Pengolahan Air Bersih Cara Sederhana

Namanya proses pemurnian air, seperti yang tersurat adalah sebuah proses dalam usaha menjadikan air sembarang menjadi apa yang di definisikan di atas sebagai air murni atau paling tidak menjadi air yang layak dikonsumsi.

Tak henti-hentinya orang belajar dari apa yang terjadi di alam, seperti juga proses pemurnian air ini, apa yang kita ketahui pada instalasi pengolah air murni yang paling canggih sekali pun sebenarnya adalah sebuah miniatur proses pemurnian yang ada di alam.

Mata air yang muncul di pegunungan pada kondisinya yang masih alami tanpa campur tangan manusia, umumnya adalah sebuah bentuk air yang bisa dikatakan mendekati sifat air murni. Air yang muncul sebagai mata air di pegunungan adalah air dari air tanah resapan yang ada jauh di dalam tanah, yang karena sifat kapilaritas seperti layaknya bila anda perhatikan terjadi pada air yang merambat ke atas kain yang kita celup dalam seember air. Air yang merambat ke atas ini seolah merayap menembus lapisan-lapisan dalam tanah yang layaknya lapisan-lapisan penyaring sehingga di ujung penyaringan di atas pegunungan jadilah air yang telah mengalami penyaringan berlapis-lapis.

Kurang lebih ide ini yang kemudian memberikan inspirasi kepada manusia bagaimana membuat sembarang air –yang mungkin membawa sifat tercemar- menjadi air yang layak dikonsumsi.

Berikut ini adalah tahapan-tahapan proses pemurnian air yang di upayakan penjelasannya dalam bahasa sesederhana mungkin. Urutan proses yang di sebutkan dibawah merupakan sebuah urutan yang harus dipenuhi untuk menjamin efektifitas proses pemurnian itu sendiri.

INTAKE

Beberapa lokasi intake pada sumber air yaitu intake sungai, intake danau dan waduk, dan intake air tanah. Jenis-jenis intake, yaitu intake tower, shore intake, intake crib, intake pipe atau conduit, infiltration gallery, sumur dangkal dan sumur dalam

KOAGULASI

Pengertian Koagulasi

Koagulasi adalah proses penggumpalan partikel koloid karena penambahan bahan kimia sehingga partikel-partikel tersebut bersifat netral dan membentuk endapan karena adanya gaya grafitasi.             

Mekanisme Koagulasi

1. Secara fisika

Koagulasi dapat terjadi secara fisik seperti :

1. Pemanasan, Kenaikan suhu sistem koloid menyebabkan tumbukan antar   partikel-partikel sol dengan molekul-molekul air bertambah banyak. Hal ini melepaskan elektrolit yang teradsorpsi pada permukaan koloid. Akibatnya partikel tidak bermuatan. contoh: darah

2.      Pengadukan, contoh: tepung kanji

3.      Pendinginan, contoh: agar-agar

2. Secara kimia

Sedangkan secara kimia seperti penambahan elektrolit, pencampuran koloid yang berbeda muatan, dan penambahan zat kimia koagulan. Ada beberapa hal yang dapat menyebabkan koloid bersifat netral, yaitu:

1. Menggunakan Prinsip Elektroforesis. Proses elektroforesis adalah pergerakan partikel-partikel koloid yang bermuatan ke elektrode dengan muatan yang berlawanan. Ketika partikel ini mencapai elektrode, maka sistem koloid akan kehilangan muatannya dan bersifat netral.

2.  Penambahan koloid, dapat terjadi sebagai berikut:

Koloid yang bermuatan negatif akan menarik ion positif (kation), sedangkan koloid yang bermuatan positif akan menarik ion negatif (anion). Ion-ion tersebut akan membentuk selubung lapisan kedua. Apabila selubung lapisan kedua itu terlalu dekat maka selubung itu akan menetralkan muatan koloid sehingga terjadi koagulasi. Makin besar muatan ion makin kuat daya tariknya dengan partikel koloid, sehingga makin cepat terjadi koagulasi.               

3      Penambahan Elektrolit. Jika suatu elektrolit ditambahkan pada sistem koloid, maka partikel koloid yang bermuatan negatif akan mengadsorpsi koloid dengan muatan positif (kation) dari elektrolit. Begitu juga sebaliknya, partikel positif akan mengadsorpsi partikel negatif (anion) dari elektrolit. Dari adsorpsi diatas, maka terjadi koagulasi.

Dalam proses koagulasi,stabilitas koloid sangat berpengaruh.stabilitas merupakan daya tolak koloid karena partikel-partikel mempunyai muatan permukaan sejenis (negatip).

