PENINGKATAN OKSIGEN TERLARUT (AERASI) DENGAN MENGGUNAKAN PIPA – U Ratni Dewi, ST dan Ratna Sari, ST, MT Jurusan Teknik Kimia – Politeknik Negeri Lhokseumawe
Abstract Water is an essential substance in the human daily life. One of the criteria of healthy water is represented by its dissolved oxygen content. In this research, the water used came from the drilled well and after being treated hopefully the dissolved oxygen in the water will increase. Dissolved oxygen contained in water originated from the air and from the photosynthesis process of water plants. The capability of oxygen to dissolve in water are effected by temperature, barometric air pressure or high and the mineral content in the water. This research‘s goal is to anylize dissolved oxygen content in the water after being treated to several different variables such as pipe length, air flow velocity and water flow velocity. From the interaction of these variable we will find which variable is most significant. The outcome of the the research show that air flow velocity has an influence on the dissolved oxygen content in which the higher the air flow velocity, dissolved oxygen in the water is increase. Water flow velocity has a significant influence on dissolved oxygen content where the lower the water flow velocity will increase the dissolved oxygen in the water.
Key Word : Dissolved Oxygen
1. Pendahuluan Pencemaran air merupakan masalah yang dihadapi dunia dewasa ini, terutama di negara industri. Indonesia yang sedang mempersiapkan diri sebagai suatu negara industri juga tidak luput dari pencemaran ini, terutama disebabkan oleh buangan-buangan industri yang tidak memenuhi standar buangan industri yang diizinkan pemerintah. 1.1 Latar Belakang Penelitian Air mutlak diperlukan oleh mahluk hidup dan dapat dikatakan pula bahwa ada suatu ketergantungan antara mahluk hidup dengan air, sehingga terciptalah apa yang disebut dengan siklus yang saling terkait. Di sisi lain oksigen merupakan suatu faktor pembatas dalam penentuan kehadiran mahluk hidup, sedangkan air mutlak dibutuhkan oleh mahluk hidup untuk mempertahankan hidupnya dan tergantung pada jumlah oksigen terlarut. Dalam hubungannya dengan air berbagai usaha manusia telah dilakukan untuk mengolah air sehingga dapat memenuhi kebutuhan manusia. Salah satu pengolahan air tersebut adalah dengan meningkatkan kadar oksigen terlarut (Dissolved Oxygen) dalam air. Pengolahan ini dapat dilakukan dengan cara injeksi langsung gas oksigen murni atau dapat pula dengan cara aerasi yang menggunakan udara bebas di sekitar kita sebagai bahan bakunya. Cara terakhir ini disamping tidak memerlukan biaya yang besar juga bahan bakunya mudah sekali didapat. 1.2 Tujuan Penelitian
Salah satu pengolahan air yang dilakukan dalam penelitian ini yaitu dengan cara aerasi dalam pipa-U. Adapun tujuan penelitian ini mencari besarnya kadar oksigen terlarut (DO) serta faktor-faktor interaksi dari panjang pipa, kecepatan aliran air, dan kecepatan aliran udara. Dari faktor-faktor interaksi tersebut kemudian dapat diketahui faktor mana yang paling berpengaruh. 2. Oksigen Terlarut (Dissolved Oxygen) Oksigen terlarut di dalam air berasal dari udara dan dari proses fotosintesa tumbuh-tumbuhan air. Kemampuan air untuk membersihkan pencemaran secara alamiah banyak tergantung kepada cukupnya kadar oksigen terlarut. Kelarutan oksigen terlarut di dalam air tergantungkepada temperatur, tekanan barometrik udara atau ketinggian tempat dan kadar mineral di dalam air (Tirtotjondoro, 1981). DO (Dissolved Oxygen) merupakan gas terlarut yang sedikit sekali di dalam air, mempunyai daya kelarutan (Solibility) sekitar 9,2 mg/l pada suhu 20 C dan tekanan udara sekitar 760 mmhg (1 atm). Jika temperatur bertambah dan tekanannya berkurang maka kelarutan oksigen berkurang (G.Alaerts,1984). Untuk lebih jelasnya pada tabel berikut ini dapat dilihat hubungan antara kadar kejenuhan oksigen pada air (air leding) dan suhu serta tekanan udara sekitarnya. Tabel 1 Hubungan antara Kadar kejenuhan oksigen pada air leding dan suhunya. Suhu Kadar Kejenuhan O2 Suhu Kadar Kejenuhan O2 (o C) (mg O2/l) (o C) (mg O2/l) 0 14,6 5 12,8 10 11,3 15 10,2 20 9,2 Sumber : Alaerts,1984.
