 4. Nilai α dapat dihitung dari Persamaaan 8. dan 9. dan nilai m diperoleh dari Tabel 2. Tabel 5. Nilai Konstanta m, α, dan β m
α
β
60
0,261
1,09
4,92
120
0,257
0,89
4,71
Konsentrasi Padatan dalam Umpan (mg/ L)
Program Komputer Matlab 5,3 ditulis untuk menentukan konstanta k1 dan k2 dalam Persamaan 11. Nilai konstanta k1 dan k2 ditentukan dengan menggunakan trial and error sampai didapatkan profil kurva pertumbuhan flok hasil simulasi mendekati letak data percobaan dalam kurva tersebut. Tabel 6. Nilai konstanta k1 dan k2 Konsentrasi Padatan Laju Alir Umpan Tersuspensi (mg/ L) ( L/ menit) 5
Kompartemen
k1
k2
1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
0,02 0,02 0,03 0,03 0,02 0,03 0,02 0,04 0,04 0,80 0,85 1,41 0,81 1,32 1,09
3539,2 5079,8 7522,7 7834,5 4518,0 11325,5 4568,0 10786,8 17920,0 11704,2 13219,3 34233,3 12844,2 25113,3 26368,3
7
120
9 7 60 9
Hubungan antara nilai k1 dan G diberikan oleh persamaan berikut: k1 = (K3 .Co ).G + b
(12.)
Nilai K3 bervariasi untuk Co yang berbeda. Jadi nilai K3 bergantung pada konsentrasi padatan (rasio ALT). Tabel 7. Nilai Konstanta K3 dan b K3
b
Korelasi
120
3,33
0,0090
0,4974
60
176,67
0,4753
0,3622
Co (mg/ L)
Hubungan antara nilai k2 dan nilai G diberikan oleh persamaan berikut: k2 = K2 .G γ
(13.)
Boadway mendapatkan γ sama dengan dua dan kajian flokulator prisma memperoleh nilai γ sama dengan 1,52 (Co = 120 mg/ L) dan 1,45 (Co = 60 mg/ L). Nilai γ pada kajian flokulator prisma lebih rendah daripada pada kajian Boadway. Hal ini menunjukkan bahwa peranan nilai G pada flokulator prima kurang dominan dibandingkan pada kajian Boadway dan ini disebabkan karena rendahnya nilai G pada flokulator prisma untuk percobaan ini. Tabel 4.8. Nilai Konstanta K2 dan γ K2
γ
Korelasi
120
20,51
1,52
0,7379
60
61,14
1,45
0,7275
Co (mg/ L)
Dari hasil pembahasan maka Persamaan 10. dapat diubah menjadi persamaan 14. dD = (K3 .Co .G + b ) .D1 +α − K2 .G γ .D1 +β dt
(14.)
DAFTAR PUSTAKA Betz Laboratories, “Betz Handbook Of Industrial Water Conditioning”, 9th ed., Inc., USA, 1991 Boadway, John. D., “Dynamics of Growth And Breakage of Alum Floc In Presence of Fluid Shear“, Journal of The Environmental Engineering Division, 901–915, 1978 Camp, T. R., “Flocculation and Flocculation Basins”, Trans. ASCE, 120:1, 1955 Gmachowski, Lech, “Flow Drag In Poly disperse Systems“, Water Research, vol. 32 no. 9, 26552659, 1998 Gregory, J., “Flocculation Test Methods”, Effluent and Water Treatment Journal, vol. 23, no.5, 199-225, 1983 Jackson, Ganies B., “Applied Water and Spentwater Chemistry. A Laboratory Manual“, Van Nostrand Reinhold, New York, 1993 Lagavanker, A. L., and Gemmel R. S., “A Size Density Relationship For Flocs”, J. Am. Wat. Wks. Ass. 9, 1040, 1968 Lawier, Desmond F., Edmundo Izureita, and Chien-Ping Kao, “Changes in Particle Size Distributions on Batch Flocculation“, Researh and Technology Journal AWWA, 604-612, 1983 McConnachie, G. L., and J. Liu, “Design Of Baffled Hydraulic Channels For Turbulence Induced Flocculation“, 1886-1896 Mhaisalkar, V.A., R. Paramisivan, and A.G. Bhole, “Optimizing Phisycal Parameters of Rapid Mix Design For Coagulation- Flocculation of Turbid Water“, Water Research, vol. 25, no.1, 43-52, 1991 Reynold, Tom D., “Unit Operations and Processes in environmental Engineering” , Wadsworth, Inc., California, 1982 Rushton, J.H., and Mahoney, L. H., “Mixing Power and Pumpage Capacity”. Annual Meeting of AIME, 15 February 1954, New York Stevenson, D. G., “Flow and Filtration Through Granular Media- The Effect of Grain and Particle Size Dispersion”, Water Research, vol. 31, no. 2, 310-322 , 1997 Sundstrom, Donald W., and Herbert E. Klei, “Wastewater Treatment“, Prentice- Hall, Inc., New Jersey, 1979 Tambo, N. and H. Hozumi, “Physical Aspect of Flocculation Process-I : Contact Flocculation”, Water Research, vol. 13, 441-448, 1979 Tambo, Norihito and Yoshimata Watanabe., “Physical Characteristics of Floc – I : The Floc Density Function and Aluminium Floc“, Water Research, vol. 13, 409-419, 1979
Tambo, Norihito and Yoshimata Watanabe., “Physical Aspect of Flocculation Process-I : Fundamental Treatise”, Water Res., 13, 429-439, 1979 Tambo, Norihito and Yoshimata Watanabe., “Physical Aspect of Flocculation Process- III : Flocculation Process in Continuous Flow Flocculator With A back Mix Flow”, Water Research, vol. 18, no. 6, 695-707, 1984 Setiadi, Tjandra, “Flocculation Study On Spiral Flocculator“, Thesis, Asian Institut of Technology, Thailand, 1985 Vold, M. J., “Computer Simulation of Floc Formation In a Colloidal Suspension”, J. Colloid Sci., 18, 684, 1963 Wu, R. M., and D. J. Lee, “Hydrodynamic Drag Force Exerted On A Moving Floc And Its Implication To Free-Settling Tests”, Water Research, vol. 32, no. 3, 760-768, 1998
