Pbpam

BAB III TINJAUAN PUSTAKA 3.1 Umum Air merupakan kebutuhan yang essensial bagi manusia karena air digunakan untuk memenuhi kebutuhan pokok sehari-hari seperti minum, mandi, mencuci dan lain-lain. Secara umum manfaat air bagi kehidupan manusia meliputi dua aspek (Hadi, 1992), yaitu : • Aspek Internal Yaitu air yang berperan dalam tubuh manusia, misalnya untuk keperluan minum, proses metabolisme, melarutkan bahan makanan, dan lain-lain. • Aspek Eksternal Yaitu peranan air di luar tubuh manusia, misalnya untuk keperluan industri, pertanian, transportasi, dan lain-lain. Ketersediaan air di bumi yang dapat dikonsumsi oleh manusia terdiri dari : • Air Hujan • Air Permukaan • Air Tanah Dari ketiga macam air di atas, yang dapat langsung dikonsumsi oleh manusia adalah air hujan dan air tanah dengan kriteria tertentu. Air permukaan yaitu air hujan yang telah terendapkan di permukaan bumi selama beberapa lama dan tidak dapat dikonsumsi langsung karena rentan terhadap penyebaran penyakit yang dapat disebarkan melalui air (water borne disease). Oleh karena itu, untuk mendapatkan air yang sesuai dengan kualitas yang diharapkan air harus diolah terlebih dahulu sebelum akhirnya dikonsumsi oleh manusia. 3.2 Kualitas Air Kualitas air tergantung dari karakteristik fisik, kimia dan biologinya. Adapun syarat-syarat kualitas air secara fisik, kimia dan biologi adalah sebagai berikut (Hadi,1992) :

15

15

• Persyaratan fisis, meliputi warna, bau, rasa, kekeruhan, temperatur, dan daya hantar listrik. • Persyaratan kimia, meliputi pH, kesadahan, besi, mangan, seng, krom cadmium, nitrat, chlor, sulfat, klorida, dan lain-lain. • Persyaratan radioaktif, meliputi sinar alpha dan sinar betha. • Persyaratan mikroorganisme, meliputi total koliform dan koli tinja. Air bersih yang diproduksi harus memenuhi standar kualitas atau ketentuan air bersih/minum yang ditentukan oleh lembaga-lembaga yang bertanggung jawab (WHO) atau peraturan perundang-undangan yang ada pada suatu negara. Standar air minum yang digunakan oleh PDAM Bekasi adalah

KEPMENKES No.

907/VII/2002 Tabel 3.1 Standar Air Minum No. 907/Menkes/SK/VII/2002 NO

PARAMETER

A

Parameter Fisika Warna Kekeruhan Temperatur Parameter Kimia

1 2 3 B 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

SATUAN

BAKU MUTU

TCU NTU

15 5 Suhu Udara ± 30c

0

C

mg/l Mn Mangan mg/l ClKlorida mg/l FFlourida mg/l NO2--N Nitrit mg/l NO3--N Nitrat mg/l SO42Sulfat mg/l Fe Besi Total mg/l Cl2 Khlor bebas mg/l Cl2 Total Khlor mg/l CaCo3 Kesadahan Nitrogen Ammonia mg/l NH3-N mg/l Al3+ Aluminum mg/l Cr6+ Chromium mg/l Cu Cuver/Tembaga mg/l Zn Zinc/Seng mg/l Ni Nickel pH

