BAGIAN IV: PEMILIHAN PROSES PENGOLAHAN
BAB 9 DIAGRAM ALIR PROSES BERDASAR AIR BAKU
RINGKASAN Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa dapat merangkai diagram alir proses pengolahan air minum dengan air baku yang bermacam-macam dengan urutan pembuatan seperti pada Gambar 9.1. Ringkasan bab ini adalah sebagai berikut: 1. Sumber air atau karakteristik air yang berbeda akan menghasilkan diagram alir yang berbeda. 2. Faktor penting dalam membuat diagram alir adalah pengetahuan tentang tujuan dan fungsi dari semua unit operasi dan unit proses, atau metoda penyisihan polutan tertentu.
Sampling air baku dan analisis laboratorium
Karakteristik air baku
Penentuan parameter yang diolah
Pengetahuan tentang fungsi dan tujuan tiap unit pengolahan
Standar kualitas air minum
Pemilihan unit pengolahan
Pembuatan diagram alir proses pengolahan
Gambar 9.1 Urutan pembuatan diagram alir proses pengolahan air
161
MATERI
Diagram alir pengolahan air minum merupakan diagram yang menggambarkan aliran proses dalam pengolahan air minum. Diagram alir proses paling tidak meliputi: a.
Semua unit proses dan unit operasi dalam urutan yang benar.
b.
Semua pipa/saluran yang menghubungkan antar proses.
c.
Semua bahan kimia yang digunakan dan titik pembubuhannya.
d.
Semua peralatan yang diperlukan sebagai pelengkap unit pengolahan, misal pompa, blower, tabung gas, valve, flow meter, sampling point, dan lain-lain.
Faktor penting dalam membuat diagram alir adalah pengetahuan tentang tujuan dan fungsi dari semua unit operasi dan unit proses, atau metoda penyisihan polutan tertentu. Pemilihan unit proses dan unit operasi tergantung pada: a.
Karakteristik air baku
b.
Karakteristik air yang akan dihasilkan
c.
Pertimbangan biaya investasi dan biaya operasi dan pemeliharaan
d.
Ketersediaan lahan
Prosedur berikut dapat dijadikan sebagai acuan dalam menyusun diagram alir proses pengolahan air minum: 1. Inventarisasi data karakteristik air baku dan tentukan tujuan pengolahan. 2. Bandingkan kualitas air baku dengan standar kualitas air minum atau standar lain sesuai tujuan pengolahan. 3. Tentukan parameter kualitas air yang akan dihilangkan/diturunkan. 4. Pilih unit operasi dan unit proses yang dapat menghilangkan/menurunkan kadar dari parameter kualitas tersebut (lihat Tabel 1.4 dan Tabel 9.1).
162
5. Urutkan masing-masing unit tersebut dengan urutan yang benar (ingat: konsep pengolahan berdasar dimensi polutan) dan hubungkan dengan anak panah. 6. Bila terdapat pembubuhan bahan kimia, tentukan titik pembubuhannya. 7. Tentukan lokasi semua peralatan/perlengkapan lain yang diperlukan (pompa, valve, flow meter, titik sampling, dan lain-lain). Pada bagian berikut diberikan contoh pembuatan diagram alir proses pengolahan air dari berbagai sumber air baku (air permukaan dan air tanah). Diagram alir yang dibuat ini hanya berdasar pada karakteristik umum dari masing-masing sumber air. Untuk tujuan perancangan pengolahan air minum, maka harus dilakukan karakterisasi yang lebih spesifik (analisis laboratorium) pada sumber air baku yang akan dimanfaatkan.
