1

Penguapan

Air permukaan

Air bawah tanah

hujan

Kondensasi

salju

Perkolasi air dalam batuan

JUMLAH AIR DUNIA (Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)

Jenis Air Jumlah, km3 %

Air Laut 1.338 x 106

96,5

Air Tawar 35,03 x 103 2,53

Lain-lain 12,97 x 103

0,97

Total 1.386 x 106 100

2

AIR TAWAR DUNIA

(Okazaki, M, 1985, Kurita Water Handbook)

Jenis Air Tawar Jumlah, km3 %

Salju 24,06 x 103 68,7

Air tanah 10,85 x 103 31,0

Uap air (di udara)

0,01 x 103 0,03

Danau 0,108 x 103 0,29

Sungai 0,002 x 103 0,006

CADANGAN AIR ANTAR BENUA (Suara Merdeka, 24 Jan 04)

BENUA JML PENDUDUK, % dunia

CADANGAN AIR TAWAR, %

dunia

ASIA 80 1

AUSTRALIA 2 3

Lainnya ? ?

3

PENTINGNYA AIR (PENGOLAHAN AIR)

“Tidak ada kehidupan tanpa adanya air”.

“ The Best of All Things is Water (Air adalah yang terbaik dari segalanya)”

“Water, water, everywhere, nor any drop to drink” (penyair terkenal Coloridge, seorang Pelaut Kuno)

Mendapatkan air bersih termasuk hak asasi manusia (Resolusi PBB th 2000 melalui UNESCO)

KUALITAS AIR : PARAMETER PENCEMAR

TERLARUT

TERSUSPENSI

KOLOID

TAK MENGENDAP

(NON SETLEABLE SOLID)

MENGENDAP

(SETLEABLE SOLID)

PADAT CAIR GAS

PARAMETER PENCEMAR

ORGANIK DAN ANORGANIK

- Air yang murni tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau

- Karena siklus hidrologi, air mengandung berbagai bahan pencemar/kontaminan

4

KONTAMINAN AIR

ION POSITIP ION NEGATIF

IONIK & TERLARUT

SUSPENSI KOLOID GAS

NON IONIK & TIDAK TERLARUT

KONTAMINAN AIR

Ca2+, Mg2+,

Fe2+,

Mn2+,Na+, K+, dsb

SO4=, Cl-, NO3-,

HCO3-,

OH-,

CO3=

Tanah liat,

Debu, dsb

Tanah liat, virus, bakteri, alga

CO2, O2, N2,

H2S,

dsb

KONTAMINAN AIR

FISIKA KIMIA BIOLOGI

KONTAMINAN AIR

T,

Padatan Tersuspensi,

Padatan terlarut,

Padatan total,

Konduktifitas, dll

pH,

Kation terlarut,

Anion terlarut,

Alkalinitas,

Kesadahan, dsb

Jml bakteri koli, dsb

5

ANALISA KIMIA

Kandungan kontaminan dinyatakan dengan : 1. miligram per liter (mg/l), bagian per juta (part per million,

ppm), dan ppb (part per billion). 2. mol per liter 3. miliekuivalen per liter (meq/l). Jumlah ekuivalen solut per liter

larutan disebut juga dengan normalitas (N). 4. persen berat : massa zat terlarut per massa total larutan

dikalikan 100 % 5. milligram per liter sebagai CaCO3 (mg/l sebagai CaCO3). = Konsentrasi zat terlarut dinyatakan dalam miligram per

liter sebagai CaCO3

Contoh Parameter Analisa Air

No Uji Keterangan / Simbol

Penggunaan Hasil Pengujian

1

2

PH

Kation terlarut

Kalsium

Magnesium

Kalium

Natrium

Ca2+

Mg2+

K+

Na+

Untuk mengukur tingkat keasaman atau kebasaan suatu larutan encer

Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.

6

Contoh Parameter Analisa Air

No Uji Keterangan / Simbol

Penggunaan Hasil Pengujian

3

4

Anion terlarut

Bikarbonat

Karbonat

Klorida

Hidroksida

Nitrat

Sulfat

Alkalinitas

HCO3-

CO3=

Cl-

OH-

NO3-

SO4=

HCO3- + CO3= +

OH-

Untuk menentukan komposisi kimia ionik air dan untuk mengkaji kelayakan air untuk berbagai alternatif penggunaan.

