DASAR TEORI FILTRASI Pengertian
Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan koloid (Modul Teknik Lingkungan ITB,2016). Untuk semua proses filtrasi, umpan mengalir disebabkan adanya tenaga dorong berupa beda tekanan, sebagai contoh adalah akibat gravitasi atau tenaga putar. Secara umum filtrasi dilakukan bila jumlah padatan dalam suspensi relatif lebih kecil dibandingkan zat cairnya ( Operasi Teknik Kimia 1 Unsyiah,2013). Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar diperoleh air yang jernih. Penyaringan adalah pengurangan lumpur tercampur dan partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous. Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada pengolahan air untuk minum. Mekanisme yang dilalui pada filtrasi: a. Air mengalir melalui penyaring glanular. b. Partikel-partikel tertahan di media penyaring. c. Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis (Envist, 2009 dalam Operasi Teknik Kimia 1 Unsyiah,2013). Media Filter
Bagian filter yang berperan penting dalam melakukan penyaringan adalah media filter. Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet. Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia. I. Jenis media Filter :
1. Filter single media, filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian. Gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga dan sistem pematusan (under drain). 2. Filter dual media, sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas. Keuntungan dual media : a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (10 – 15 m/jam) b. Periode pencucian lebih lama c. Merupakan peningkatan filter single media (murah). 3. Multi media filter : terdiri dari anthrasit , pasir dan garnet atau dolomit, fungsi multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring. (Bhupakala,2010)
Jenis
Menurut Selintung,dkk(tt), filtrasi dibagi ke dalam beberapa jenis, sebagai berikut. 1. Berdasarkan arah alirannya, filtrasi dibagi menjadi: a. down-flow filtration b. up-flow filtration c. up flow-down flow filtration d. horizontal flow filtration 2. Berdasarkan sistem pengaliran/driving force, filtrasi dibagi menjadi: a. gravity filtration b. pressure filtration 3. Berdasarkan kecepatan alirannya, filtrasi dibagi menjadi: a.Rapid sand filter (saringan pasir cepat) Filter ini merupakan penyaringan partikel yang didahului proses pengolahan kimiawi (koagulasi). Kecepatan aliran air dalam media pasir lebih besar karena ukuran media pasir le Filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi cepat, berkisar 4 hingga 21 m/jam. Filter ini selalu didahului dengan proses koagulasi – flokulasi dan pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspensi. Jika kekeruhan pada influen filter pasir cepat berkisar 5 – 10 NTU maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 – 98%. Bagian-bagian dari filter pasir cepat meliputi (Gambar 7.1): a. Bak filter, merupakan tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung debit pengolahan (minimum dua bak). b. Media filter, merupakan bahan berbutir/granular yang membentuk pori-pori di antara butiran media. Pada pori-pori inilah air mengalir dan terjadi proses penyaringan.
c. Sistem underdrain. Underdrain merupakan sistem pengaliran air yang telah melewati proses filtrasi yang terletak di bawah media filter. Underdrain terdiri atas: • Orifice, yaitu lubang pada sepanjang pipa lateral sebagai jalan masuknya air dari media filter ke
dalam pipa. • Lateral, yaitu pipa cabang yang terletak di sepanjang pipa manifold. • Manifold, yaitu pipa utama yang menampung air dari lateral dan mengalirkannya ke bangunan
penampung air.
Pengoperasian filter pasir cepat adalah sebagai berikut: 1. Selama proses filtrasi berlangsung, partikel yang terbawa air akan tersaring di media filter. Sementara itu, air terus mengalir melewati media pasir dan penyangga, masuk lubang/orifice, ke pipa lateral, terkumpul di pipa manifold, dan akhirnya air keluar menuju bak penampung (lihat Gambar 7.2). 2. Partikel yang tersaring di media lama kelamaan akan menyumbat pori-pori media sehingga terjadi clogging (penyumbatan). Clogging ini akan meningkatkan headloss aliran air di media. Peningkatan headloss dapat dilihat dari meningkatnya permukaan air di atas media atau menurunnya debit filtrasi. Untuk menghilangkan clogging, dilakukan pencucian media. 3. Pencucian dilakukan dengan cara memberikan aliran balik pada media (backwash) dengan tujuan untuk mengurai media dan mengangkat kotoran yang menyumbat poripori media filter. Aliran air dari manifold, ke lateral, keluar orifice, naik ke media hingga media terangkat, dan air dibuang melewati gutter yang terletak di atas media (lihat Gambar 7.3). 4. Bila media filter telah bersih, filter dapat dioperasikan kembali.
