I.
TUJUAN A. Mempelajari proses filtrasi pada pengolahan air baku B. Menghitung efisiensi kekeruhan pada proses filtrasi C. Menentukan hubungan hubungan antara laju alir dengan efisiensi kekeruhan pada proses filtrasi D. Melakukan optimasi laju alir terhadap efisiensi kekeruhan pada proses filtrasi
II.
DASAR TEORI A. Teknologi Filtrasi Penyaringan merupakan proses pemisahan antara padatan/koloid dengan cairan. Proses penyaringan bisa merupakan proses wal (primary treatment) atau penyaringan dari proses sebelumnya. Apabila air olahan mempunyai padatan dengan ukuran seragam, saringan yang digunakan adalah single medium. Sebaiknya bila ukuran padatan beragam, digunakan saring dual medium atau three medium. Penyaringan air olahan yang mengandung padatan beragam dari ukuran besar sampai kecil/halus. Penyaringan dilakukan dengan cara membuat saringan bertingkat, yaitu saringan kasar, saringan sedang sampai saringan halus. Untuk merancang system penyaringan ini perlu penelitian terlebih dahulu terhadap beberapa factor sebagai berikut: 1. Jenis limbah padat (terapung atau tenggelam) 2. Ukuran padatan: ukuran yang terkecil dan ukuran yang terbesar 3. Perbandingan ukuran kotoran padatan besar dan kecil 4. Debit air olahan yang akan diolah Bentuk dan jenis saringan bermacam-macam. Penyaringan bahan padatan kasar menggunakan saringan berukuran 5 -20 mm, m m, sedangkan padatan yang halus (hiperfiltrasi) dapat menggunakan saringan yang lebih halus lagi. Saringan ini diusahakan mudah diangkat dan dibersihkan. Bahan untuk penyaringan kasar dapat terbuat dari logam tahan karat seperti stainless steel, kawat tembaga, batu kerikil, btu bara, karbon aktif. Penyaringan untuk padatan yang halus dapat menggunakan menggunakan kain polyester atau pasir. Jenis saringan yang biasa digunakan adalah saringan bergetar, barscreen r acks, dan bak penyaringan saringan pasir lambat. Jenis saringan yang banyak digunakan adalahsaringan bak pasir dan batuan. Saringan pasir menggunakan batu kerikil dan pasir. Pasir yang baik untuk penyaringan adalah pasir kuasa. Jenis saringan menurut konstruksinya dibedakan menjadi saringan miring, saringan pembawa, saringan sentrifugal dan drum berputar. Kecepatan penyaringan dikelompokan menjadi tiga: 1. Single medium: saringan untuk menyaring air yang mengandung padatan dengan ukuran seragam medi um: saringan untuk menyaring air limbah yang didominasi oleh dua 2. Dual medium ukuran padat 3. Three medium: saringan untuk menyaring air limbah yang mengandung 3 ukuran padatan
Gambarnya seperti berikut ini:
Ukuran filter dibagi menjadi: 1. Pasir sangat kasar (very coarse sand) : 2 – 1 mm 2. Pasir kasar (coarse sand) : 1 – 0,5 mm 3. Pasir sedang (medium sand) : 0,5 – 0,25 mm 4. Pasir halus (fine sand) : 0,25 – 0,1 mm 5. Pasir sangat halus (very fine sand) : 0,1 – 0,05 mm Sistem aliran air olahan dalam system filtrasi terdiri dari beberapa macam. Penentuan aliran ini memperhatikan sifat dari limbah padat yang akan difiltrasi. Sistem aliran tersebut dibagi menjadi empat system, yaitu aliran horizontal, aliran gravitasi, aliran dari bawah ke atas dan aliran ganda. Gambar model aliran filter:
B. Tahap – tahap Operasi Filtrasi Operasi media butiran melibatkan 2 (dua) tahap yaitu : tahap filtrasi dan tahap pencucian balik. 