Koagulasi dan Flokulasi PDF

Koagulasi adalah proses pengolahan air yang menyebabkan partikel yang sangat kecil saling menarik satu sama lain dan membentuk partikel yang lebih besar dan stabil. Proses: diawali penambahan bahan kimia dengan cara pencampuran cepat pembentuk flok pada air atau menggabungkan padatan kolo...

Koagulasi adalah proses pengolahan air yang menyebabkan partikel yang sangat kecil saling menarik satu sama lain dan membentuk partikel yang lebih besar dan stabil. Proses: diawali penambahan bahan kimia dengan cara pencampuran cepat pembentuk flok pada air atau menggabungkan padatan koloid yang tak stabil dan padatan tersuspensi yang lambat mengendap untuk menghasilkan flok cepat mengendap. FLOKULASI DAN KOAGULASI Flokulasi adalah proses pengolahan air lanjutan koagulasi, yang menggunakan pengadukan lembat untuk membawa partikel tersuspensi sehingga membentuk flok yang lebih besar dan lebih stabil FLOKULASI DAN KOAGULASI Aflikasi flokulasi dan koagulasi Pengolahan air: sedimentasi dan filtrasi pasir cepat. Pengolahan air limbah : menggumpal padat dalam pengolahan fisika-kimia air buangan dan limbah primer atau sekunder. Pengolahan limbah industri : menyatukan padatan dalam air limbah yang memiliki kandungan padatan tersuspensi. FLOKULASI DAN KOAGULASI  Banyak ontaminan dalam air mengandung materi dalam bentuk koloid.  Koloid ini menghasilkan "suspensi" stabil.  Pada umumnya suspensi cukup stabil sehingga gaya gravitasi tidak dapat menyebabkan partikel-partikel koloid mengendap.  Jadi diperlukan perlakuan khusus untuk menyisihkan koloid dari fase cair  destabilisasi koloid disebut "koagulasi". FLOKULASI DAN KOAGULASI FLOKULASI DAN KOAGULASI Tabel waktu pengendapan partikel dng densitas 2650 kg/m3 Diameter Jenis Waktu (m) partikel pengendapan jarak 30 cm 1 x 10-2 Kerikil 0,3 s 1 x 10-3 pasir kasar 3s 1 x 10-4 Finesand 38 s 1 x 10-5 Lumpur 33 mnt 1 x 10-6 Bakteri 35 jam 1 x 10-7 tanah liat 230 hari 1 x 10-8 koloid 63 tahun FLOKULASI DAN KOAGULASI Prinsip partikel permukaan air dibedakan berdasarkan ukuran yang secara umum diklasifikasikan adalah: Molekul ukuran lebih kecil dari 1 nm Koloid umumnya : dimensi antara 1 nm dan 1 mm Zat tersuspensi memiliki ukuran lebih besar dari 1 m. Koloid: pada air permukaan umunya dalam adalah asam humus, protein, koloid tanah liat, silika dan peduli virus. Zat terspensi: Bakteri, ganggang, lumpur, pasir dan sisa organik. Zat tersuspensi: bila lebih besar dari 5-10 mm mudah disisihkan dengan penyaringan atau sedimentasi dan filtrasi. Penyisihan koloid dapat juga dengan saringan lambat dalam kasus air yang sedikit tercemar. FLOKULASI DAN KOAGULASI FLOKULASI DAN KOAGULASI. Perilaku koloid dalam air sangat dipengaruhi oleh muatan elektrokinetiknya. Kebanyakan secara alami, setiap partikel koloid di alam biasanya bermuatan negatif, menyebabkan partikel yang berdekatan saling tolak dan mencegah aglomerasi efektif dan flokulasi. Akibatnya, muatan koloid cenderung tetap terpisah, tersebar, dan tersuspensi. FLOKULASI DAN KOAGULASI Di sisi lain, jika muatan secara signifikan dikurangi atau dihilangkan, maka koloid akan dapat berkumpul bersama. Pertama membentuk kelompok-kelompok kecil, agregat kemudian yang lebih besar dan akhirnya menjadi partikel flok terlihat yang menetap