Untuk mengukur kapasitas air untuk menetralkan asam

Contoh Parameter Analisa Air

No Uji Keterangan / Simbol

Penggunaan Hasil Pengujian

5

6

Kesadahan

Konduktifitas

kation

multivalensi

mhos

(micromhos)/cm

pada 25oC

Untuk mengukur kapasitas konsumsi sabun dan kecenderungan air untuk membentuk kerak

Untuk memperkirakan total padatan terlarut atau check terhadap hasil analisa lengkap (Total Padatan Terlarut atau TDS = 0,55 - 0,7 x konduktifitas sampel)

7

Kation ANION Terlarut : Kesetimbangan muatan

1. Jumlah ekuivalen kation =

jumlah ekuivalen anion

2. Jumlah kation dan anion dalam mg/L =

Total padatan terlarut

Review hasil analisa kimia

Anggap bahwa analisa kimia air permukaan sebagai berikut :

Ion Konsentrasi, mg/l

Ca 2+

Mg2+

Na+

K+

Cl-

SO4=

HCO3-

90

30

72

6

120

225

165

pH 7,5

(a). Periksa ketelitian hasil analisa di atas; (b) tentukan alkalinitas air dinyatakan sebagai CaCO3;

(c) tentukan kesadahan yang dinyatakan sebagai CaCO3; dan

(d) perkirakan kandungan padatan terlarut total.

8

Penyelesaian:

Neraca kation-anion digunakan untuk memeriksa ketelitian

analisa.

Kation Anion

Ion

Konsentrasi

Ion

Konsentrasi

mg/l mg/meq meq/l mg/l mg/meq meq/l

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

90

30

72

6

20

12,2

23,0

39,1

4,50

2,46

3,13

0,15

Cl-

SO4=

HCO3-

120

225

165

35,5

48

61

2,82

4,69

2,70

Total 198 10,24 490 10,21

Keterangan : mg/meq = miligram/miliequivalen. Untuk

Kalsium, berat eqivalen = 20 yaitu gram/equivalen (40/2) = 20 miligram/miliequivalen.

meq/l = miliequivalen/liter. Untuk kalsium, meq/l = 90mg/l) / 20 mg/meq = 4,50

(a). Karena jumlah kation dan anion sama maka hasil analisa dapat diterima. (b). Menentukan alkalinitas. Dari hasil analisa diatas, alkalinitas hanya

disebabkan oleh ion HCO3-. Alkalinitas dinyatakan sebagai CaCO3 = 2,70 meq/l x 50 mg CaCO3/meq

= 135,3 mg/l sebagai CaCO3 Catatan : berat equivalen CaCO3 = 100 g/2

= 50 g/eq = 50 mg/meq

(c). Menentukan kesadahan. Untuk hasil analisa yang disajikan, kesadahan air

disebabkan oleh ion kalsium dan magnesium. Kesadahan dinyatakan sebagai CaCO3

= (4,5 meq/l + 2,46 meq/l) x 50 mg CaCO3 /meq = 348,0 mg/l sebagai CaCO3

(d). Perkiraan total padatan terlarut (TDS) TDS= kation + anion dinyatakan dalam mg/l

= 198 mg/l + 490 mg/l = 688 mg/l

9

PENGOLAHAN AIR

TEKNOLOGI PENGOLAHAN

BAHAN BAKU AIR

(KUALITAS AIR) Air laut, Air sumur, Air

sungai, Air danau, dll

TUJUAN PENGGUNAAN

(SPESIFIKASI)

Air minum, MCK, proses,

pendingin, ketel / steam, dll

I. SATUAN PROSES

II. SATUAN OPERASI

KOAGULASI, PRESIPITASI, AERASI, DESINFEKSI, ION EXCHANGE, dll

MIXING, SEDIMENTASI, FILTRASI, ADSORPSI, FLOKULASI, DEAERASIdll

PENGOLAHAN AIR

CONTOH SEDERHANA:

Pengolahan air sumur menjadi air minum

Air sumur Air minum TEKNOLOGI

PENGOLAHAN ??? Kualitas ???