9.1. Proses Pengolahan Air Permukaan Rancangan proses pengolahan air permukaan menjadi air minum disesuaikan dengan karakteristik umum air permukaan (lihat Tabel 1.1). Parameter yang perlu diperhatikan adalah parameter yang kadarnya signifikan besar atau melebihi nilai baku mutu air minum. 9.1.1. Air Sungai Karakteristik umum air sungai adalah terdapat kandungan partikel tersuspensi atau koloid. Oleh karena itu, unit pengolahan air paling tidak terdiri atas:
Koagulasi-flokulasi
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfeksi
Bila air sungai mempunyai kekeruhan atau kadar lumpur yang tinggi, maka diperlukan tambahan unit pretreatment meliputi screen dan prasedimentasi. Bila kadar oksigen sangat rendah, maka diperlukan tambahan unit aerasi. 163
Bila terdapat kandungan kesadahan yang tinggi, maka diperlukan tambahan unit penurunan kesadahan (presipitasi dengan kapur/soda-sedimentasi-rekarbonasi). Diagram alir proses pengolahan air sungai secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 9.2. Koagulan
Kapur/soda CO2
Screen
Aerasi (optional)
Prasedimentasi (optional)
Koagulasi-flokulasi
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfektan
Penurunan kesadahan (optional)
Disinfeksi
Gambar 9.2 Diagram alir proses pengolahan air sungai 9.1.2. Air Danau Karakteristik air danau umumnya menyerupai air sungai, yaitu terdapat kandungan koloid. Karakteristik yang spesifik adalah kandungan oksigen rendah karena umumnya air danau relatif tidak bergerak, sehingga kurang teraerasi. Dengan karakteristik umum demikian, maka diperlukan unit pengolahan sebagai berikut:
Aerasi
Koagulasi-flokulasi
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfeksi
Diagram alirnya dapat dilihat pada Gambar 9.3. Koagulan
Screen
Aerasi
Koagulasi-flokulasi
Disinfektan
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfeksi
Gambar 9.3 Diagram alir proses pengolahan air danau 164
9.1.3. Air Payau Air permukaan yang bersifat payau (kadar garam sekitar 5000 – 10000 mg/l) berada di daerah rawa di pesisir. Selain kadar garam, karakteristik air rawa ini hampir sama dengan air sungai, sehingga diperlukan proses pengolahan berupa koagulasi-flokulasi – sedimentasi – filtrasi ditambah dengan unit pengolahan untuk menurunkan kadar garam, misal pertukaran ion atau filtrasi membran (mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dialisis, elektrodialisis, reverse osmosis). Diagram alirnya dapat dilihat pada Gambar 9.4.
Koagulan
Pertukaran ion Disinfektan
Screen
Koagulasi-flokulasi
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfeksi Filtrasi membran
Gambar 9.4 Diagram alir proses pengolahan air rawa bersifat payau 9.1.4. Air Gambut Air gambut adalah air yang kandungan bahan organik alamiahnya tinggi, terutama asam humat dan asam fulvat. Oleh karena itu diperlukan unit pengolahan untuk menghilangkan bahan-bahan ini, misal slow sand filter (bila kandungan koloid rendah) atau adsorpsi karbon aktif atau reverse osmosis. Jika air gambut tersebut mengandung koloid tinggi, maka diperlukan unit pengolahan berupa koagulasiflokulasi – sedimentasi – filtrasi. Gambar 9.5 dan 9.6 menunjukkan diagram alir proses pengolahan air gambut.