cepat dan mudah disaring FLOKULASI DAN KOAGULASI Kesetabilan Koloid Lapisan yang dibentuk ion positif ditarik ke koloid yang bermuatan negatif oleh kekuatan elektrostatik. Lapisan ini disebut lapisan stern atau lapisan tetap (fixed layer). Lapisan ini dikelilingi oleh lapisan difus bergerak dari ion lawan namun dengan konsentrasi yang lebih rendah dari itu di lapisan tetap. Dua lapisan membentuk apa yang disebut teori lapisan ganda (double layer theory). · Permukaan antara dua lapisan yang disebut permukaan geser (shear surface). Ketika koloid bergerak maka lapisan tetap (fixed layer ) bergerak juga. · Muatan positif melekat pada koloid di lapisan stern tidak cukup untuk menetralkan muatan negatif koloid tersebut. Jadi ada potensi listrik sekitar koloid · Potensi Listrik di permukaan geser disebut potensial Zeta yang merupakan ukuran dari gaya tolak dari koloid untuk koloid lain yang memiliki muatan yang sama. FLOKULASI DAN KOAGULASI Ada dua gaya yang bekerja pada koloid: 1) Gaya tolak elektrostatik koloid negatif mengusir koloid bermuatan negatif lainnya 2) Gaya tarik menarik antar molekul, atau van der Waals Gambar A: Menggambarkan dua kekuatan utama Gambar B: Gaya muatan partikel dimana kekuatan tolakan melebihi kekuatan tarik FLOKULASI DAN KOAGULASI  Gambar A FLOKULASI DAN KOAGULASI  a : koloid stabil b : penambahan koagulan menetralkan muatan double layer c : aglomerasi partikel terdestabilkan  jembatan polimer Gambar B FLOKULASI DAN KOAGULASI Flokulasi (Pembentukan flok/gumpalan) Setelah destabilisasi (yaitu koagulasi), partikel akan siap membentuk gumpalan. Tapi penggumpalan/aglomerasi ini lambat dan dibutuhkan bantuan untuk mempercepat aglomerasi ini. Bantuan ini disebut flokulasi : pengadukan lambat atau agitasi lembut untuk agregat partikel stabil dan membentuk flok dapat mengendap cepat. Pencampuran lembut ini meningkatkan tabrakan antara partikel dan membantu untuk menggumpal. Perhatikan bahwa pencampuran cepat akan menghancurkan gumpalan, itu sebabnya kita perlu pencampuran lembut. FLOKULASI DAN KOAGULASI 5.Koagulan: Bahan kimia yang ditambahkan ke air untuk mengacaukan koloid disebut koagulan. Koagulan yang paling umum digunakan dalam pengolahan air adalah: - Aluminium Sulfat (Alum): Al2 (SO4) 3. 14H2O - Ferri Chloride: FeCl3.xH2O - Ferri sulfat: Fe2 (SO4) 3. xH2O Dua sifat utama Koagulan Harus tidak beracun: masalah kesehatan Ion valensi tiga: yang paling efisien dibandingkan dengan mono dan divalen. FLOKULASI DAN KOAGULASI Aluminium Sulfat Bila alkalinitas larutan cukup, aluminium sulfat dapat bereaksi untuk menghasilkan flok hidroksida dalam bentuk ion bikarbonat Al2(SO4)3.14H2O 2Al3++ 3SO42-+ 14H2O 2Al3+ + koloid muatan jadi netral 2Al3+ + 6HCO3- 2Al(OH)3(s) + 6CO2 Bila bicarbonate/alkalinitas tak cukup : Al2(SO4)3.14H2O 2Al(OH)3(s) + 3H2SO4 + 14H2O pH Optimum : 5,5 sampai 6,5 pH Operasi : 5 sampai 8 FLOKULASI DAN KOAGULASI Ferrous sulfat Dibutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida untuk menghasilkan reaksi cepat. Oleh sebab itu Ca(OH)2, biasanya ditambahkan untuk menaikkan pH ke tingkat di mana ion besi dapat diendapkan sebagai hidroksida besi. Reaksi ini merupakan reaksi oksidasi-reduksi membutuhkan beberapa oksigen terlarut dalam air. Dalam reaksi koagulasi, oksigen berkurang