Kuman Desinfeksi !!!

Bebas kuman

Spesifikasi ????

Satuan pengolahan ???

10

== Pemilihan satuan-satuan operasi maupun proses untuk pengolahan air sangat tergantung pada kualitas dan jenis bahan baku serta tujuan penggunaan dari air yang telah diolah.

== bisa melibatkan bagian-bagian kecil dari satuan operasi dan proses, tetapi bisa juga melibatkan hampir semua satuan operasi dan proses yang ada.

Satuan operasi

1.Saringan (screening)

2.Saringan mikron

3. Aerasi

4.Mixing

5.Flokulasi

6.Sedimentasi

7.Filtrasi

Saringan kuarsa digunakan untuk melindungi pompa dari

padatan mengapung. Saringan halus digunakan untuk

menghilangkan padatan mengapung dan tersuspensi

Digunakan menghilangkan impuritas yang halus seperti alga,

pasir, dsb.

Untuk menambah maupun mengeluarkan gas-gas dari air. Misal

: aerasi untuk menghilangkan Fe2+ dan Mn2+ terlarut.

Untuk mencampur bahan-bahan kimia dan gas-gas yang

diperlukan untuk pengolahan.

Untuk mempercepat penggumpalan partikel dengan pengadukan

sangat lambat.

Untuk menghilangkan partikel-partikel seperti tanah dan pasir

atau padatan (flok) tersuspensi.

Untuk menyaring padatan yang masih tersisa setelah

pengendapan/sedimentasi

11

Satuan Proses

1.Koagulasi

2.Disinfeksi

3.Presipitasi

4.Ion exchange

5.Adsorpsi

6.Oksidasi kimia

Proses penambahan bahan-bahan kimia untuk membentuk

gumpalan (flok) yang selanjutnya dipisahkan pada proses

flokulasi.

Digunakan untuk mematikan bakteri patogen yang ada

dalam air.

Penghilangan komponen ion terlarut seperti kalsium dan

magnesium (kesadahan) dengan penambahan bahan-

bahan kimia sehingga akan menimbulkan endapan

Untuk penghilangan sebagian maupun keseluruhan kation

dan anion terlarut dalam air

Untuk penghilangan senyawa-senyawa organik yang

menyebabkan warna, rasa dan bau.

Untuk mengoksidasi berbagai senyawa yang ditemukan di

dalam air, yang menyebabkan rasa, warna dan kerak.

No

.

Komponen Rumus Masalah yang ditimbulkan Cara pengolahan

1 Turbidity Tidak ada Air menjadi keruh, membentuk

deposit pada pipa-pipa, alat-alat, ketel

dan lain-lain

Koagulasi, pengendapan dan filtrasi

2 Warna Tidak ada Timbul buih dalam ketel,

menghambat proses pengendapan

pada penghilangan besi dan hot

phosphate softening

Koagulasi, filtrasi, khlorinasi,

adsorbsi dengan karbon aktif

3 Hardness

(kesadahan)

Kalsium dan

magnesium

yang dinyatakan

sebagai CaCO3

Membentuk Scale / kerak pada

sistem penukar panas, ketel, pipa

menghambat daya cuci dengan sabun

Pelunakan, destilasi, pengolahan

internal

4 Alkalinity

(alkalinitas)

Bikarbonat

(HCO3)

Karbonat (CO3)

Hidroksida (OH)

Dinyatakan

sebagai CaCO3

Timbul buih dan carry over (lolosnya)

padatan ke dalam uap panas

mengakibatkan karatan pada pipa

ketel, bikarbonat dan karbonat

menghasilkan CO2 dalam uap panas,

sehingga bersifat korosif.