0,1 250 1,5 3 50 250 0,3 0,2 0,2 500 1,5 0,2 0,05 2 3 0,02 6,5 - 8,5

16

3.3 Pengolahan Air Pengolahan air adalah usaha teknis yang dilakukan untuk mengubah sifatsifat suatu zat sesuai standar air minum yang diinginkan. Proses pengolahan air pada dasarnya dapat digolongkan menjadi tiga bagian pengolahan (Reynolds, 1982), yaitu : • Pengolahan fisik, yaitu suatu tingkat pengolahan yang bertujuan untuk mengurangi atau menghilangkan kotoran-kotoran yang kasar, penyisihan lumpur dan pasir, serta mengurangi kadar zat-zat organik yang ada dalam air yang akan diubah • Pengolahan kimia, yaitu tingkat pengolahan dengan menggunakan zat-zat kimia untuk membantu proses pengolahan selanjutnya • Pengolahan bakteriologis, yaitu suatu tingkat pengolahan untuk membunuh atau memusnahkan bakteri-bakteri yang terkandung di dalam air. Unit-unit pengolahan air yang biasa digunakan dalam proses pengolahan air akan dijelaskan dalam sub bab-sub bab di bawah ini. 3.3.1 Bangunan Sadap Air (Intake) Bangunan sadap (intake) merupakan bangunan penangkap atau pengumpul ai baku dari suatu sumber sehingga air baku tersebut dapat dikumpulkan dalam suatu wadah untuk selanjutnya diolah. Bangunan penyadap sangat penting dalam proses pengolahan air, jika bangunan penyadap mengalami kerusakan atau kesalahan maka keseluruhan IPA akan terganggu (Kawamura, 1991). Secara umum fungsi dari bangunan intake adalah sebagai berikut : • Mengumpulkan air dari sumber untuk menjaga kuantitas debit air yang dibutuhkan oleh instalasi • Menyaring benda-benda kasar dengan menggunakan bar screen • Mengambil air baku sesuai debit yang diperlukan instalasi pengolahan yang

direncanakan

demi

menjaga

kontinuitas

penyediaan

pengambilan air dari sumber Kriteria yang harus diperhatikan dalam pembuatan intake yaitu :

dan

15

• Tertutup untuk mencegah masuknya sinar matahari yang memungkinkan tumbuhan atau miroorganisme hidup di dalamnya • Harus kedap air untuk mencegah terjadinya kebocoran • Intake dekat dengan permukaan air untuk mencegah masuknya suspended solid • Bangunan harus didesain untuk menghadapi keadaan darurat • Mampu mengatasi fluktuasi muka air 3.3.2 Prasedimentasi Prasedimentasi merupakan pengolahan pendahuluan yang dilakukan instalasi pengolahan air minum. Pengolahan pendahuluan adalah proses pengolahan yang dilakukan untuk membantu meringankan kinerja instalasi pengolahan air minum. Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam menggunakan prasedimentasi yaitu : • Lokasi diusahakan berdekatan dengan intake sehingga mengurangi penyumbatan pada pipa transmisi • Bak berbentuk rectangular • Kondisi aliran harus seragam untuk meningkatkan efisiensi pengolahan • Inlet dan outlet harus dilengkapi oleh gate/valve 3.3.3 Koagulasi Koagulasi adalah proses destabilisasi koloid dan partikel-partikel yang tersuspensi di dalam air baku karena adanya pencampuran yang merata dengan senyawa kimia tertentu (koagulan) melalui pengadukan cepat. Secara umum koagulasi merupakan proses kimia dimana ion-ion yang muatannya berlawanan dengan muatan koloid dimasukkan ke dalam air, sehingga meniadakan kestabilan koloid. Jadi koagulasi adalah proses pembentukkan koloid yang stabil menjadi koloid yang tidak stabil dan membentuk flok-flok dari gabungan koloid yang berbeda muatan. Secara garis besar pembentukkan flok terbagi dalam empat tahap yaitu : • Tahap destabilisasi partikel koloid

15

• Tahap pembentukkan mikroflok • Tahap penggabungan mikroflok • Tahap pembentukkan mikroflok Tahap 1 dan 2 terjadi pada proses koagulasi, sedangkan untuk tahap 3 dan 4 terjadi pada proses flokulasi. Pemilihan jenis dari unit koagulasi tergantung pada karakteristik koagulan, partikel dan kualitas air. Beberapa faktor utama yang mempengaruhi koagulasi dan flokulasi menurut Reynolds dan Richards (1996:174) yaitu : • Kekeruhan air yang akan diolah • Kandungan zat padat tersuspensi • Temperatur air yang diolah • Derajat pH • Konsentrasi dan komposisi kation dan anion dalam air • Lamanya pengadukan pada proses koagulasi dan flokulasi • Dosis dan sifat dasar koagulan • Keperluan koagulan pembantu Unit koagulasi merupakan suatu unit dengan pengadukan cepat dimana pengadukan cepat (koagulasi) dapat dilakukan dengan beberapa cara, yaitu : 1.