25 30 35 40 45
8,4 7,7 7,1 6,5 6,0
Jelaslah disini bahwa permasalahan bagi kita ialah bahwa kehidupan dalam air selalu menuntut akan tercukupinya oksigen yang terlarut di dalam air. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, maka akan menyebabkan keadaan anaerobik. Keadaan ini tidak diinginkan karena dapat menyebabkan warna hitam pada air dan menimbulkan bau (Rao,1979). 3. Pengolahan Air Pada dasarnya pengolahan air dapat dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu pengolahan pendahuluan (pre-treament), pengolahan tahap pertama (primary-treatment), pengolahan tahap kedua (secondary treatment) dan pengolahan lebih lanjut. (Sugiarto, 1987). Pengolahan tahap pertama hanya dapat mengurangi padatan yang mengapung dan mengendap, sehingga penurunan BOD yang dapat dicapai hanya 30-35 %. Penurunan BOD lebih lanjut memerlukan pengolahan tahap kedua. (Djumarman, 1987). Pengolahan tahap kedua umumnya mencakup proses biologis untuk mengurangi bahan-bahan organik melalui mikroorganisme yang ada di dalamnya. Terdapat dua hal yang penting dalam proses biologis ini, antara lain : a. Proses penambahan oksigen (aerasi) b. Proses pertumbuhan bakteri
Disini hanya akan dijelaskan proses penambahan oksigen (aerasi). 4. Proses Penambahan Oksigen Pada hakekatnya terdapat dua cara untuk menambahkan oksigen ke dalam air yaitu : a. Memasukkan udara ke dalam air b. Memaksa air ke atas untuk berkontak dengan oksigen. 4.1 Memasukkan Udara ke dalam air. Proses memasukkan udara atau oksigen murni ke dalam air melalui benda porous (berongga) atau nozel. Apabila nozel diletakkan di tengah-tengah, maka akan meningkatkan kecepatan berkontaknya gelembung udara tersebut dengan air, sehingga proses pemberian oksigen akan berjalan lebih cepat. Oleh karena itu, biasanya nozel ini diletakkan pada dasar bak aerasi. Udara yang dimasukkan berasal dari udara luar yang dipompakan ke dalam air oleh pompa tekan.(Sugiarto, 1987). 4.2 Memaksa Air ke atas untuk berkontak dengan oksigen Cara pengontakan air dengan oksigen melalui pemutaran baling-baling yang diletakkan pada permukaan air. Akibat dari pemutaran ini, air akan terangkat ke atas dan akan berkontak langsung dengan udara sekitarnya. 4. Jenis-Jenis Aerasi Berdasarkan mekanisasi dari aerasi, aerator dapat dibagi jenisnya sebagai berikut : a. Spray Aerator b. Waterfall atau miltiple Tray Aerators. c. Cascade Aerators. d. Difussed Air Aerators. e. Mechanical Aerators. Dalam penelitian ini dipakai jenis difussed Air Aerators. Difussed Air Aerator dklasifikasikan atas tiga katagori, yaitu : - Porous (berongga) - Non Porous (tidak berongga) - Alat Alat perlengkapan aerasi lainnya.
Tabel 2 Deskripsi dari alat-alat Pendiffusian Udara. Jenis Diffuser atau Efisiensi Perpindahan Deskripsi Peralatannya Berongga : Pelat Tinggi Pelat keramik persegi dipasang pada pegangan tetap di lantai tangki. Kubah Tinggi Difuser keramik yang berbentuk kubah dipasang di pipa-pipa distribusi udara dekat lantai tangki. Tabung Tinggi Difuser berbentuk tabungyang menggunakan media keramik yang kaku (keras) atau plastik yang fleksibel
dipasang di pipa-pipa distribusi udara. Tidak berongga : Tabung bercelah
Rendah
Orifice berkatup
Rendah
Peralatan Lainnya: Aerasi Jet
Tinggi
Tabung (Pipa) U
Tinggi
Tabung stainless steel yang mempunyai lubang-lubang dan celah-celah untuk memberikan selaput aliran udara difusi yang luas. Peralatan ini memakai katup cegah (check Valve) untuk mencegah aliran balik ketika udara ditutup. Diletakkan di pipa distribusi udara. Peralatan yang mengeluarkan campuran cairan yang dipompa dan udara yang dikompres melalui nozel. Udara yang dikompres di keluarkan ke dalam kaki bagian bawah dari poros vertikal dalam.