dan ion besi teroksidasi ke negara besi, di mana ia mengendap sebagai hidroksida besi. 2FeSO4.7H20 + 2Ca(OH)2 + ½ O2 —> 2Fe(OH)4 + 2CaSO4 + 13H2O ; pH = 9,5 FLOKULASI DAN KOAGULASI Bahan Pembantu Koagulan Pembantu koagulan untuk mempercepat pembentukan koagulasi dan desnitas flok yang cepat mengendap Penambahan alkalinitas (biasanya penambahan kapur) : untuk membantu koagulasi bila alkalinitas alami tak cukup untuk menghasilkan flok. Polielektrolit FLOKULASI DAN KOAGULASI Jar-Test Jar tes : prosedur laboratorium untuk menentukan pH optimum dan dosis optimum koagulan Sebuah tes jar mensimulasikan proces koagulasi dan flokulasi Prosedur Isi botol dengan sampel air baku (500 atau 1000 mL) - biasanya 6 botol  Sesuaikan pH saat pencampuran menggunakan H2SO4 atau NaOH / kapur (pH: 5.0; 5.5; 6.0; 6.5; 7.0; 7.5)  Tambahkan dosis yang sama dari koagulan yang dipilih (tawas atau besi) untuk setiap jar (koagulan dosis: 5 atau 10 mg / L) FLOKULASI DAN KOAGULASI Jart Test: menguji pH optimum Pengadukan cepat setiap jar mulai 100 sampai 150 rpm selama 1 menit. Pengadukan cepat membantu untuk mendispersi koagulan pada gelas beker Kecepatan pengadukan dikurangi antara 25 sampai 30 rpm selama 15 sampai 20 menit. Pengadukan lambat membantu pembentukan flok dengan meningkatkan tabrakan partikel, yang menyebabkan gumpalan membesar Matikan mixer dan biarkan gumpalan menngendap selama 30 sampai 45 menit Ukur kekeruhan akhir di setiap jar Plot kekeruhan sisa melawan pH FLOKULASI DAN KOAGULASI  Jar Tests – pH optimum Optimum pH: 6.3 9/10/2024 water treatment 23 Dosis Koagulan Optimum Ulangi semua langkah sebelumnya Atur pH semua pada gelas beker (6,3 ditemukan dari tes pertama) dengan mencampurkan H2SO4 atau NaOH / kapur Tambahkan dosis yang berbeda dari koagulan yang dipilih (tawas atau besi) untuk setiap jar (koagulan dosis: 5; 7; 10; 12; 15; 20 mg / L) Pengadukan cepat setiap jar di 100 sampai 150 rpm selama 1 menit. Campuran cepat membantu untuk mendispersi koagulan ke seluruh wadah Kurangi kecepatan pengadukan antara 25 sampai 30 rpm selama 15 sampai 20 menit FLOKULASI DAN KOAGULASI Dosis Koagulan Optimum Matikan mixer dan biarkan gumpalan mengendap Optimum coagulant dose: 12.5 mg/L selama 30 sampai 45 menit Kemudian ukur kekeruhan akhir di setiap jar  Plot kekeruhan melawan dosis koagulan FLOKULASI DAN KOAGULASI Pengadukan cepat dan flokulasi  Pencampuran cepat diperlukan untuk mendispersi bahan kimia seragam di seluruh tangki dan untuk membiarkan waktu kontak yang cukup antara koagulan dan partikel tersuspensi, sehingga ketika air keluar proses koagulasi sudah mulai terbentuk flok  Pada tangki flokulasi, flok akan membesar.  Proses flokulasi tgt pada waktu dan instensitas pencampuran.  Jenis alat untuk pencampuran cepat dan flokulasi secara umum diklasifikasikan sebagai : (1) agitator mekanik (paling umum dipakai) (2) agitator pneumatik, (3) baffle. FLOKULASI DAN KOAGULASI Daya  Derajat pencampuran diukur dengan Gradien kecepatan (G) G >> intensitas pencampuran tinggi Gradient Kecepatan: kecepatan relatif dari dua partikel fluida / jarak G = dv/dy = 1.0/0.1 = 10 s-1 0.1 m Dalam desain pencampuran: G= gradien kecepatan, s-1; 1 m/s P = Daya, W V = volume tanki, m3;  = viskositas, (Pa.s) FLOKULASI DAN KOAGULASI FLOKULASI DAN KOAGULASI