Beberapa gaya yang menyebabkan stabilitas partikel, yaitu:

1. Gaya elektrostatik yaitu gaya tolak menolak tejadi jikapartikel-partikel   mempunyai muatan yang sejenis.

2.    Bergabung dengan molekul air (reaksi hidrasi)

3. Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besar yang diadsorpsi pada permukaan.

Suspensi atau koloid bisa dikatan stabil jika semua gaya tolak menolk antar partikel leih besar dari ada gaya tarik massa, sehingga dalam waktu tertentu tidak terjadi agregasi.

Untuk menghilangkan kondisi stabil, harus merubah gaya interaksi antara partikel dengan pembubuhan zat kimia supaya gaya tarik menariklebih besar.

Untuk destabilisasi ada beberapa mekanisme yang berbeda:

1.  Kompresi lapisan ganda listrik dengan muatan yang berlawanan.

2. Mengurangi potensial permukaan yang disebabkan oleh adsorpsi molekul yang spesifik dengan muatan elektrostatik berlawanan.

3. Adsorpsi molekul organik diatas permukaan partikel bisa membentuk jembatan moleku diantara partikel.

4. Penggabungan partikel koloid kedalam senyawa presipitasi yang terbentuk dari koagulan.

Secara garis besar (bedasarkan uraian diatas), mekanisme koagulasi adalah :

1. Destabilisasi muatan negatif partikel oleh muatan positip dari koagulan

2. Tumbukan antar partikel

3. Adsorpsi

Tinjauan Pustaka

Faktor – faktor yang mempengaruhi koagulasi :

(1)   Pemilihan bahan kimia

Untuk melaksanakan pemilihan bahan kimia, perlu pemeriksaan terhadap karakteristik air baku yang akan diolah yaitu :

• S u h u

• pH

• Alkalinitas

• Kekeruhan

• W a r n a

Efek karakteristik tersebut terhadap koagulan adalah:

·         S u h u  berpengaruh terhadap daya koagulasi dan memerlukan pemakaian bahan kimia berlebih, untuk mempertahankan hasil yang dapat diterima.

·         pH Nilai ekstrim baik tinggi maupun rendah, dapat berpengaruh terhadap koagulasi. pH optimum bervariasi tergantung jenis koagulan yang digunakan.

·         Alkalinitas yang rendah membatasi reaksi ini dan menghasilkan koagulasi yang kurang baik, pada kasus demikian, mungkin memerlukan penambahan alkalinitas ke dalam air, melalui penambahan bahan kimia alkali/basa ( kapur atau soda abu)

·         Makin rendah kekeruhan, makin sukar pembentukkan flok.Makin sedikit partikel, makin jarang terjadi tumbukan antar partikel/flok, oleh sebab itu makin sedikit kesempatan flok berakumulasi.

·         Warna berindikasi kepada senyawa organik, Warna  dimana zat organik bereaksi dengan koagulan, menyebabkan proses koagulasi terganggu selama zat organik tersbut berada di dalam air baku dan proses koagulasi semakin sukar tercapai

(2)   Penentuan dosis optimum koagulan

Untuk memperoleh koagulasi yang baik, dosis optimum koagulan harus ditentukan. Dosis optimum mungkin bervariasi sesuai dengan karakteristik dan seluruh komposisi kimiawi di dalam air baku, tetapi biasanya dalam hal ini fluktuasi tidak besar, hanya pada saat-saat tertentu dimana terjadi perubahan kekeruhan yang drastis (waktu musim hujan/banjir) perlu penentuan dosis optimum berulang-ulang.

(3)   Penentuan pH optimum

Penambahan garam aluminium atau garam besi, akan menurunkan pH air, disebabkan oleh reaksi hidrolisa garam tersebut, seperti yang telah diterangkan di atas. Koagulasi optimum bagaimanapun juga akan berlangsung pada nilai pH tertentu.

Apabila muatan koloid dihilangkan, maka kestabilan koloid akan berkurang dan dapat menyebabkan koagulasi atau penggumpalan. Penghilangan muatan koloid dapat terjadi pada sel elektroforesis atau jika elektrolit ditambahkan ke dalam sistem koloid. Apabila arus listrik dialirkan cukup lama ke dalam sel elektroforesis maka partikel koloid akan digumpalkan ketika mencapai elektrode. Jadi, koloid yang bermuatan negatif akan digumpalkan di anode, sedangkan koloid yang bermuatan positif digumpalkan di katode.

Koagulan yang paling banyak digunakan dalam praktek di lapangan adalah alumunium sulfat [Al2(SO4)₃], karena mudah diperoleh dan harganya relatif lebih murah dibandingkan dengan jenis koagulan lain.