1. Tahap Filtrasi Terdapat pedoman untuk melakukan operasi filtrasi media butiran dalam dua cara yang berbeda, yaitu : a. Constant Head , merupakan operasi filtrasi pada mana permukaan air di atas unggun media butiran (yang digunakan sebagai gaya dorong) selama operasi berlangsung hingga operasi pencucian balik harus dilakukan, dijaga konstan. b. Constant Flow, merupakan operasi filtrasi pada mana laju alir umpan masuk unit filter selama operasi berlangsung hingga operasi pencucian balik harus dilakukan, dijaga konstan. Untuk menjaga agar laju alir umpan atau laju alir filtrasi dapat konstan, maka harus diberikan suatu tambahan gaya dorong secara bertahap yang bertujuan untuk mengimbangi tumbuhnya hilang tekan yang ada selama operasi filtrasi akibat adanya penurunan porositas unggun media filter. Sebaliknya apabila digunakan besar gaya dorong konstan, maka laju filtrasi akan berkurang sebagaimana porositas unggun media filter juga berkurang. Berkaitan dengan kedua pedoman tersebut pada umumnya dalam pengoperasian unit filter media butiran maka operasi filtrasi akan diakhiri apabila padatan tersuspensi telah cukup banyak terakumulasi hingga pada kondisi : 1. Penggunaan habis terhadap gaya dorong yang tersedia. 2. Laju filtrasi telah menurun hingga di bawah tingkat yang telah ditentukan sebelumnya. 3. Unggun media filter telah jenuh sehingga padatan tersuspensi mulai masuk terbawa aliran efluen operasi filtrasi menandakan titik breakthrough telah tercapai. Apabila salah satu kondisi di atas telah tercapai maka unit filter harus dilakukan pencucian balik. 2. Tahap Pencucian Balik Tahap pencucian balik bertujuan untuk membersihkan padatan tersuspensi yang telah terakumulasi pada media butiran. Pada umumnya dilakukan dengan mengalirkan air bersih dengan arah ke atas dengan laju alir tertentu sehingga media filter akan berada dalam kondisi terfluidisasi atau terekspansi minimal sebesar 50 %. Tahap pencucian balik ini diakhiri apabila efluen dari operasi pencucian balik ini telah jernih atau telah mencapai nilai kekeruhan pada tingkat yang telah ditentukan. Dengan demikian media filter akan menjadi bersih dan siap untuk dioperasikan kembali. C. Mekanisme Filtrasi Pada tahap filtrasi, air umpan dialirkan melewati unggun media filter dengan laju alir pengumpanan tertentu sesuai dengan jenis operasi filtrasinya. Dengan adanya media butiran maka akan terjadi pemindahan padatan tersusensi
yang terkandung dalam air umpan, di mana secara garis besar mekanisme pemindahan tersebut melibatkan proses sebagai berikut : a. Straining Di sini padatan tersuspensi yang berukuran lebih besar dari pori-pori media filter akan tertahan secara mekanik, sedang padatan tersuspensi berukuran lebih kecil dari media filter akan masuk dan terperangkap lebih jauh dalam poripori media filter. b. Sedimentasi Di sini padatan tersuspensi mengendap di atas media filter dalam unggun filter. Dalam alirannya sering terjadi penggabungan antar padatan tersuspensinya untuk membentuk partikel yang lebih besar sebelum terjadi pemindahan melalui mekanisme tersebut di atas. Penahanan padatan tersuspensi melalui sekali kontak dapat dikategorikan sebagai gaya elektrokimia, gaya Van Der Waals, dan adsorpsi fisis. Dengan melakukan pengkondisian awal secara kimia terhadap air sebelum diumpankan pada unit filter, maka padatan berukuran kecil hingga ukuran submikron akan dapat melalui operasi filtrsi media butiran. c. Mekanisme pemindahan padatan tersuspensi pada unggun filter dimulai dari bagian atas dari filter. Sebagaimana pori media filter terbuka maka akan terisi dengan padatan tersuspensi yang terfilter dan padatan akan terbawa lebih jauh masuk ke dalam unggun media filter. Apabila kapasitas unggun telah penuh dan menjadi jenuh maka filter harus segera dicuci. D. Efisiensi Filtrasi Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor – faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi, efisiensinya, dan sebagainya. Faktor – faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan tekanan, dan temperatur. 1. Debit Filtrasi Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel – partikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos. 2. Konsentrasi Kekeruhan Konsentrasi kekeruhan sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi.