Sumber : Tchobanoglous, 1985. 5. Analisa Oksigen Terlarut Ada dua metode yang banyak digunakan untuk analisa oksigen terlarut, yaitu : - Metode titrasi dengan cara Winkler - Metode Elektrokimia, dengan DO-meter yang menggunakan sebuah elektroda membran 5.1 Metode Titrasi dengan Cara Winkler Oksigen di dalam sampel akan mengoksidasi MnSO4yang ditambahkan dalam larutan pada keadaan alkalis, sehingga terjadi endapan MnO2 (reaksi 1). Dengan penambahan asam sulfat dan kalium iodida maka akan dibebaskan iodin yang ekuivalen dengan oksigen terlarut (reaksi 2). Iodin yang dibebaskan tersebut kemudian dianalisa dengan metode titrasi iodometris yaitu dengan larutan standar tiosulfat dengan indikator kanji (reaksi 3) (Alaerts, 1989). MnSO4 + 2KOH ------------ Mn(OH)2 + K2SO4 Mn(OH)2 + ½ O2 ------------ MnO2 + H2O MnO2 + KI + 2 H2O ------------ Mn(OH)2 + I3 + KOH I2 + 2S2O32------------ S4O62- + 2IPengambilan sampel secara baik harus diperhatikan. Sampel air untuk keperluan analisa oksigen terlarut dituangkan dengan hati-hati (mencegah masuknya udara) ke dalam botol khusus, biasanya disebut botol Winkler. Botol tersebut harus terisi penuh dengan air, dan tidak boleh ada gelembung udara yang terperangkap di dalamnya.(Tirtotjondro, 1981). 5.2 Analisa Oksigen Terlarut dengan menggunakan DO-meter. Pengukuran dengan metode ini dilakukan dengan metode elektrokimia yang pada prinsipnya menggunakan elektroda yang terdiri katoda dan anoda yang terendam dalam larutan elektrolit (larutan garam). Pada DO-meter, elektroda ini terdiri dari katoda Ag dan anoda Pb atau Au. Sistim elektroda ini dilindungi dengan membran plastik tertentu yang bersifat semi permeabel
terhadap oksigen dan hanya O2 yang dapat menembus membran tersebut. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam elektroda adalah sebagai berikut : Katoda : O2 + 2 H2O + 4e- ------------ 4 OHAnoda : Pb + 2 OH- ------------ PbO + H2O + 2eAliran listrik yang terjadi antar katoda dan anoda tergantung dari jumlah oksigen yang tiba pada katoda. Difusi oksigen dari air ke elektroda yang menembus membransebanding dengan konsentrasi oksigen terlarut dalam sampel. Aliran listrik tersebut disebabkan oleh adanya perpindahan elektron. (Alaerts,1989). 6. PEMBAHASAN a. Pengaruh Panjang Pipa. Pada penelitian ini dipakai variasi panjang pipa yaitu 1,5 m, 1,25 m, dan 1 m. Dari hasil perhitungan secara statistik, ternyata variabel panjang pipa mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap hasil oksigen terlarut. Hal ini diperjelas pada grafik 1, 2 dan 3 terlampir. Pada panjang pipa 1,5 m yang merupakan pipa terpanjang, hasil oksigen terlarut lebih tinggi dibandingkan dengan panjang pipa 1 m dan 1,25 m. Hal ini dikarenakan semakin panjang suatu pipa maka semakin lama waktu kontak antara udara dengan air di dalam pipa. b. Pengaruh Laju Alir Udara Laju alir udara divariasikan dari 5 l/min sampai 31,2 l/min. Dari data hasil perhitungan statistik, terbukti adanya pengaruh laju alir udara terhadap oksigen terlarut. Hubungan tersebut terlihat pada grafik 1 sampai 6 (terlampir). Dari grafik semakin tinggi laju alir udara semakin tinggi pula oksigen terlarut yang dihasilkan. Hal ini disebabkan semakin tinggi laju alir udara, maka tekanan udara dalam pipa akan semakin besar, ini sesuai dengan pernyataan Alaerts (1984). Tetapi pada laju alir 24,8 l/min sampai 31,2 l/min kenaikan oksigen terlarut sedikit sekali karena oksigen terlarut yang terkandung dalam air sudah mendekati kejenuhan. c. Pengaruh Laju Alir Air. Dari uji Statistik, Laju alir air mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap hasil oksigen terlarut dan hal ini diperjelas pada grafik 4, 5, 6. Dari grafik tersebut diperlihatkan semakin rendah laju alir air maka kadar oksigen terlarut yang dihasilkan semakin besar. Hal ini dikarenakan semakin rendah laju alir air dalam pipa akan semakin lama air berada dalam pipa sehingga waktu kontak antara air dan udara menjadi semakin lama.
KESIMPULAN Dari hasil penelitian ini diambil beberapa kesimpulan : 1. Jumlah oksigen terlarut adalah berbanding lurus dengan panjang pipa dan laju alir udara dan berbanding terbalik dengan laju alir air. 2. Interaksi antara panjang pipa dengan laju lair udara dan interaksi laju alir udara dengan laju alir air serta interaksi panjang pipa dengan laju alir mempunyai nilai yang sangat kecil, sehingga tidak saling mempengaruhi terhadap jumlah oksigen terlarut di dalam air setelah diaerasi.
DAFTAR PUSTAKA Alaerts, G, dan Sri Sumantri Santika, “ Metode Penelitian Air”, Usaha Nasional, Surabaya, 1984. Culp, L. Russel, “Handbook of Advented Waste Water Treatment”, New York 1980. Rao, M .N, “Waste Water Treatmen” , New Delhi, 1979. Sugiarto, “ Dasar-Dasar Pengolahan Air Limbah”, UI press, Jakarta, 1987. Tchobanoglous,George, “Waste Water Engineering Treatment Disposal Reuse”, Mc.Graw Hill Inc, New York, 1985.