(Modul Teknik Lingkungan ITB,2016) b.Slow sand filter (saringan pasir lambat) Filter pasir lambat atau slow sand filter adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi lambat, yaitu sekitar 0,1 hingga 0,4 m/jam. Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan ukuran media pasir lebih kecil (effective size = 0,15 – 0,35 mm). Filter pasir lambat cukup efektif digunakan untuk menghilangkan kandungan bahan organik dan organisme patogen pada air baku yang mempunyai kekeruhan relatif rendah. Filter pasir lambat banyak digunakan untuk pengolahan air dengan kekeruhan air baku di bawah 50 NTU. Efisiensi filter pasir lambat tergantung pada distribusi ukuran partikel pasir, ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan filtrasi. Filter pasir lambat bekerja dengan cara pembentukan lapisan biofilm di beberapa milimeter bagian atas lapisan pasir halus yang disebut lapisan hypogeal atau schmutzdecke. Lapisan ini mengandung bakteri, fungi, protozoa, rotifera, dan larva serangga air. Schmutzdecke adalah lapisan yang melakukan pemurnian efektif dalam pengolahan air minum. Selama air melewati schmutzdecke, partikel akan terperangkap dan organik terlarut akan teradsorpsi, diserap dan dicerna oleh bakteri, fungi, dan protozoa. Proses yang terjadi dalam schmutzdecke sangat kompleks dan bervariasi, tetapi yang utama adalah mechanical straining terhadap kebanyakan bahan tersuspensi dalam lapisan tipis yang berpori-pori sangat kecil, kurang dari satu mikron. Ketebalan lapisan ini meningkat terhadap waktu hingga mencapai sekitar 25 mm, yang menyebabkan aliran mengecil. Ketika kecepatan filtrasi turun sampai tingkat tertentu, filter harus dicuci dengan mengambil lapisan pasir bagian atas setebal sekitar 25 mm. Keuntungan filter lambat antara lain: • Biaya konstruksi rendah • Rancangan dan pengoperasian lebih sederhana • Tidak diperlukan tambahan bahan kimia • Variasi kualitas air baku tidak terlalu mengganggu
• Tidak diperlukan banyak air untuk pencucian, pencucian tidak menggunakan backwash, hanya
dilakukan di bagian atas media. Kerugian filter pasir lambat adalah besarnya kebutuhan lahan, yaitu sebagai akibat dari lambatnya kecepatan filtrasi. Secara umum, filter pasir lambat hampir sama dengan filter pasir cepat. Filter lambat tersusun oleh bak filter, media pasir, dan sistem underdrain (Gambar 7.4). Perbedaan filter pasir cepat dan filter pasir lambat dapat dilihat pada Tabel 7.1.
(Modul Teknik Lingkungan ITB,2016)
Faktor- Faktor yang mempengaruhi filtrasi
Pada proses filtrasi dengan menggunakan unit filter, banyak faktor-faktor yang mempengaruhi dan berperan penting dalam pengolahan air. Hal ini tentunya akan mempengaruhi efisiensi dari unit filter itu sendiri. Berikut merupakan faktor-faktor yang mempengaruhi proses filtrasi pada unit filter. 1. Kekeruhan Material penyebab kekeruhan adalah slit/clay atau bahan organik yang berasal dari limbah dan mikroorganisme seperti algae (Peavy, 1985 dalam Sasmitha,2017). Kekeruhan merupakan salah satu faktor yang berpengaruh penting pada proses penyaringan di unit filter. Penurunan kekeruhan maksimum dipengaruhi oleh jenis keseragaman media dan kecepatan aliran. Kekeruhan maksimum yang diperbolehkan untuk air minum menurut Departemen Kesehatan RI adalah 5 NTU (Hadi, 2012). 2. Bentuk Butiran Bentuk butiran sangat berpengaruh pada besar kecilnya lubang pori dan luas permukaan yang terbentuk. Air yang mengalami kontak dengan luas permukaan media filter sangat menentukan proses operasional dan peristiwa hidrolika dari filter tersebut (Sasmitha,2017). 3. Ketebalan Media Tebal dan tipisnya media akan mempengaruhi lamanya pengaliran dan besarnya daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang cukup tinggi, tetapi akan membutuhkan waktu detensi yang cukup besar. Sebaliknya media yang terlalu tipis selain memiliki waktu pengaliran yang pendek kemungkinan juga memiliki daya saring yang rendah. Menurut Duran-Ros et al. pada tahun 2009, semakin tinggi media filter yang dipakai maka penyisihan kekeruhan akan semakin baik karena semakin banyak ruang kosong antar partikel sehingga partikel yang terjebak dalam media filter akan lebih banyak. Namun semakin tinggi media filter juga dapat menyebabkan semakin besarnya head loss yang dihasilkan dan semakin cepat clogging yang terjadi sehingga media filter harus di backwash agar hasil outlet tetap mencapai target (Pamularsih dkk, 2013 ) 4. Diameter Butiran dan Ukuran dari Media Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang terdapat dalam air baku (Hadi, 2012). 5. Debit Filtrasi Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempuma, akibat adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waku kontak antara permukaan butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel-partikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos. Selain itu terjadi gerakan-gerakan butiran media yang menyebabkan tertutupnya lubang pori, sehingga akan cepat terjadi clogging dan akibatnya proses filtrasi yang sedang berlangsung segera dihentikan (Sasmitha,2017). 6. Laju Filtrasi Untuk mendapatkan hasil filtrasi yang baik diperlukan keseimbangan antara laju filtrasi dengan kondisi media yang ada. Laju yang terlalu besar akan menyebabkan tidak 12 berfungsinya filter secara efisien. Dengan adanya aliran yang terlalu cepat dalam melewati ruang pori di antara butiran media akan menyababkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butiran media dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi akan menyebabkan waktu kontak antara permukaan butiran dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran terlalu
tinggi akan menyebabkan lolosnya partikel-partikel halus sedangkan jika terlalu rendah akan menyebabkan clogging (Yung, 2003, dalam Sasmitha,2017). 7. Temperatur Air memiliki suhu yang sangat bervariasi, hal ini dipengaruhi oleh beberapa faktor pendukung. Suhu merupakan parameter yang sangat penting dalam proses pengoperasian unit filter. Peningkatan suhu air dapat mempercepat degradasi bahan organik. Selain itu, suhu juga memiliki keterkaitan penting terhadap kecepatan filter dan operasi hidrolik filter. Viskositas air dan konduktivitas hidrolik dari media berpori juga sangat memiliki keterkaitan terhadap suhu. Pembentukan gas dalam cairan terjadi ketika jumlah gas terlarut melebihi titik jenuh pada tekanan tertentu dan pada suhu tertentu. Hal ini dapat menyebabkan terbentuknya gelembung gas dan mengikat udara di pori-pori media (Hadi, 2012).
