KLARIFIKASI

KLARIFIKASI

Material tersuspensi pada air mentah dihilangkan dengan beberapa metode untuk menghasilkan air yang cocok untuk kebutuhan domestik dan industri. Material tersuspensi biasanya terdiri padatan yang besar dan dapat diendapkan dengan gaya gravitasi saja dan  material yang tidak dapat diendapkan beruapa senyawa koloid. Koloid ini biasanya dihilangkan dengan proses koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Kommbinasi dari tiga proses disebut sebagai klarifikasi konvensional.

Koagulasi merupakan proses destabilisasi oleh penetralan muatan. Ketika sudah netral maka partikel tidak akan saling tolak menolak sehingga dapat bergabung bersama-sama. Koagulasi dibutuhkan dalam proses penghilangan material tersuspensi berukuran koloid.

Flokulasi merupakan proses bergabungnya partikel koloid yang sudah mengalami destabilisasi atau telah terkoagulasi menjadi gumpalan yang lebih besar atau disebut juga sebagai flok.

Sedimentasi merupakan penghilangan suspensi secara fisikatau pengendapan yang terjadi setelah proses koagulasi dan flokulasi. Sedimentasi yang tanpa didahului akan hanya akan menghilangkan material tersuspensi berukuran besar.

Tahapan dari Proses Klarifikasi

Partikel halus tersuspensi yang tersebar merata di permukaan air akan saling tolak menolak karena sama-sama bermuatan negatif.

·         Koagulasi dapat terjadi dengan penambahan garam alumunium atau besi anorganik. Garam ini akan menetralkan muatan partikel dan menyebabkan kekeruhan serta menghidrolisis untuk membentuk endapan tak larut yang menangkap partikel. Koagulasi juga dipengaruhi oleh penambahan polimer organik dengan banyak sisi yang terionisasi yang mudah larut untuk menetralkan muatan partikel.

·         Proses penggumpalan partikel yang telah terdestabilisasi menjadi partikel yang lebih besar dapat di bantu dengan penambahan senyawa polimer organik dengan berat molekul yang besar dan mudah larut di dalam air. Polimer ini menigkatkan ukuran flok dengan cara mengisi ikatan pada sisi dan menjembatani antar molekul.

Koagulasi meliputi proses penetralan muatan partikel menjadi padatan tersuspensi yang terdestabilisasi. Kemudian proses flokulasi mengikuti pada proses klarifikasi umumnya. Flokulasi dimulai ketika partikel netral atau partikel terjebak mulai menabrak dan bergabung menjadi partikel yang lebih besar.

Koagulan Anorganik

Senyawa basa seperti kapur atau kaustik ditambahkan untuk meningkatkan pH air tergantung dari pH dan alkalinity air umpan. Produk hidrolisis dari koagulan besi dan alumunium berperan penting dalam proses koagulasi, terutama pada kasus air umpan dengan turbiditi rendah lebih untung karena adanya tumbukan antara permukaan. Beberapa koagulan anorganik :

Name : Aluminium sulfat

Rumus Kimia :  Al2(SO4)3·

                            14 to 18 H2O

Kekuatan Tipikal : 17% Al2O3

Bentuk Tipikal saat Digunakan dalam Water Treatment : lump, granular, or powder

Densitas : 60-70 lb/ft3

Penggunaan Tipikal : primary coagulant

 

pH mempengaruhi muatan permukaan dan pengendapan flok selama proses koagulasi. Flok besi dan alumunium hidrosida mengendap dengan baik pada pH dimana kelarutan koagulan berkurang. Performa koagulasi terbaik tidak selalu tertepatan dengan nilai pH optimum terbentuknya flok hidroksida.

Dengan alumunium sulfat, efisiensi optimum proses koagulasi dan kelarutan flok minimum terjadi pada pH 6,0 hingga 7,0. Kogulan besi dapat digunakan dengan baik pada rentang pH yang lebih luas yaitu dari 5,0 hingga 11,0. Reaksi kimia antara alkalinitas air (alami atau dengan penambahan) dengan alumunium atau besi menghasilkan koagulan hidroksida sebagai berikut.

Polielektrolit

Istilah polielektrolit ini merujuk pada semua polimer organik yang larut di dalam air yang digunakan pada klarifikasi baik itu berfungsi sebagai koagulan atau flokulan.

·         Polimer yang larut di dalam air dikelompokkan menjadi berikut.