Koagulasi Hidrolis Pada prinsinya pengadukan secara hidrolis ini menggunakan efek

gravitasi, sehingga terjadi besaran tinggi terjun untuk pengadukan cepat (koagulasi) dan head loss (kehilangan tekanan) atau beda tinggi permukaan pada proses pembentukan flok pada unit flokulasi. Dalam koagulasi hidrolis ini didesain untuk dua jenis aliran, yaitu aliran terbuka yang mudah dalam pengoperasian dan pemeliharaannya serta aliran bertekanan dalam pipa (Schulz dan Okun, 1984:92) Rumus yang dipergunakan untuk perhitungan pada koagulasi hidrolis adalah sebagai berikut : G=PμV

(1)

Dimana P untuk koagulasi hidrolis menggunakan rumus : P = ρ . g. Q. hL

(2)

16

Sehingga rumus untuk gradien kecepatan pada koagulasi hidrolis adalah sebagai berikut : G =ρ . g. hlTd . μ Keterangan : G

= gradien kecepatan (/detik)

P= daya yang diberikan (kg m2/detik3)

2.

ρ

= densitas cairan (kg/m3)

g

= percepatan gravitasi (m/dtk2)

hL

= headloss (m)

Q

= debit (m3/dtk)

μ

= viskositas cairan (kg/m.detik)

V

= volume (m3)

Koagulasi Mekanis Pengadukan dengan cara mekanik adalah pengadukan yang

memindahkan energi mekanik untuk pengadukkan. Pengadukkan ini dilakukan dengan menggunakan blade. Rumus yang dipergunakan untuk perhitungan pada koagulasi mekanis adalah sebagai berikut : G=PμV

(1)

P = 12 Cd ρ A V3

(2)

Sehingga rumus untuk gradien kecepatan pada koagulasi hidrolis adalah sebagaiberikut : G =Cd . ρ . A . v2 μ .V Dimana : G

= gradien kecepatan (/detik)

P= daya yang diberikan (kg m2/detik3) Cd

= koefisien drag

ρ

= densitas cairan (kg/m3)

A

= luas pengaduk (m2)

v

= kecepatan aliran (m/detik)

g

= percepatan gravitasi (m/dtk2)

16

hL

= headloss (m)

Q

= debit (m3/dtk)

μ

= viskositas cairan (kg/m.detik)

V

= volume (m3)

Kriteria desain dari unit koagulasi adalah sebagai berikut : G

= 750/detik – 1000/detik

Td

= < 60 dtk

Head loss

= > 30 cm

GT value

= 104 – 106

(Sumber : Schulz & Okun, 1992)

Koagulan merupakan bahan kimia yang digunakan dalam proses koagulasi. Fungsi utama koagulan adalah desabilisasi partikulat dan penguatan flok untuk mengurangi pecahnya flok. Koagulan yang digunakan untuk salah satu atau kedua manfaat tersebut harus memenuhi persyaratan praktis seperti murah dalam pembiayaan, mudah dalam penanganan, ketersediaan dan stabilitas koagulan selama penyimpanan. Sebagai tambahan, koagulan harus mampu membentuk senyawa insoluble atau dapat diadsorbsi oleh permukaan parikulat agar dapat memenuhi konsentrasi residu terlarut yang mungkin lolos dari pengolahan. Dalam penentuan koagulan dilakukan percobaan jartest. Jartest merupakan suatu metode penentuan dosis koagulan yang akan dipakai. Pada tes ini sampel dari air baku yang akan diuji dimasukkan dalam beberapa beker gelas, kemudian masing-masing ditambahkan koagulan dengan variasi dosis berbeda. Isi baker kemudian

diaduk

secara

cepat

dan

kemudian

secara

perlahan

untuk

menstimulasikan flokulasi. Setelah beberapa saat, pengadukan dihentikan dan dibiarkan mengendap. Yang perlu diperhatikan dalam percobaan ini adalah ; • Waktu yang diperlukan untuk pembentukkan flok • Apakah flok yang terbentuk cukup besar dan padat • Dari beberapa jenis dan dosis koagulan, mana yang paling tinggi penurunan kekeruhannya • Dosis yang ditentukan apakah memberikan suatu perkiraan dosis yang dibutuhkan untuk instalasi pengolahan