Pelunakan dengan kapur dan kapur-

soda, demineralisasi, penambahan

asam, dealkilasi dengan penukar ion,

distilasi

5 Asam

mineral

bebas

H2SO4 ,HCl dan

sebagainya

dinyatakan

sebagai CaCO3

Korosif Netralisasi dengan alkali

Cara pengolahan air dari berbagai zat pengotor ( Setiadi, 1993)

12

6 Karbondioks

ida

CO2 Korosif terhadap jaringan pipa Aerasi, deaerasi, netralisasi dengan

alkali, filming dan neutralizing

amines

7 PH Konsentrasi ion

hydrogen pH = -

log (H+)

Perubahan pH dipengaruhi oleh

keasaman atau kebasaan dalam air. Air

dalam biasanya pH = 6-8

PH dapat dinaikkan dengan

penambahan Al dan sebaiknya dengan

asam

8 Sulfat SO4= Menaikkan kandungan padatan dalam

air, bereaksi dengan Ca membentuk

kerak CaSO4

Demineralisasi, distilasi

9 Chlorida Cl- Menaikkan kandungan padatan dalam

air dan bersifat korosif

10 Silika SiO2 Membentuk kerak pada ketel dan

sudut-sudut turbin

11 Besi Fe2+ (ferro)

Fe3+

Terbentuk deposit pada pipa-pipa dan

boiler

Aerasi, koagulasi dan filtrai

pelunakan kapur, penukar kation

12 Mangan Mn Terbentuk deposit Aerasi, pelunakan kapur

13 Minyak Dinyatakan

sebagai oil atau

Ichloroform

extractible

matter

Terbentuk kerak, lumpur dan buih

dalam ketel

Raffle reparation stainers koagulan

dan filktrasi, filtrasi dengan

diatamaceous earth

14 Oksigen O2 Korosi Deaerasi, sodium sulfate, hyrazine,

zat pencegah korosi

15 Hidrogen

Sulfida

H2S Bau telur busuk, korosi Aerasi, khlorinasi, penukar anion

berbasa tinggi

16 Amoniak NH3 Korosi pada tembaga dan seng Penukar kation dengan zeolite

hidrogen, khlorination, daeaerasi

17 Konduktivit

as

Dinyatakan

dalam

Micrombos,

konduktansi

spesifik

Konduktivitas yang tinggi maka sifat

korosi makin tinggi

Demineralisasi, pelunakan kapur,

dan sebagainya

18 Padatan

terlarut

Tidak ada Padatan terlarut menunjukkan jumlah

zat-zat yang terlarut, menyebabkan

buih

Pelunakan kapur, penukar kation

dengan zeolite hidrogen,

demineralisasi, distilasi

19 Padatan

tersuspensi

Tidak ada Menyebabkan deposit Pengendapan, filtrasi dan koagulasi

20 Padatan total Tidak ada Padatan total adalah padatan terlarut

ditambah padatan tersuspensi

Sama dengan 19 dan 20

13

SATUAN OPERASI DAN PROSES SEDIMENTASI : MEMEMISAHKAN PADATAN

MENGENDAP

t = 0 t > t>>

padatan mengendap Padatan tak mengendap

SEDIMENTASI

KLARIFIER

THICKENER

FLOTASI (kebalikan sedimentasi)

14

SATUAN OPERASI DAN PROSES : SEDIMENTASI

Waktu Pengendapan Berbagai Ukuran Partikel

Diameter

Partikel (mm) Nama Partikel

Waktu Pengendapan

pada Ketinggian 1

kaki/ft

10

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

0,00001

Kerikil

Pasir kasar

Pasir halus

Lumpur

Bakteri

Partikel tanah liat

Partikel koloid

0,3 detik

3 detik

38 detik

33 menit

35 jam

230 hari

63 tahun

SEDIMENTASI : Pola pengendapan partikel diskrit (a) dan partikel flokulen (b)

(a) (b)

15

SATUAN OPERASI DAN PROSES KOAGULASI DAN FLOKULASI : memisahkan padatan

tersuspensi dan koloid

Padatan tersuspensi

Padatan terlarut

koagulan koagulan

PRESIPITASI : menghilangkan kation/anion terlarut dengan penambahan bahan kimia

Bahan kimia

Kation/anion terlarut

16

ION EXCHANGE : menghilangkan kation/anion terlarut

Kation/anion

Padatan penukar ion

Kation/anion dalam air

Air

Air

Kolom penukar ion

KOAGULASI FLOKULASI : Definisi

Koagulasi : rapid mixing, dengan penambahan bahan kimia

Flokulasi : slow mixing, kadang-kadang dengan penambahan koagulan aid (flokulan)

