STUDI EFEKTIVITAS LAMELLA SEPARATOR DALAM PENGOLAHAN AIR SADAH

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011

STUDI EFEKTIVITAS LAMELLA SEPARATOR DALAM PENGOLAHAN AIR SADAH Oktavina G. LP Manulangga1), Wahyono Hadi2) Program Pascasarjana, Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya Email: [email protected]), [email protected])

ABSTRAK Lamella separator sangat efektif untuk pengolahan air minum, dan telah dilakukan penelitian pendahuluan dengan melakukan modifikasi pada kompartemen tengah dengan penambahan baffle untuk pengadukan lambat, dapat meningkatkan efesiensi sampai dengan 76% untuk kekeruhan (awal = 39,3 FTU dan konsentrasi akhir = 9,43 FTU) dan 66% untuk PV (konsentrasi awal = 42,72 mg/L) dan konsentrasi akhir = 14,26 mg/L). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui keefektifan lamella separator yang dimodifikasi dalam menurunkan kesadahan dan kekeruhan pada air baku. Penelitian diawali dengan menganalisis air kran di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS, untuk mengetahui kadar kesadahan total, Ca 2+, Mg2+, CO2 dan HCO3sebagai model air sadah buatan yang akan dijadikan sebagai air baku dengan konsentrasi 1000 mg/L CaCO3. Reaktor yang digunakan adalah lamella separator dengan volume 180 L, dilakukan runnning test terhadap lamella separator dengan variasi debit 4,5 L/menit, 2,25 L/menit, dan 1,125 L/menit, kemudian dilakukan analisis korelasi untuk parameter kesadahan total , Ca2+, Mg2+, pH dan kekeruhan. Bahan kimia yang digunakan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3). Kondisi optimum lamella separator terjadi pada debit 1,125 L/menit, dengan nilai kesadahan total 107,130 mg/L (removal 89,287 %), kesadahan kalsium (Ca2+) 71,420 mg/L (removal 59,527 %), kesadahan magnesium (Mg2+) 35,710 (removal 29,760 %), kekeruhan 0 FTU (removal 100 %). Kata kunci: Lamella Separator, Kapur (CaO), Abu soda (Na2CO3), Kesadahan, Air Sadah Buatan.

PENDAHULUAN Air dengan kualitas yang baik, harus memenuhi syarat secara fisik, kimia, dan bakteriologis. Daerah dengan kondisi tanah berkapur, mempunyai air tanah dengan tingkat kesadahan yang tinggi. Hal ini terjadi karena air tanah mengalami kontak dengan batuan kapur yang ada pada lapisan tanah yang dilalui air. Kesadahan air disebabkan adanya ion – ion Ca2+ dan Mg2+. Standar kesadahan menurut Per MENKES RI, 2010, batas maksimum kesadahan air minum yang dianjurkan yaitu 500 mg/L CaCO3. Bila melewati batas maksimum maka harus diturunkan. Masalah yang timbul karena tingginya tingkat kesadahan air antara lain adalah dalam penggunaan air rumah tangga mengakibatkan konsumsi sabun lebih banyak dikarenakan sabun menjadi kurang efektif. Air sadah dapat memproduksi kerak pada pipa air panas, pemanas, dan unit lainnya yang suhu materialnya bertambah sehingga dapat menyebabkan kerusakan pada peralatan industri. Pada penelitian ini menggunakan air sadah buatan sebesar 1000 mg/L CaCO3. Air baku untuk air sadah buatan menggunakan air kran di Laboratorium Teknik