16

Ada dua jenis bahan kimia koagulan yang umum digunakan yaitu ; • Koagulan Garam Logam Contoh dari koagulan garam logam adalah alumunium sulfat atau taws (Al2(SO4)3.14H2O), Feri Chloride FeCl3, Fero chloride FeCl2, Feri Sulfat Fe2(SO4)3. Bahan yang sering digunakan adalah senyawa alumunium dan senyawa besi. Koagulan yang umum dipakai adalah alumunium sulfat atau dalam bahasa pasarnya tawas. Sedangkan pada Feri Chloride dan Fero Sulfat juga merupakan koagulan yang baim tetapi jarang digunakan di suatu instalasi pengolahan air di Indonesia. • Koagulan Primer Contoh dari koagulan garam logam adalah Poly alumunium Chloride (PAC). Koagulan primer merupakan koagulan sintesis. Koagulan yang umum dipakai adalah PAC yang merupakan polymerisasi dari alumunium chloride. Polimer ini umunya dipakai karena sifat kelarutannya di dalam air dan tingka pembentukkan floknya yang lebih baik. Maka polimer ini sering digunakan sebagai coagulant Aid atau zat kimia tambahan untuk memperbaiki kondisi koagulasi.

3.3.4 Flokulasi Unit flokulasi merupakan unit pengadukan lambat setelah koagulasi, yang berfungsi untuk mempercepat penggabungan partikel-partikel kolid sehingga terbentuk partikel-partikel berukuran besar yang dengan mudah dan cepat mengendap. Secara garis besar mekanisme pembentukkan flok terdiri atas 4 tahap : • Tahap destabilisasi partikel koloid • Tahap pembentukkan mikroflok • Tahap penggabungan mikroflok • Tahap pembentukkan makroflok

16

Tahap pertama dan kedua berlangsung selama proses koagulasi, sedangkan tahap ketiga dan keempat berlansung pada proses flokulasi. Kriteria desain dari unit flokulasi hidrolis adalah sebagai berikut ; G

= 10 – 100 /detik (Schulz & Okun, 1992)

GT

= 10.000 – 100.000 (Kawamura, 1991)

Td

= 15 – 30 menit (Kawamura, 1991)

Tingkat efisiensi terjadinya proses flokulasi sebagian besar ditentukan oleh banyaknya tabrakan yang terjadi antara patikel-partikel teragulasi dalam satuan unit waktu. Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam desain unit flokulasi : • Kualitas air baku dan karakteristik flokulasi • Kualitas tujuan dari proses pengolahan • Headloss tersedia dan variasi debit instalasi Flokulasi terdiri dari beberapa jenis, yaitu : • Hidrolis, prinsip kerja flokulator ini adalah dengan cara pengadukan (mixing) contohnya adalah horizontal-flow baffle channel, vertikal- flow baffle channel dan heksakoloidal-flokulator • Mekanis, contoh : mekanik paddle dan mekanik propeller • Pneumatis, flokulator ini dirancang dengan cara mensuplai udara ke dalam bak flokulasi, cara kerjanya sama seperti yang dilakukan pada aerasi, bedanya suplai udara yang diberikan ke bak flokulasi tidak sebesar pada bak aerasi. Jenis flokulator ini jarang sekali kita temukan saat ini Dalam instalasi PDAM Poncol pada unit flokulasi menggunakan jenis flokulasi vertical baffle channel. Dalam 1 unit flokulasi terdapat 6 kompartemen yang berbentuk hexacoiddal. 3.3.5 Sedimentasi Sedimentasi

adalah

proses

pengolahan

yang

digunakan

untuk

mengendapkan flok-flok yang terbentuk pada proses flokulasi. Menurut Kawamura (1991), sedimentasi adalah suatu operasi yang dirancang untuk menghilangkan sebagian besar padatan yang dapat mengendap secara gravitasi.

16

Tujuan digunakannya unit sedimentasi yaitu untuk menghilangkan pasir atau kerikil halus, particulate-matter, biological-floc, chemical-floc serta untuk pemekatan padatan dalam tangki pemekat lumpur. Proses sedimentasi dari suatu partikel yang berada di dalam air dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : ukuran partikel, bentuk partikel, berat jenis/kecepatan partikel, viskositas cairan, konsentrasi partikel dalam suspense, sifat-sifat partikel dalam suspensi. Kriteria desain dari unit sedimentasi adalah sebagai berikut : Surface Loading (SL)

= 3,8-7,5 m/jam (Kawamura, 1991)