17

KOAGULASI FLOKULASI :

Diameter Ao

A. Sistem Koloidal

- Warna - Koloid inert (tanah liat, garam anorganik) - Emulsi - Bakteri - Alga B. Kation (Na+, Ca2+, Mg2+, Al3+) C. Polyelektrolit (BM 100.000 – 15.000.000) D. Air

50 - 1.000

1.000 - 30.000

2.000 - 100.000

5.000 - 100.000

50.000 - 8.000.000

1 - 2

250.000 - 40.000.000

4

Ukuran partikel yang terlibat dalam koagulasi

KOAGULASI FLOKULASI

Distribusi muatan lapisan ganda

18

KOAGULASI FLOKULASI : contoh pengukuran potensial zeta

Koagulasi air menggunakan alum

KOAGULASI FLOKULASI

1. Tawas

Al2(SO4)3.18H2O + 3Ca(OH)2 -----> 3CaSO4 + 2 Al(OH)3

+ 18 H2O

2. Ferro sulfat FeSO4.7H2O + Ca(OH)2 -----> Fe(OH)2 + CaSO4 + 7

H2O

19

KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis koagulan

3. Ferri sulfat

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 ----> 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

4. Ferri khlorida 2 FeCl3 + 3 Ca(OH)2 ---------> 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3

5. PAC

KOAGULASI FLOKULASI : beberapa jenis flokulan

20

KOAGULASI FLOKULASI : PE kationik

PE kationik seperti polyamine terhidrolisa dalam air

R R

NH + H2O --- NH.H+ + OH-

R R

== pada pH tinggi reaksi akan menyebabkan reaksi bergeser ke kiri, dan polimer menjadi tidak bermuatan (non ionik). akan menurunkan kapasitas penukaran ion PE pada pH tinggi.

KOAGULASI FLOKULASI : PE anionik

Polymer anionik memiliki guhus karboksil dalam struktur molekulnya. Molekul ini akan terionisasi dalam air sebagai berikut.

R-COOH === R-COO- + H+

Ion hydrogen akan memaksa reaksi ke kiri sehingga molekul ini akan menjadi non ionik pada pH rendah.

21

Contoh Diagram Alir : Pengolahan air sumber menajdi air minum dalam kemasan

Bak Tandon

Tanki Umpan

Ozone

Filter multimedia

Karbon Aktif

Cartridge filter 5, 3, 1 µ

Lampu Ultraviolet (UV)

Tanki produk

Mesin Cup

Mesin Gallon

Mesin Botol

Generator Ozone

Air sumber

Bak Pencampur

Klarifier

Saringan Pasir

Bak Lumpur

Dekanter

Air

Lumpur padat

Bak air

terfiltrasi Air Pendingin

Air sanitasi

Air untuk service

Filter karbon

Penukar kation

Dekarbonator

Penukar Anion

Penghilangan Cl2, warna, bau, zat-zat organik

Penghilangan Ca2+, Mg2+, Na+, K+, Fe2+, Mn2+, Al3+

Peghilangan CO2

Penghilangan Cl-, NO3

-, SiO3-

Unit demineralisasi

Deaerator

Unit Injeksi Kimia

Air umpam boiler Air Proses

Zat anti kerak (Senyawa Phosphat, dsb)

Zat pengikat O2 (Hidrazin, dll)

Alum, flokulan, NaOH, kaporit

Air baku (air sungai)

Contoh diagram penyediaan/pengolahan air sungai untuk berbagai keperluan di industri

22

Desinfeksi

KOLAM RENANG

kaporit

Air sumur artetis

overflow

Balancing tank

Saringan pasir

Kaporit, HCl, PAC, Soda abu

Contoh Blok Diagram pengolahan air di kolam renang