165
Adsorpsi karbon aktif
Koagulan
Disinfektan
Screen
Koagulasi-flokulasi
Sedimentasi
Filtrasi
Disinfeksi Reverse osmosis
Gambar 9.5 Diagram alir proses pengolahan air gambut dan partikel koloid tinggi Adsorpsi karbon aktif Disinfektan
Filtrasi pasir lambat
Disinfeksi Reverse osmosis
Gambar 9.6 Diagram alir proses pengolahan air gambut dan partikel koloid rendah
9.2. Proses Pengolahan Air Tanah Rancangan proses pengolahan air tanah menjadi air minum disesuaikan dengan karakteristik umum air tanah (lihat Tabel 1.1). Karakteristik umum air tanah adalah kekeruhan atau padatan tersuspensi rendah, sehingga tidak diperlukan unit koagulasiflokulasi – sedimentasi – filtrasi. Pengolahan hanya ditujukan pada parameter yang kadarnya signifikan besar atau melebihi nilai baku mutu air minum. 9.2.1. Air Tanah dengan Kadar Besi dan Mangan Tinggi Air tanah biasanya diambil dengan cara pemompaan. Kadar besi dan mangan yang tinggi dalam air tanah dapat dikurangi dengan cara oksidasi dengan oksigen klor, klor dioksida, kalium permanganat, atau ozone. Presipitat yang terbentuk akibat oksidasi ini diendapkan di bak pengendap atau langsung difilter. Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 9.7. 166
Oksidator
Oksidasi
Pompa
Disinfektan
Sedimentasi (optional)
Filtrasi
Disinfeksi
Air tanah
Gambar 9.7 Diagram alir proses pengolahan air tanah berkadar besi dan mangan tinggi 9.2.2. Air Tanah dengan Kadar Kalsium dan Magnesium Tinggi Kadar kalsium dan magnesium yang tinggi dalam air tanah menyebabkan kesadahan
yang tinggi. Kesadahan dapat
dikurangi
dengan presipitasi
menggunakan kapur dan/atau soda. Presipitat yang terbentuk akibat penambahan kapur/soda ini diendapkan di bak pengendap. Setelah itu perlu ditambah CO2 untuk mengurangi kadar kapur berlebih.. Diagram alir proses dapat dilihat pada Gambar 9.8. Ca(OH)2
Na2CO3
CO2 Disinfektan
Pompa
filtrasi
Disinfeksi
pengadukan cepat dan lambat sedimentasi
rekarbonasi
Air tanah
Gambar 9.8 Diagram alir proses pengolahan air tanah dengan kesadahan tinggi 9.2.3. Air Tanah Payau Parameter air yang harus dihilangkan kadarnya pada air tanah payau ini adalah kadar garam. Dengan teknik filtrasi membran (terutama elektrodialisis) atau pertukaran ion, kadar garam dalam air payau dapat dihilangkan. Diagram alirnya dapat dilihat pada Gambar 9.9. 167
Pertukaran ion Disinfektan
Disinfeksi
Pompa Elektrodialisis Air tanah
Gambar 9.9 Diagram alir proses pengolahan air tanah bersifat payau 9.2.4. Air dari Mata Air Air dari mata air atau air tanah yang telah memenuhi semua persyaratan kualitas air minum tidak memerlukan proses pengolahan. Namun demikian tetap harus didisinfeksi untuk menjamin keamanan konsumen dari segi mikrobiologis. Diagram alirnya dapat dilihat pada Gambar 9.10. Disinfektan
Disinfeksi Penangkap air
Gambar 9.10 Diagram alir proses pengolahan air dari mata air
168
Tabel 9.1 Pemilihan Unit Operasi dan Proses untuk Pengolahan Kontaminan Tertentu (Notasi mengacu pada Tabel 1.4) Penyisihan Kontaminan Kekeruhan
Alga dan plankton
Warna
Besi dan mangan
Proses a. In-line filtrasi (G+J)
Digunakan untuk air yang mengandung tingkat kekeruhan dan warna yang rendah
b. Direct filtrasi (G+H+J)
Digunakan untuk air yang mempunyai kandungan kekeruhan rendah sampai sedang dan kandungan warna rendah sampai sedang
c. Konvensional (G+H+I+J)
Digunakan untuk tingkat kekeruhan dan warna rendah dan tinggi
a. Microstainer (C)
Microstainer tidak mampu menangani lanau/silt, pasir dan material kasar lainnya
b. Konvensional (G+H+I+J)
Tingkat populasi alga dan plankton yang tinggi sulit dikoagulasi. Mereka biasanya mengapung.
a. Oksidasi (ozon, clorin dioksida, potassium permanganat) (F) b. Koagulasi pH rendah (G+H)
Digunakan pada air yang mempunyai tingkat warna yang rendah
c. Adsorpsi (N)
Digunakan untuk air yang mempunyai tingkat warna yang rendah sampai sedang.