3. Temperatur Adanya perubahan suhu atau temperatur dari air yang akan difiltrasi, menyebabkan massa jenis (density), viskositas absolut, dan viskositas kinematis dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi terhadap efisiensi daya saring filter. 4. Kedalaman media, Ukuran, dan Material Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama. Lagipula ditinjau daris segi biaya, media yang terlalu tebal tidaklah menguntungkan dari segi ekonomis. Sebaliknya media yang terlalu tipis selain memiliki waktu pengaliran yang pendek, kemungkinan juga memiliki daya saring yang rendah. Demikian pula dengan ukuran besar kecilnya diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisisnya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran 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. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel – partikel halus yang akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging (penyumbatan lubang pori oleh partikel – partikel halus yang tertahan) yang terlalu cepat. 5. Tinggi Muka Air Di Atas Media dan Kehilangan Tekanan Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi clogging) terjadi pada saat filter dalam keadaan kotor. Untuk melewati lubang pori, dibutuhkan aliran yang memiliki tekanan yang cukup. Besarnya tekanan air yang ada diatas media dengan yang ada didasar media akan berbeda di saat proses filtrasi berlangsung. Perbedaan inilah yang sering disebut dengan kehilangan tekanan (headloss). Kehilangan tekanan akan meningkat atau bertambah besar pada saat filter semakin kotor atau telah dioperasikan selama beberapa waktu. Friksi akan semakin besar bila kehilangan tekanan bertambah besar, hal ini dapat diakibatkan karena semakin kecilnya lubang pori (tersumbat) sehingga terjadi clogging.
E. Pengaruh Laju Alir Filtrasi Terhadap Efisiensi Pengolahan Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan diperlukan keseimbangan antara debit filtrasi dan kondisi media yang ada. Debit yang terlalu cepat akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien. Untuk itu, perlu dilakukan optimasi antara laju alir dengan efisiensi, untuk mendapatkan laju alir yang optimal.
III.
ALAT DAN BAHAN Peralatan yang digunakan : 1. Satu unit filter media butiran 2. Satu unit turbidimeter 3. Satu unit wadah bevolume 100 liter 4. Gelas ukur berukuran 1000 ml 5. Dua beker plastik berukuran 1 liter 6. Botol plastik untuk sampling 7. Alat timbangan
Bahan yang digunakan : 1. Air kran 100 liter 2. Bentonite 80 gr untuk membuat air yang mengandung padatan tersuspensi. 3. Tissue untuk membersihkan tabung untuk uji kekeruhan sample.
IV.
CARA KERJA a.
Membuat larutan baku
100 Liter air kran
Tangki penampung air
80 gr bentonit
Lakukan pengadukan hingga larutan homogen
b. Proses filtrasi
Air baku pada tangki penampung air
(*) Alirkan ke unit filtrasi
Air hasil proses filtrasi
Melakukan langkah (*) dengan variasi laju alir efluen yang berbeda.
Ukur nilai kekeruhan (NTU) awal
Atur nilai laju alir efluen
Ukur nilai kekeruhan (NTU) akhir
d. e. f. g. h.
DATA PENGAMATAN PENGOLAHAN DATA PEMBAHASAN KESIMPULAN DAFTAR PUSTAKA
Edahwati, Luluk dan Suprihatin. Jurnal Ilmiah teknik Lingkungan Kombinasi Proses Aerasi, Adsorpsi dan Filtrasi Pada Pengolahan Air Limbah Industri Perikanan.
Surabaya : UPN Veteran. Endang SR, Ir. 2001. Jobsheet Praktikum Filtrasi. Ginting, Perdana. Ir. 1992. Mencegah dan Mengendalikan Pencemaran Industri. Edisi 1. Jakarta : Pustaka Sinar Harapani. Sugiharto. 1987. Dasar – dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta : Universitas Indonesia.
LAPORAN PRAKTIKUM PENGOLAHAN LIMBAH INDUSTRI
FILTRASI Nama Praktikan : 1. Ilman Nulhakim
(101411038)
2. Ira Permatasari
(101411039)
3. Khairunnisaa N H
(101411040)
4. Latif Fauzi
(101411041)
5. Mochamad Rizki P
(101411042)
Kelas : 3B
Dosen Pembimbing : Ir. Emma Hermawati, MT.
Hari, Tanggal Praktikum : Rabu, 10 Oktober 2012
PROGRAM STUDI D3 TEKINIK KIMIA JURUSAN TEKNIK KIMIA POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