Perhitungan dosis koagulan yang dicampur dengan dengan air limbah harus benar-benar tepat, sebab jika dosis kurang atau melebihi kebutuhan maka proses koagulasi tidak berjalan dengan optimal. Oleh karena itu parameter yang penting dalam penambahan koagulan ini adalah debit air limbah

Proses koagulasi yang dilakukan untuk menurunkan nilai TSS akan menghasilkan endapan yang terbentuk dari proses sedimentasi setelah air limbah mengalami proses koagulasi. Volume endapan yang terbentuk bergantung pada beberapa faktor diantaranya adalah kondisi debit air  limbah, kekeruhan air limbah, dosis koagulan yang digunakan untuk koagulasi serta karakteristik dari koagulan tersebut.

Endapan yang dihasilkan oleh koagulan tawas dan PAC bersifat tidak stabil sebab endapan yang dihasilkan memiliki ukuran partikel yang kecil, sehingga mudah mengalami gangguan dan dibutuhkan waktu yang cukup lama lagi untuk mengendap. Hal tersebut juga mengakibatkan volume endapan menjadi lebih besar.

FLOKULASI

Flok-flok kecil yang sudah terbentuk di koagulator diperbesar disini. Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk flok yaitu kekeruhan pada air baku, tipe dari suspended solids, pH, alkalinitas, bahan koagulan yang dipakai, dan lamanya pengadukan. GxTd yang disyaratkan untuk flokulasi adalah 10.000-100.000.

Beberapa tipe flokulator adalah channel floculator (buffle channel horizontal, buffle channel vertikal, buffle channel vertikal dengan diputar, melalui plat berlubang, dalam Cone, dan dengan pulsator), pengadukan secara mekanik, pengadukan melalui media, pengadukan secara pneumatic (dengan udara).

SEDIMENTASI

Sedimentasi adalah pemisahan partikel secara gravitasi. Pengendapan kandungan zat padat di dalam air dapat digolongkan menjadi pengendapan diskrit (kelas 1), pengendapan flokulen (kelas 2), pengendapan zone, pengendapan kompresi/tertekan.

Dalam pengolahan air, sedimentasi dapat diaplikasikan pada:

·        Pengendapan sederhana dari air permukaan untuk pengolahan menggunakan instalasi saringan pasir cepat.

·        Pengendapan dengan koagulasi dan fitrasi sebelumnya pada saringan pasir cepat.

·        Pengendapan dengan koagulasi dan fitrasi pada lime-soda tipe instalasi pelunakan kesadahan.

·        Pengendapan komponen air pada instalasi penghilang besi dan mangan.

Jenis bak pengendap adalah bak pengendap aliran batch dan bak pengendap dengan aliran kontinu. Uniformitas dan turbulensi aliran pada bidang pengendap sangat berpengaruh. Oleh sebab itu, bilangan Fraude yang menggambarkan tingkat uniformitas aliran dan turbulensi aliran yang digambarkan oleh bilangan Reynold harus memenuhi kriteria yaitu: bilangan Fraude Fr>10-5 dan bilangan Reynold Re < 500.

FILTRASI

Proses filtrasi adalah mengalirkan air hasil sedimentasi atau air baku melalui media pasir. Proses yang terjadi selama penyaringan adalah pengayakan (straining), flokulasi antar butir, sedimentasi antar butir, dan proses biologis. Dilihat dari segi desain kecepatan, filtrasi dapat digolongkan menjadi saringan pasir cepat (filter bertekanan dan filter terbuka) dan saringan pasir lambat

Setelah filter digunakan beberapa saat, filter akan mengalami penyumbatan. Untuk itu perlu pembersihan, yang dapat dilakukan dengan pencucian dengan udara dan pencucian dengan air (pencucian permukaan filter dengan penyemprotan dan pencucian dengan backwash). Sedangkan tenaga untuk pencucian dapat dilakukan dengan cara pompa (memompa air yang ada di reservoir penampung ke dasar filter), menggelontor air yang ada di reservoir atas (elevated tank) secara gravitasi ke dasar filter, dan menggelontor air yang ada di filter sebelahnya ke filter yang sudah jenuh (interfilter). Hal yang dipertimbangkan dalam mendesain proses filtrasi adalah media filter dan hidrolika filtrasi.

Jenis sistem  penyaringan dapat dibedakan atas 2 (dua) kecepatan yaitu :

1). Saringan Pasir Cepat ( Rapid Sand Filter )

Sistem ini yang sering digunakan pada pengolahn air minum, kecepatan penyaringan pada sistem ini relatif lebih besar dan pencucian penyaringan menggunakan pengaliran balik ( back washing ).

Penyaringan cepat adalah suatu proses penjernihan, dimana air yang akan diolah dilewatkan pada suatu media porous dengan kecepatan yang relatif tinggi (kecepatan penyaringan 5 s/d 15 m/ jam).