·         Anionik, terionisasi di dalam air menghasilkan sisi bermuatan negatif sepanjang rantai polimer.

·         Kationik, terionisasi di dalam air menghasilkan sisi bermuatan positif sepanjang rantai polimer.

·         Nonionik, terionisasi di dalam air embentuk sisi bermuatan negatif yang sangat sedikit sepanjang rantai polimer.

Koagulan berbasis polimer umumnya merupakan material kationik dengan berat molekul relatif kecil (<500.000). Densitas muatan kationik (sisi bermuatan positif yang tersedia) sangat tinggi. Floculant/coagulant aid berbasis polimer dapat berupa kationik, anionik, atau nonionik. Berat molekul mereka bisa sngan tinggi hingga 50.000.000.

Pada partikel tertentu terdapat berat molekul dan densiatas muatan ideal untuk proses koagulasi yang optimum. Begitu juga dengan proses flokulasi paling efisien.

Suspensi normal bersifat tidak seragam sehingga diperlukan tes spesifik untuk menentukan koagulan dan flokulan yang bekerja pada rentang kerja yang luas.

Koagulan Polielektrolit Primer

Polielktrolit kationik yang digunakan sebagai koagulan primer biasanya senyawa poliamina dan poli-(DADMACS). Senyawa ini mengasilkan ionisasi kationik yang kuat dan memiliki berat molekul kurang dari 500.000. Ketika digunakan sebagai koagulan primer, mereka menyerap permukaan partikel  dan mengurangi tolak menolak antara muatan negatif. Polimer ini juga berfungsi sebagai jembatan yang menghungkan suatu partikel dengan partikel lainnya tetapi tidak berfungsi sebagai flokulan yang efektif.

Efisiensi dari koagulan primer polielektrolit sangat dipengaruhi oleh alam, turbiditas partikel yang akan dikoagulasi, jumlah turbiditas yang ada, pencampuran atau energi reaksi tersedia selama proses koagulasi. Jika turbiditas inlet rendah maka diperlukan turbulensi atau pencampuran lebih untuk mencapai penetralan muatan yang maksimum.

Air umpan dengan turbiditas kurang 10 (Nephelometric Turbidity Units) biasanya tidak dapat diolah dengan polimer kationik saja. Hasil yang terbaik diperoleh dengan kombinasi antara koagulan anorganik dan polimer kationik. Klarifikasi in-line bisa digunakan untuk mengolah iar dengan turbiditas yang rendah.

Biasanya air dengan turbiditas 10 hingga 60 NTU paling efektif diolah dengan gabungan koagulan anorganik dan polielektrolit kationik. Pada air dengan turbiditas rendah dimana keinginan untuk tidak menggunakan koagulan anorganik, bantuan turbiditas tambahan dapat di gunakan untuk membuat flok. Kemudian koagulan polimer dapat digunakan untuk menyempurnakan proses koagulasi.

Beberapa keunggulan koagulan polimer organik dibandingkan koagulan anorganik:

·         Jumlah lumpur yang dihasilkan berkurnag menjadi 50-90%. Berat padatan kering perkiraan per pound alum atau ferri sulfat kering adalah sekitar 0,25 dan 0,5 lb.

·         Lumpur yang dihasilkan mengandung air yang terikat secara kimia yang lebih sedikit dan lebih mudah untuk prose penghilangannya (dewatered).

·         Koagulan polimer tidak mempengaruhi pH sehingga kebutuhan pengingkat pH seperti kapur, kaustik, dan soda abu dapat dikurangi atau dihilangkan.

·         Koagulan polimer tidak menambah konsetrasi padatan terlarut (TDS). contohnya 1 ppm alum akan meningkatkan 0,45 ppm ion sulfat (sebagai CaCO3). Pengurangan sulfat dapat meningkatkan kapasitas sistem anion exchange.

·         Besi yang atau alumunium yang larut dapat terbawa dalam aliran produk clarifier (carryover). Tanpa menggunakan koagulan anorganik dapat mengurangi deposisi metal dalam filter, unit ion excange, dan cooling system.

Coagulant Aids (Flokulan)

Secara instan, penambahan koagulan primer berlebih (baik itu anorganik, polimer, atau kombinasi keduanya) bisa diumpankan untuk mendukung pembentukan flok yang besar dan meningkatkan laju pengendapan. Pada air tertentu, dosis penggunakan koagulan primer yang tinggi tidak akan menghasilkan kejernihna air yang diinginkan.