Kecepatan di tube settler (υ0) = maks. 0,15 m/menit (Kawamura, 1991) Td

= 10-15 menit

NRe

< 2000 Berdasarkan konsentrasi dan kecenderungan interaksi partikel, proses

pengendapan dapat dibagi menjadi 4 tipe, yaitu : 1. Tipe I : Discrete Particle •

Partikel mengendap secara bebas dengan suatu kecepatan tetap

•

Padatan rendah

•

Tidak ada interaksi

2. Tipe II : Flocculant •

Kecepatan pengendapan lebih cepat

1. Tipe III : Hindered (zone)

•

Suspension tinggi

•

Partikel saling menghambat

•

Mengendap sebagai satu kesatuan

•

Interface padat-cair

1. Tipe IV : Compression •

Strukur partikel terbentuk

3.3.6 Filtrasi

16

Proses filtrasi merupakan proses pengolahan dengan cara mengalirkan air limbah melewati suatu media filter yang disusun dari bahan-bahan butiran dengan diameter dan tebal tertentu. Proses ini ditujukan untuk menghilangkan bahanbahan terlarut dan tak terlarut (biological floc yang masih tersisa setelah pengolahan secara biologis). Berdasarkan kontrol terhadap laju filtrasinya, filter dibedakan menjadi : • Filter dengan aliran tetap/Constant Rate Filter (CRF) • Filter dengan aliran menurun/ Declining Rate Filter (DRF) Berdasarkan driving force-nya, filter dibedakan menjadi : • Filter dengan gravitasi • Filter bertekanan Berdasarkan susunan media penyaring di dalamnya, filter dibedakan menjadi : • Filter dengan media tunggal, media filter yang digunakan hanya satu lapisan dari jenis media yang sama, biasanya berupa pasir atau hancuran anthrasit • Filter dengan media ganda, media filter yang digunakan dua lapisan dari jenis media yang berbeda, biasanya berupa pasir atau hancuran antrasit • Filter dengan multi media, media filter yang digunakan lebih dari dua lapisan yang brmacam-macam, biasanya berupa hancuran antrasit, pasir dan garnet. Berdasarkan laju filtrasinya (hydraulic loading), dibedakan menjadi : • Saringan pasir cepat (rapid sand filter) • Saringan pasir lambat (slow sand filter) Pembilasan saringan pasir pada unit filtrasi dilakukan dengan mengalirkan air bersih dengan arah aliran yang berlawanan dengan arah aliran pada saat penyaringan. Selama pelaksanaan pembilasan bahan-bahan yang tertangkap di dalam media pasir akan terlepas dan akan dikeluarkan bersama-sama aliran air bilasan. Untuk membantu melepaskan bahan-bahan padat yang tertangkap di dalam media filter, biasanya sebelum air bilasan dialirkan, maka terlebih dahulu pasir

16

diaduk dengan menginjeksikan udara yang bertekanan searah dengan aliran air pada saat pembilasan. 3.3.7 Desinfeksi Desinfeksi adalah proses pembubuhan bahan kimia (desinfektan) yang bertujuan untuk membunuh mikroorganisme patogen. Air

banyak

mengandung

mikroorganisme,

dimana

ada

sebagian

mikroorganisme di dalam air yang dapat menyebabkan penyakit. Secara biologis air minum harus bebas dari mikroorganisme penyebab penyakit, karena mikroorganisme ini dapat menyebabkan kematian pada balita dan terganggunya kesehatan manusia. Proses pengolahan air telah 99% menghilangkan mikroorganisme, tetapi ada kemungkinan masuknya beberapa mikroorganisme berbahaya ke dalam air setelah proses pengolahan dilakukan. Desinfektan terdiri dari 3 macam, yaitu : • Kimia, seperti kaporit, ozon dan gas klorin (Cl2) • Fisik dengan cara pendidihan • Mikrobiologis, dengan menggunakan media dengan bakteri di dalamnya • Desinfektan yang bisa digunakan untuk pengolahan air minum adalah klorin. Menurut Schulz dan Okun klorin terbagi menjadi 3 bentuk, yaitu gas klorin, kalsium hipoklorit, Sodium Hipochlorit Dari tiga jenis bentuk penggunaan klorin di atas, Sodium Hipochlorit lebih sering digunakan karena tidak berbahaya dan mudah untuk ditambahkan dalam air. Untuk penentuan dosis optimum dalam penggunaan klorin, maka digunakan teknik penentuan dosis klor yaitu break point chlorination di laboratorium. Titik balik klorinasi yaitu metode dimana sisa klor akan dihubungkan dengan nitrogen amonium yang menghasilkan kloramin. Titik balik klorinasi juga dapat didefinisikan sebagai jumlah klor yang dibutuhkan sehingga semua zat yang dapat dioksidasi teroksidasi dan amoniak hilang sebagai gas N2.