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011

Lingkungan ITS. Air dianalisis terlebih dahulu untuk mengetahui kesadahan total, Ca 2+, Mg2+, CO2, dan HCO3-. Berdasarkan penelitian yang dilakukan sebelumnya, lamella separator telah dilakukan uji coba untuk mengolah air Kali Bokor dalam menurunkan kadar kekeruhan awal pada penelitian tersebut adalah 39,3 FTU dan PV 42,72 mg/L. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan penambahan tawas dengan konsentrasi 432 ml/menit alat ini mampu menurunkan kadar kekeruhan hingga 76% (konsentrasi awal = 39,3 FTU dan konsentrasi akhir = 9,43 FTU) dan PV 66% (konsentrasi awal = 42,72 mg/L dan konsentrasi akhir = 14,26 mg/L). Dalam penelitian ini, kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) akan ditambahkan dalam proses penurunan kesadahan dengan tujuan untuk membentuk garam – garam Ca2+ dan Mg2+ menjadi bentuk garam – garam yang tidak larut sehingga dapat diendapkan dan dipisahkan dari air. Lamella separator terdiri dari atas tiga kompartemen, sisi kiri dan kanan berfungsi sebagai plate settler dan sisi tengah sebagai ruang inlet. Dalam penelitian ini, lamella separator dimodifikasi sehingga ada bak pengaduk lambat di sisi tengah. Model yang dibuat untuk zona lumpur berbentuk limas, sedangkan untuk plate settler berbentuk biasa (lembaran). Bentuk zona pengendap dan plate settler persegi panjang dan diberikan kemiringan sebesar 60°. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui penurunan kesadahan dan kekeruhan dengan menggunakan lamella separator yang dimodifikasi. METODA Penelitian dan pengujian sampel dilaksanakan di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS. Parameter yang dianalisis adalah pH, kesadahan dan kekeruhan. A. pH

pH menandakan kondisi asam basa air dan untuk pemeriksaan nya dapat menggunakan pH meter. Setiap pH meter yang akan digunakan sebelumnya harus dikalibrasi dengan larutan buffer pH 10. Batas waktu maksimum yang direkomendasikan untuk pengukuran pH air adalah 2 jam. B. Analisis Kesadahan Kesadahan total yaitu jumlah ion – ion Ca2+ dan Mg2+ yang dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA (Ethylen Diamine Tetra Acetic) sebagai titran dan menggunakan indikator EBT (Eriochrom Black R) yang peka terhadap semua kation tersebut. C. Analisis Kekeruhan Untuk analisis kekeruhan digunakan alat smart spectrofotometer dimana satuan yang digunakan adalah FTU (Formazin Turbidity Unit). Pada analisis kekeruhan sampel yang diambil beberapa ml, dan ditaruh dalam satu wadah, kemudian dengan menekan tombol cahaya maka nilai kekeruhan dari sampel akan diketahui berdasarkan nilai cahaya yang dipendarkan oleh partikel – partikel koloid didalamnya. HASIL DAN DISKUSI Hasil Analisis Air Kran Analisis air kran di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS merupakan penelitian awal yang dilakukan untuk mengetahui konsentrasi kesadahan total, kesadahan kalsium (Ca2+), kesadahan magnesium (Mg2+), karbondioksida (CO2), dan bikarbonat (HCO3-)

ISBN : 978-602-97491-2-0

D-4-2

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011

yang terkandung dalam air kran sehingga dapat ditentukan kebutuhan bahan kimia yang diperlukan untuk membuat air sadah buatan sebesar 1000 mg/L CaCO 3. Hasil analisis air kran disajikan pada Tabel 1 Tabel 1 Hasil Analisis Air Kran

Parameter Kesadahan Total Kesadahan Kalsium (Ca2+) Kesadahan Magnesium (Mg2+) CO2 Bikarbonat (HCO3-)

mg/L CaCO3 250 151 99 40 95

Berdasarkan hasil analisis tersebut, kesadahan total yang kurang sebesar 750 mg/L CaCO3. Sehingga untuk mencapai kesadahan total sebesar 1000 mg/L CaCO3, maka: a. Kesadahan kalsium (Ca2+) = 151 x 4 = 604 mg/L CaCO3 b. Kesadahan magnesium (Mg2+) = 99 x 4 = 396 mg/L CaCO3 c. Jadi kesadahan total = Kesadahan Ca2+ + Kesadahan Mg2+ = 604 mg/L CaCO3 + 396 mg/L CaCO3 = 1000 mg/L CaCO3 Analisis Pembuatan Air Sadah Berdasarkan hasil analisis air kran, dapat ditentukan kebutuhan kimia yang dibutuhkan untuk pembuatan air sadah adalah: a. BM CaCl2 = 147 = 1,47 x Ca2+ BM CaCO3 100 = 1,47 x 604 mg/L = 887 mg/L CaCl2 b. BM MgCl2 = 203 = 2,03 x Mg2+ BM CaCO3 100 = 2,03 x 396 mg/L = 803 mg/L MgCl2+ c. BM NaHCO3 = 84 = 0,84 x HCO3 BM CaCO3 100 = 0,84 x 380 mg/L = 319 mg/L NaHCO3