Umumnya, senyawa polimer anionik polyacrilamides yang memiliki nverat molekul yang sangat besar merupakan coagulant aid yang paling efektif. Nonionik atau kationik juga terbukti berhasil dalam beberapa sistem clarifier. Polimer menghubungkan flok-flok kecil sehingga menggumpal secara cepat menjadi flok yang lebih besar, lebih kohesif flok yang mengendap secara cepat. Semakin besar berat molekul polimernya makan akan semakin efektif dalam menggabungkan padatan tersuspensi.Coagulant aid terbukti cukup berhasil dalam memperhalus pengendapan dan kalrifikasi untuk mencapai laju pengendapan yang meningkat dan kejernihan air yang dihasilkan.

Pengurangan Warna

Pada umumnya, tujuan klarifikasi adalah untuk mengurangi warna. Rawa dan lahan basah mempengaruhi warna pada air permukaan terutama setelah hujan deras. Warna yang disebabkan material menyyebabkan berbagai masalah seperti rasa yang tidak enak, meningkatnya kandungan mikrobiologi, fouling pada resin ion exchange, dan mengganggu proses koagulasi dan kestabilan endapan lumpur, besi dan magan yang dapat larut.

Hampir semua warna organik yang terdapat pada air permukaan merupakan koloid bermuatan negatif. Secara kimia, senyawa penghasil warna dibagi menjadi asam humic dan asam fulmic. Warna dapat dihilangkan dengan klorinasi dan koagulasi dengan penambahan garam besi atau alumunium atau polielektrolit organik. Klorin akan mengoksidasi zar warna, sedangkan koagulan anorganik bisa menghilangkan zat warna organik secara fiksi dengan penetralan muatan permukaan. Penghilangan warna tambahan dapat dilakukan dengan interaksi kimia antara produk hidrolisis dari garam alumunium atau gama besi. Polielektrolit kationik dengan muatan yang tinggi juga dapat digunakan untuk mengkoagulasi partikel warna tertentu.

Koagulasi untuk mengurangi warna normalnya dilakukan pada pH 4,5 hingga 5,5. pH optimum untuk prosses penghilangan turbiditas biasanya lebih tinggi dibandingkan pH untuk pengurangan warna. Adanya ion sulfat dapat mengganggu koagulasi untuk pengurangan warna, sedangkan ion kalsium dan magnesium dapat meningkatkan proses dan memperluas rentang pH dimana warna dapat dikurangi secara efektif.

Peralatan Klatifikasi Konvensional

Proses koagulasi/flokulasi dan sedimentasi membutuhkan 3 unit proses berbeda yaitu :

·         High shear, pengadukan cepat untuk koagulasi.

·         Low shear, waktu retensi yang lama, pengadukan sedang untuk flokulasi.

·         Pemisahan cairan dan padatan.

Clarifier Aliran Horizontal

Pada dasarnya, klarifikasi konvensional terdiri dari ukuran besar, rectangular, bak beton dibagi menjadi dua atau tiga bagian. Setiap tahap dari proses kalrifikasi terjadi dalam satu bagian dalam bak. Air bergerak secara horizontal  dengan sistem plug flow.

Deain ini cocok untuk kolam dengan kapasitas besar sehingga unit dengan aliran horizontal masih digunakan pada pabrik besar untuk proses klarifikasi air untuk kebutuhan pabrik. Waktu retensi sistem ini normalnya lama (4 hingga 6 jam), terutama untuk pengendapan. Pengadukan cepat di desain untuk 3-5 menit, pengadukan lambat selama 15-30 menit. Desain ini bertujuan untuk fleksibilitas dalam menentukan titik penambahan chemical yang tepat. Waktu rentensi yang lama juga memberikan rekasi yang cukup untuk membuat pengaturan umpan chemical dan polimer jika kondisi air tiba-tiba berubah.

Upflow Clarifier

Unit ini lebih padat dan lebih ekonomis. Upflow clarifier memberikan proses koagulasi, flokualsi, dan sedimentasi di dalam satu tangki (biasanya berbentu sirkular) beton atau tangki baja. Unit ini disebut upflow karena air mengalir ke atas menuju penampungan output dan padatan tersuspensi atan mengendap ke bawah. Unit ini digambarkan dengan meningkatnya kontak padatan melalui resirkulasi lumpur internal. Hal ini merupakan kunci untuk menjaga kejernihan output yang tinggi dan perbedaan utaman dengan clarifier horizontal.