Selama proses tersebut kualitas air membaik karena terjadi pemisahan air “kotoran”.

Saringan pasir cepat digunakan untuk air dengan kandungan kekeruhan dari 30 ppm.

Akumulasi Lumpur pada lapisan atas media penyaringan akan menurunkan kecepatan fluktuasi sehingga tiap selang waktu tertentu, permukaan pasir dibersihkan ( proses pencucian )

Pencucian filter atau lapisan penyaring dilakukan :

- Pencucian dari bawah (back washing) dengan atau tanpa menggunakan pompa udara.

- Penucian dari atas (surface washing), yaitu pencucian  terhadap bidang  permukaan media dengan penyemprotan air yang tertutup Lumpur.

      Waktu pencucian umumnya antara 10 sampai dengan 15 menit.

2.   Saringan Pasir lambat (Slow sand Filter )

Penyaringan adalah suatu proses penjernihan, dimana air yang akan diolah dilewatkan media porous dengan kecepatan relatif rendah.

Sistem ini jarang digunakan karena memerlukan lahan yang cukup luas.

Saringan pasir lambat dengan kandungan kekeruhan kurang dari 30 ppm.

Pencucian saringan pasir lambat ialah dengan cara mengeruk lapisan atas saringan pasir setebal 2 s/d 3 cm dikeluarkan dari bak dan dicuci sampai bersih dan setelah bersih pasir dikembalikan ketempat semula

DESINFEKSI

Merupakan penambahan suatu senyawa khlor aktif pada air minum dengan tujuan untuk  membunuh organisme bakteriologis khususnya organisme pathogin yang dapat menyebabkan penyakit dan kematian pada manusia. Desinfektan air dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu: pemanasan, penyinaran antara lain dengan sinar UV, ion-ion logam antara lain dengan copper dan silver, asam atau basa, senyawa-senyawa kimia, dan chlorinasi

Proses desinfeksi dengan klorinasi diawali dengan penyiapan larutan kaporit dengan konsentrasi tertentu serta penetapan dosis klor yang tepat. Metode pembubuhan dengan kaporit yang dapat diterapkan sederhana dan tidak membutuhkan tenaga listrik tetapi cukup tepat pembubuhannya secara kontinu adalah: metoda gravitasi dan metode dosing proporsional.

Klorin merupakan zat kimia yang paling banyak digunakan untuk mendisinfeksi air minum karena mudah digunakan, efektivitasnya dapat diukur, mudah didapat dan relative murah. Bila digunakan secara benar, klorin akan membunuh semua virus dan bakteri, namun beberapa spesies protozoa dan cacing resisten. Terdapat beberapa sumber klorin untuk penggunaan rumah tangga; dalam bentuk cairan, bubuk dan tablet. Klorin biasanya tersedia di rumah tangga sebagai cairan pemutih (sodium hypochlorite), biasanya dengan konsentrasi klorin 1%. Cairan pemutih dijual dalam botol atau sachets.

Klorin harus ditambahkan dalam jumlah cukup untuk menghancurkan semua kuman namun tidak boleh terlalu banyak karena akan mempengaruhi rasa air. Zat kimia ini juga harus mempunyai waktu kontak yang cukup dengan patogen (paling tidak 40 menit). Menentukan jumlah yang benar tidaklah mudah karena berbagai zat dalam air mempunyai kecepatan reaksi dengan disinfektan yang berbeda-beda. Selain itu, kekuatan disinfektan dapat menurun sejalan dengan waktu, tergantung penyimpanannya. Karena itu disarankan pada situasi darurat penyediaan klorin bagi pengguna diatur secara terpusat oleh orang yang mahir.

Pembubuhan desinfektan tersebut terhadap air yang sudah mengalami penyaringan sebelum air tersebut ditampung dan dialirkan, disalurkan pada konsumen/ langganan.

RESERVOIR

Reservoir digunakan pada system distribusi untuk meratakan aliran, untuk mengatur tekanan, dan untuk keadaan darurat.

Jenis pompa penyediaan air yang banyak digunakan adalah: jenis putar (pompa sentrifugal, pompa diffuser atau pompa turbin meliputi pompa turbin untuk sumur dan pompa submersible untuk sumur dalam), pompa jenis langkah positif (pompa torak, pompa tangan, pompa khusus meliputi pompa vortex atau pompa kaskade, pompa gelembung udara atau air lift pump, pompa jet, dan pompa bilah). Efisiensi pompa umumnya antara 60 sampai 85%

Diagram Pengolahan Air PDAM (Arifiani dan Hadiwidodo, 2007)

Sumber Air

 

Intake

 

Koagulasi

 

Flokulasi

 

Sedimentasi

 

Filtrasi

 

                     Konsumen                                 Reservoir                                Konsumen

 

Konsumen