d. Adsorpsi (N/GAC)
Digunakan untuk air yang mempunyai tingkat warna terlarut sedang sampai rendah untuk kontrol rutin
e. Ion-exchange (J+TI)
Bed resin sintetis setelah filtrasi menyisihkan warna terlarut yang berasal dari industri. Besi dan mangan dihilangkan dengan oksidasi dan presipitasi
a. Oksidasi (D+F+I)
Pathogen
Digunakan pada air yang mempunyai tingkat warna rendah sampai tinggi (bentuk alum lebih baik dari garam besi). pH optimum 5-6
b. Presipitasi (D+K)
Besi dan mangan dipresipitasi dengan aerasi pada pH tinggi. Kapur biasanya digunakan untuk menaikkan pH
c. Konvensional (G+H+I)
Besi dan mangan dihilangkan dengan koagulasi-flokulasi konvensional
d. Ion-exchange (TI)
Resin ion exchange selektif biasanya digunakan untuk penyisihan Fe dan Mn dari air tanah.
Rasa dan bau (T&O)
Kesadahan
Keterangan
Pengendalian di sumber mencegah pembentukan dan sampainya bahan-bahan T&O ke dalam reservoir. Pengendalian tumbuhan air dan alga akan mereduksi bahanbahan penyebab T&O. a. Oksidasi (D atau F)
Aerasi pada reservoir, di awal instalasi, dan di unit pengolahan dapat mereduksi T&O. Oksidasi dengan klor bebas mungkin menyebabkan pembentukan THM
b. Adsorpsi (N/PAC atau GAC)
PAC digunakan untuk T&O sedang dan intermittent. GAC digunakan untuk T&O yang berkepanjangan bersumber berasal dari industri.
a. Presipitasi (L)
Digunakan untuk air berkesadahan sedang sampai sadah
b. Ion-exchange (TI)
Bed zeolit menyisihkan kation divalent tapi menambah Na+. Penukar kation menyisihkan semua kation.
a. Disinfeksi (P)
Klor bebas berpotensi membentuk senyawa THM
169
Penyisihan Kontaminan THM
Nitrat
Proses
Keterangan
a. Koagulasi dipertinggi (G+K+H+I)
Penyisihan precursor organik yang efisien koagulasi pH rendah atau bersama dengan pelunakan.
b. Adsorpsi (N)
PAC dan GAC akan menyisihkan TOC, precursor dan THM.
c. Aerasi (D)
Aerasi menyisihkan zat organik
d. Preoksidasi (F)
Preoksidasi dari precursor dengan O3, H2O2, KMnO4, kloramin atau klor dioksida. Menghindarkan kelebihan sisa klor bebas.
a. Denitrifikasi (S)
Denitrifikasi biologis memberikan sebuah metode penyisihan NO3 yang efektif
b. Ion-exchange (T1)
Resin selektif yang tersedia
c. Demineralisasi (T2)
Demineralisasi dengan membrane menyisihkan NO3 dengan ion lain. Konsentrasi fluorida yang tinggi menyebabkan fluorosis dan toksisitas. Alumina aktif menyisihkan F secara selektif.
Fluorida
a. Alumina aktif (O)
Arsen
a. Enhanced (G+H+I)
Menyisihkan dengan presipitasi arsen As(V), pada pH rendah dengan koagulasi dan pada pH tinggi dengan pelunakan partial dengan kapur.
b. Alumina aktif (O)
Bed efektif menyisihkan arsen dari air tanah
c. Demineralisasi (T2)
Arsen disisihkan dengan ion lain melalui proses membran.
Sumber: Qasim et al. (2000)
170
Daftar Bacaan
Kawamura, Susumu, Integrated Design of Water Treatment Facilities, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1991
Qasim, S.R., Motley, E.M., dan Zhu, G., Water Work Engineering: Planning, Design & Operation, Prentice Hall PTR, Texas, 2000
Schulz, C.R. dan Okun, Daniel A., Surface Water Treatment for Communities in Developing Countries, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1984
171