Waktu retensi pada unit  uplfow mendekati 1-2 jam sehingga ukuran bak upflow jauh lebih kecil dibandingkan bak horizontal untuk kapasitas besar aliran yang sama. Laju naik sebesar 0,70-1,25 gpm/ft2 0,48-0,85 L/s.m2) dari luas permukaan untuk proses klarifikasi normal. Kombinasi unit softening-kalrifikasi bisa beroperasi hingga 1,5 gpm/ft2 (1,02 L/s.m2) dari luar permukaan karena ukuran partikel dan densitas dari hardness yang diendapkan.

Untuk mencapai efisiensi aliran yang tinggi, unit upflow di desain untuk memaksimalkan linear overflow weir length di saat meminimumkan kemungkinan dari sirkulasi pendek melalui zona pengendapan. Dua tahap pengadukan untuk koagulasi dan flokulasi terjadi di dalam tangki klarifikasi yang sama.

Meskipun unit upflow memiliki efisiensi yang tinggi dalam proses sedimentasi dibandingkan desain horizontal, kebanyakan clarifier upflow mengganggu urutan pengadukan cepat dan lambat. Beberapa uni membuat pengadukan cepat dengan pengadukan mekani dan bergantung pada aliran turbulen untuk flokulasi.

Sludge Blanket dan Solid-Contact Klarifikasi

Banyak dari desain upflow disebut sebagai sludge blanket atau solid-contact clarifier. Setelah koagulasi dan/atau flokulasi di dalam unit sludge blanket, air yang datang melewati lapisan padatan tersuspensi yang sebelumnya membentuk flok. Karena pusat sumur dari unit ini sering berbentuk kerucut terbalik, laju naik dari air naik berkurang seiring air naik melewati penampang yang terus membesar. Ketika laju naik berkurang hingga cukup untuk laju pengendapan flok tersuspensi sebenarnya maka pemisah antarmuka lumpur dan cairan terbentuk.

Efisiensi sludge blanket tergantung dari aksi penyaringan sebagai baru terkoagulasi atau air terflokulasi melewati flok tersuspensi. Blowdown lumpur yang berlebihan perlu dihindari. Level  sludge blanket sering sangat sensitif terhadap perubahan laju alir , penambahan koagulan, dan perubahan kimia air dan temperatur.

Solid-contact mengacu pada unit dimana lumpur dengan volume besar disirkulasi secara internal. Instilah ini juga menggambarkan unit sludge blanket dan sederhananya berarti bahwa sebelum dan selama sedimentasi, air yang diolah secara kimia kontak sebelumnya dengan padatan terkoagulasi.

Klarifikasi In-Line

In-line klarifikasi merupakan proses penghilangan turbiditas air dengan penambahan koagulan sebelum proses filtrasi. Unit ini umumnya terbatas untuk air umpan dengan turbiditas dibawah 20 NTU. Polielektrolit dan/atau koagulan anorganik digunakan untuk meningkatkan efisiensi filtrasi dan lama waktu operasi. Polielektrolit lebih disukai kerena tidak menambah beban padaatan tersuspensi yang menurunkan lama waktu operasi filter.

Desain filter bisa upflow upflow atau downflow tergantung dari turbiditas umpan dan ukuran partikel. Sistem downflow dual-media umumnya terdiri dari lapisan dari beberapa grade antrasit, pasir yang disupport pada sebuah isian gravel. Setelah backwashing,  partikel antrasit yang besar terpisah menuju bagian atas isian, sedangkan yang lebih padat, pasir yang lebih kecil berada di bawah. Tujuannya untuk membuat flok bisa masuk  yang akan mengurangi penurunan tekanan yang berlebihan akibat penutupan bagian atas media filter sehingga laju filtrasi yang lebih tinggi dihasilkan tanpa kehilangan kualitas effluent yang signifikan. Normalnya laju fitrasi adalah 5-6 gpm/ft2 (3,4-4,1 L/s.m2).