bahan

Kebutuhan bahan kimia dengan kemurnian 60% a. 887 mg/L CaCl2 x (100/60) = 1478 mg/L CaCl2 b. 803 mg/L MgCl2+ x (100/60) = 1338 mg/L MgCl2+ c. 319 mg/L NaHCO3 x (100/60) = 303 mg/L NaHCO3 Berdasarkan hasil perhitungan, bahan kimia tersebut diencerkan dalam 200 L air untuk proses pengolahan dengan Lamella Separator adalah: a. 1478 mg/L CaCl2 x 200 L air = 295600 mg CaCl2 b. 1338 mg/L MgCl2+ x 200 L air = 267600 mg MgCl2+ c. 303 mg/L NaHCO3 x 200 L air = 60600 mg NaHCO3 Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3) Bahan kimia yang akan digunakan adalah kapur (CaO) dan abu soda (Na 2CO3), dimana kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na 2CO3) yang diperlukan ditentukan terlebih dahulu melalui analisis perhitungan yang disajikan pada Tabel 2 ISBN : 978-602-97491-2-0

D-4-3

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011 Tabel 2 Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3)

Air baku Data Analisis Ion (Air Kran) Ca2+ Mg2+ HCO3A 604 396 380

Hasil Perhitungan kadar Molekul Garam

Ca(HCO3)

380

Mg(HCO3)

-

NaHCO3

-

CaY

MgY

224

396

a. Dosis Ca(OH)2

= Dosis Ca(OH)2 mg/L CaCO3 x 37/50 = 776 mg/L CaCO3 x 37/50 = 574,2 mg/L CaCO3 o massa Ca(OH)2 = 574,2 mg/L CaCO3 x 200 L = 114840 mg CaCO3

b. Dosis Na2CO3 o massa Na2CO3

= Dosis Na2CO3 mg/L CaCO3 x 53/50 = 620 mg/L CaCO3 x 53/50 = 657,2 mg/L CaCO3 = 657,2 mg/L CaCO3 x 200 L = 131440 mg CaCO3

Untuk mempercepat reaksi yang sempurna, dosis tersebut ditambah dengan Ca(OH)2 25 mg/L CaCO3 dan Na2CO3 50 mg/L CaCO3 (proses kapur berlebih), adalah: a. Dosis Ca(OH)2 untuk 200 L air 574,2 mg/L CaCO3 + 25 mg/L CaCO3 = 599,2 mg/L CaCO3 massa Ca(OH)2 = 599,2 mg/L CaCO3 x 200 L = 119840 mg CaCO3 b. Dosis Na2CO3 untuk 200 L air 657,2 mg CaCO3 + 50 mg/L CaCO3 = 707,2 mg/L CaCO3 massa Na2CO3 = 707,2 mg/L CaCO3 x 200 L air = 141440 mg CaCO3 Hasil analisis kebutuhan bahan kimia, menunjukkan bahwa untuk mengolah 200 L air sadah memerlukan larutan kapur Ca(OH)2 119840 mg CaCO3 dan abu soda (Na2CO3) 141440 gr CaCO3. Analisis Kebutuhan Kapur (CaO) dan Abu Soda (Na2CO3) Dalam Proses Lamella Separator Analisis kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) dilakukan dengan tujuan untuk mengetahui kebutuhan kapur (CaO) dan abu soda (Na2CO3) yang akan diperlukan dalam proses penurunan kesadahan. a. Dosis Ca(OH)2

= 119840 mg CaCO3 diencerkan dalam 5 L air = 119840 mg CaCO3 5L = 23968 mg/L = 23,968 mg/ml = 25 ml/L

599,2 mg/L CaCO3 23,968 mg/ml Pada debit air 4,5 L/menit, debit Ca(OH)2

= 25 ml/L x 4,5 L/menit = 112,5 ml/menit Pada debit air 2,25 L/menit, debit Ca(OH)2 = 25 ml/L x 2,25 L/menit = 56,25 ml/menit Pada debit air 1,125 L/menit, debit Ca(OH)2 = 25 ml/L x 1,125 L/menit = 28,125 ml/menit

ISBN : 978-602-97491-2-0

D-4-4

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011

b. Dosis Na2CO3

= 141440 mg CaCO3 diencerkan dalam 5 L air = 141440 mg CaCO3 5L = 28288 mg/L = 28,288 mg/ml

707,2 mg/L CaCO3 = 25 ml/L 28,288 mg/ml Pada debit air 4,5 L/menit, debit Na2CO3

= 25 ml/L x 4,5 L/menit = 112,5 ml/menit Pada debit air 2,25 L/menit, debit Na2CO3 = 25 ml/L x 2,25 L/menit = 56,25 ml/menit Pada debit air 1,125 L/menit, debit Na2CO3 = 25 ml/L x 1,125 L/menit = 28,125 ml/menit Dari hasil analisis diketahui bahwa untuk mengolah air sadah sebesar 1000 mg/L CaCO3 dengan debit 4,5 L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH) 2) 112,5 ml/menit dan abu soda (Na2CO3) 112,5 ml/menit, debit 2,25 L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH)2) 56,25 ml/menit dan abu soda (Na 2CO3) 56,25 ml/menit, dan debit 1,125 L/menit memerlukan larutan kapur (Ca(OH)2) sebesar 28,125 ml/menit dan abu soda (Na2CO3) 28,125 ml/menit. Analisis Percobaan Menggunakan Lamella Separator Setelah dilakukan running tes menggunakan lamella separator, maka dilakukan tes laboratorium untuk mendapatkan nilai kesadahan (mg/L CaCO3), sesuai dengan standar analisis yang berlaku. Dari analisis tersebut didapatkan nilai besaran parameter kesadahan yang disajikan pada Tabel 3 Tabel 3 Analisis Penurunan Kesadahan (mg/L CaCO3) Dengan Lamella Separator

Debit Debit Debit (L/menit) (Ca(OH)2) (Na2CO3) (ml/menit) (ml/menit)

4,5

2,25

112,5

56,25

ISBN : 978-602-97491-2-0

Waktu (menit)

112,5

10 20 30 40 50 60

Analisis Kesadahan (mg/L CaCO3) K. Total K. Ca2+ K. Mg2+ 471,372 307,106 164,266 428,520 285,680 142,840 414,236 278,538 135,698 414,236 278,538 135,698 414,236 278,538 135,698 414,236 278,538 135,698

56,25

10 20 30 40 50

285,680 264,402 264,402 264,402 264,402

D-4-5

192,834 185,692 185,692 185,692 185,692

92,846 78,562 78,562 78,562 78,562

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011 Lanjutan Tabel 3 Analisis Penurunan Kesadahan (mg/L CaCO3) Dengan Lamella Separator

Debit Debit Debit (L/menit) (Ca(OH)2) (Na2CO3) (ml/menit) (ml/menit) 2,25 56,25 56,25

28,125

N ila i K e s a d a h a n (m g /L 3C ) aC O

1,125

Waktu (menit)

28,125

60

Analisis Kesadahan (mg/L CaCO3) K. Total K. Ca2+ K. Mg2+ 264,402 185,692 78,562

10 20 30 40 50 60

128,556 107,130 107,130 107,130 107,130 107,130

85,704 71,420 71,420 71,420 71,420 71,420

42,852 35,710 35,710 35,710 35,710 35,710

1200 1000 800 K.Total

600

K.Ca2+

400

K.Mg2+

200 0 Awal

1.125

2.25

4.5

Debit (L/menit) Gambar 1 Grafik Analisis Penurunan Kesadahan (mg/L CaCO3) dengan Lamella Separator Tabel 4 Analisis Removal Kesadahan (%) Dengan Lamella Separator

Debit (L/menit) 4,5

Waktu (menit) 10 20 30 40 50 60

K. Total 52,860 57,148 58,576 58,576 58,576 58,576

10 20 30 40

71,432 73,680 73,680 73,680

2,25

ISBN : 978-602-97491-2-0

D-4-6

Analisis Kesadahan (%) K. Ca2+ K. Mg2+ 34,324 18,536 38,000 19,148 39,386 19,190 39,386 19,190 39,386 19,190 39,386 19,190 47,859 55,254 55,254 55,254

23,573 21,905 21,905 21,905

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011 Lanjutan Tabel 4 Analisis Removal Kesadahan (%) Dengan Lamella Separator

Debit (L/menit) 2,25

Waktu (menit) 50 60

K. Total 73,680 73,680

10 20 30 40 50 60

87,144 89,287 89,287 89,287 89,287 89,287

1,125

Analisis Kesadahan (%) K. Ca2+ K. Mg2+ 55,254 21,905 55,254 21,905 57,515 59,527 59,527 59,527 59,527 59,527

29,629 29,760 29,760 29,760 29,760 29,760

Konsentrasi awal air sadah sebelum dilakukan pengolahan dengan Lamella Separator, memiliki kesadahan total 1000 mg/L CaCO3, kesadahan kalsium (Ca2+) 642,78 mg/L CaCO3, kesadahan magnesium (Mg2+) 361,24 mg/L CaCO3. Dari hasil analisis diatas pada perlakuan Debit 4,5 L/menit, 2,25 L/menit, 1,125 L/menit terlihat bahwa nilai penurunan terbesar dimilki oleh debit 1,125 L/menit, nilai kesadahan total menjadi 107,130 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 89,287% , kesadahan kalsium (Ca2+) 71,420 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 59,527%, kesadahan magnesium (Mg2+) 35,710 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 29,760 %. Nilai bilangan Reynold pada debit pengolahan 4,5 L/menit menjadi 0,0686 NRe, debit 2,25 L/menit menjadi 0,0342 NRe dan debit 1,125 L/menit menjadi 0,0163 NRe. Hal ini terlihat bahwa bilangan Reynold kurang dari 1000, sehingga alirannya akan laminar dan memenuhi syarat untuk mengendap. Tabel 5 Analisis pH dan Kekeruhan Menggunakan Lamella Separator

Debit (L/menit)

4,5

2,25

Debit (Ca(OH)2) (ml/menit)

Debit (Na2CO3) (ml/menit)

112,5

56,25

ISBN : 978-602-97491-2-0

Waktu (menit)

pH

Kekeruhan (FTU)

112,5

10 20 30 40 50 60

7,87 7,86 7,86 7,84 7,86 7,88

4 1 0 0 0 0

56,25

10 20 30 40 50 60

7,51 7,52 7,51 7,51 7,52 7,50

2 0 0 0 0 0

D-4-7

Prosiding Seminar Nasional Manajemen Teknologi XIII Program Studi MMT-ITS, Surabaya 5 Pebruari 2011 Lanjutan Tabel 5 Analisis pH dan Kekeruhan Menggunakan Lamella Separator

Debit (L/menit)

1,125

Debit (Ca(OH)2) (ml/menit)

Debit (Na2CO3) (ml/menit)

28,125

28,125

Waktu (menit)

pH

Kekeruhan (FTU)

10 20 30 40 50 60

7,28 7,24 7,26 7,26 7,28 7,28

1 0 0 0 0 0

Konsentrasi awal air sadah sebelum dilakukan pengolahan dengan lamella separator, memiliki pH 11,32, kekeruhan 16 FTU. Setelah dilakukan pengolahan dengan lamella separator untuk debit pengolahan 4,5 L/menit pada menit ke-60, nilai pH 7,88; kekeruhan 0 FTU dan nilai persentase removal 100%.. Debit pengolahan 2,25 L/menit pada menit ke-60, nilai pH 7,50; kekeruhan 0 FTU dan nilai persentase removal 100%. Debit pengolahan 1,125 L/menit pada menit ke-60, nilai pH 7,28; kekeruhan 0 FTU dan nilai persentase removal 100%. KESIMPULAN Kesimpulan dari penelitian ini adalah: Nilai penurunan terbesar adalah dengan debit 1,125 L/menit, nilai kesadahan total menjadi 107,130 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 89,287 % , kesadahan kalsium (Ca2+) 71,420 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 59,527 %, kesadahan magnesium (Mg2+) 35,710 mg/L CaCO3 dan nilai persentase removal sebesar 29,760 %. Nilai kekeruhan 0 FTU dan nilai persentase removal 100%. Pada kondisi tersebut nilai bilangan Reynold pada debit 1,125 L/menit menjadi 0,0163 NRe. DAFTAR PUSTAKA Alaerts, G. dan Santika, Sri S. (1978). Metoda Penelitian Air, Usaha Nasional Surabaya. Bakti, H. (1995). Pelatihan Penyehatan Air. Jakarta. Departemen Kesehatan RI. Lawrence K. Wang,Yung-Tse Hung, dan Nazih K. Shammas. 2005. Physicochemical treatment Processes. Humana Press. New Jersey. Said, I dan Ruliasih. (2008). Penghilangan Kesadahan Di Dalam Air Minum. Hal. 387- 442 Reynolds, Tom D dan Richards, Paul A. (1996). Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company, Boston. Sawyer, Clair N., McCarty, Perry L. dan Parkin, Gene F. (1994). Chemistry for Environmental Engineering, 4th edition, McGraw-Hill Inc. New York.

ISBN : 978-602-97491-2-0

D-4-8