 

Pemilihan Koagulan dan Cara Mengumpankannya untuk Klarifikasi In-Line

Pemilihan koagulan dan laju pengumpanannya tergantung pada desain peralatan dan turbiditas air output. Penggunaan polimer kationik saja sudah cukup, tetapi dengan penambahan polimer anionik dengan berat molekul yang besar bisa meningkatkan efisiensi filtrasi.

Laju umpan polimer biasanya lebih rendah dibandingkan dengan untuk klarifikasi konvensional dengan kualitas air umpan yang sama. Penetralan muatan secara sempurna dan penggabungan harus dihindari karena dapat membuat padatan tersuspensi terjebak pada lapisan  awal filter secara belebihan sehingga menutup media dan menimbulkan hilang tekan sehingga waktu tinggal dan waktu operasi menjadi pendek.

Polimer ditambahkan secukupnya untuk menginisiasi netralisasi yang membuat proses penarikan dan penyerapan lewat seluruh isian. Seringnya, laju umpan polimer diatur berdasarkan trial and error pada unit sebenarnya utuk meminimumkan turbiditas produk dan meningkatkan lama operasi unit.

Flokulasi optimum tidak dibutuhkan sehingga polimer diinjeksikan paada bagian hulu unit.  Pemindahan titik injeksi polimer perlu dipindahkan beberapa kali utnuk meningkatkan proses penghilangan turbiditas. Perubahan laju umpan polimer akan menunjukkan perubahan pada turbiditas kelauaran dalam waktu yang singkat.

 

Pengujian Koagulasi

Analisa air umpan saja tidak begitu berguna dalam memprediksi kondisi koagulasi. Koagulan dan laju injeksi harus dipilih berdasarkan pengalaman operasi dengan air umpan yang sama atau dengan simulasi kalrifikasi dalam skala laboratorium.

Jar test merupakan metode paling efektif untuk menyimulasikan koagulan dan operasi. Susunan gelas beaker, sebuah multiple-paddle mewakili perbandingan berbagai kombinasi chemical yang diperlakukan dengan kondisi hydraulic yang sama. Efek dari pengadukan secara cepat dan lambat juga bisa diamati.

Urutan penambahan mengkin ditentukan untuk menentukan program chemical optimum. Pengukuran yang paling penting dalam Jar test adalah dosis chemical, pH, ukuran flok dan karakter pengendapan, waktu pembentukan flok, dan kejernihan air produk. Pengukuran potensial zeta telah digunakan secara eksperimen untuk memprediksi kebutuhan dosis dan pH yang optimum. Teknik pengukuran ini memerlukan alat khusus dan teknisi ahli sehingga metode ini tidak praktis digunakan untuk mengntrol pabrik klarifikasi air. Pengukuran potensial zeta juga hanya salah satu aspek  dari keseluruhan proses sehingga hal itu tidak bisa mencerminkan semua kondisi dari efisiensi koagulasi.

 

Penambahan Chemical

 

Metode penambahan yang paling efisien bervariasi tergantung dari jenis air dan sistem yang digunakan, dan harus diperiksa dengan jar test. Urutan penambahan chemical yang biasanya dilakukan.

1. Klorin

2. Bentonit (untuk air dengan turbiditas rendah)

3. Koagulan primer (anorganik dan/atau polimer)

4. Chemical pengatur pH

5. Coagulant aid

Air dengan kandungan organik yang tinggi membutuhkan koagulan primer yang besar. Klorin dapat digunakan untuk membantu koagulasi dengan cara mengoksidasi zat pengotor organik yang memiliki sifat dispersif. Klorinasi sebelum penambahan koagulan primer juga mengurangi dosis koagulan. Ketika koagulan anorganik digunakan maka penambahan chemical pengatur pH sebelum koagulan akan menentukan pH lingkunagn yang tepat untuk koagulan primer.

Semua chemical  yang digunakan, kecuali coagulant aid, harus ditambahkan selama pencampuran paling turbulen dari air masuk. Pencapuran cepat ketika koagulan alum atau besi ditambahkan akan menjamin penyerapan kation yang merata pada zat tersuspensi.

 

High shear mixing sangat penting ketika polimer kationik digunakan sebagai koagulan primer. Sebaiknya koagulan ditambahkan jauh mungkin sebelum masuk unit clarifier. Ketika coagulant aid ditambahkan, high shear mixing harus dihindari untuk mencegah tergangggunya fungsi penghubung polimer. Pertumbuhan flok hanya membutuhkan turbulensi yang sedang.

0 replies

Leave a Reply

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *