Proses Pengolahan Air Minum : Secara Kimia Lengkap 99%

Proses Pengolahan Air Minum : Secara Kimia Lengkap 99%

Proses Pengolahan Air Minum : KIMIA

Pengolahan kimia dilakukan dengan menambahkan bahan kimia tertentu yang bertujuan untuk menyisihkan senyawa organik maupun senyawa anorganik dalam air. Penambahan bahan kimia ini bersifat spesifik, tergantung jenis dan konsentrasi polutan dalam air baku. Proses pengolahan air yang menggunakan prinsip pengolahan secara kimia antara lain koagulasi, proses penghilangan kesadahan dalam air, serta proses desinfeksi menggunakan klor. Penambahan bahan kimia dapat menyebabkan perubahan komposisi kimia dalam air seperti perubahan pH sehingga mengharuskan adanya penambahan zat kimia lain untuk menyesuaikan dengan pengolahan selanjutnya.

2.1. Flokulasi

Air baku yang keruh setelah diendapkan dalam jangka waktu tertentu masih tetap keruh karena adanya koloid yang melayang-layang di dalam air. Koloid ini memerlukan waktu yang sangat lama untuk dapat diendapkan, dengan demikian efek gravitasi sedikit atau hampir tidak ada pengaruhnya terhadap proses pemisahan kontaminan. Proses pemisahan diefektifkan dengan penambahan bahan kimia tertentu dalam air baku. Setelah pencampuran tersebut, terjadi proses koagulasi (proses pembekuan/ penggumpalan). Secara kimia, hal ini merupakan proses destabilisasi muatan pada zat padat yang terlarut oleh zat kimia koagulan sehingga zat padat tersebut menggumpal dan dapat diendapkan dengan mudah. Destabilisasi partikel dapat dilakukan melalui mekanisme sebagai berikut :

Pemanfaatan lapisan ganda elektrik.

Adsorpsi dan netralisasi muatan.

Penjaringan partikel koloid dalam presipitat.

Adsorpsi dan pengikatan antar partikel.

Pada prinsipnya, zat kimia atau koagulan yang dapat dipakai adalah semua unsur dengan kation bervalensi dua keatas yang mempunyai daya elektrolit yang kuat, misalnya Fe, Al, Ba. Bahan kimia yang sering digunakan dalam proses koagulasi adalah alum (Al) dalam bentuk Aluminium Sulfat atau tawas (Al3(SO4)2.18H2O) dan Poli Aluminium Chloride (PAC). Setelah proses koagulasi dilakukan flokulasi untuk mempercepat terbentuknya gumpalan-gumpalan koloid yang dapat diendapkan secara lebih mudah.

Flokulasi adalah tahap pengadukan lambat yang mengikuti unit pengaduk cepat. Proses ini bertujuan untuk mempercepat laju tumbukan partikel, sehingga menyebabkan aglomerasi dari partikel koloid terdestabilisasi secara elektrolitik kepada ukuran yang terendapkan dan tersaring.

Flokulasi dicapai dengan mengaplikasikan pengadukan yang tepat untuk memperbesar flok-flok hasil koagulasi. Pengadukan pada bak flokulasi harus diatur sehingga kecepatan pengadukan semakin ke hilir semakin lambat. Pada umumnya waktu detensi pada bak ini adalah 20 – 40 menit. Hal tersebut dilakukan karena flok yang telah mencapai ukuran tertentu tidak bisa menahan gaya tarik dari aliran air dan menyebabkan flok pecah kembali, oleh sebab itu kecepatan pengadukan dan waktu detensi dibatasi. Konstruksi dari unit flokulasi harus bisa menghindari aliran mati pada bak. Terdapat beberapa kategori sistem pengadukan untuk melakukan flokulasi ini, yaitu pengaduk mekanis dan pengadukan menggunakan baffle channel basins

2.2. Ozonisasi

Desinfeksi adalah proses yang bertujuan untuk membunuh mikroorganisme patogen yang terdapat di dalam air baku yang masuk ke dalam instalasi pengolahan air minum. Proses ini tidak berlaku bagi mikroorganisme yang berada dalam bentuk spora. Terdapat berbagai metode untuk melakukan desinfeksi, antara lain dengan penggunaan zat pengoksidasi (ozon, halogen, senyawa halogen), kation dari logam berat (perak, emas, merkuri), senyawa organik, senyawa berbentuk gas, dan pengolahan fisik (panas, UV, pH) (Chang, 1971 dikutip dalam Reynolds, 1982).

Hal yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan desinfektan yang akan digunakan adalah kemampuan desinfektan untuk memerangi kontaminasi yang terjadi setelah pengolahan pada sistem ditribusi air sehingga desinfektan yang terpilih harus memiliki kekuatan desinfeksi yang tersisa di dalam air selama proses distribusi terjadi.

Ozon merupakan senyawa oksigen yang terbentuk dari tiga atom oksigen (O3) dan mempunyai sifat sebagai oksidator kuat. Secara alamiah ozon terbentuk melalui dua cara yaitu melalui bantuan radiasi sinar ultraviolet matahari pada atmosfer bumi dan kilat yang terjadi di udara. Proses ozonisasi dalam pengolahan air minum dilakukan berdasarkan prinsip pembentukan ozon secara alamiah. Melalui dua cara diatas, ikatan atom dari 3 molekul oksigen (O2) akan terpecah dan membentuk 2 molekul ozon (O3). Ikatan atom yang membentuk ozon sangat lemah sehingga ozon yang terbentuk dapat cepat kembali menjadi oksigen (O2). Hal ini menyebabkan ozon mempunyai sifat oksidator yang kuat. Data kimiawi ozon terdapat pada Tabel 2.10.

Tabel 2.10 Data Kimiawi Ozon

Rumus Kimia

O3

Sifat

Oksidator

Berat Molekul

48

Konsentrasi

< 18 % dari massa oksigen

Titik Didih

-111.9 oC

Titik Beku

- 192.7 oC

Temperatur Kritis

-12.1 oC

Tekanan Kritis

54,6 atm

Kelarutan dalam Air

3 ppm pada 20 oC

Potensial Elektrokimia

-2.07 V

Densitas

2.14 Kg O3/m3 pada 0 oC 1013 mbar

Densitas Relatif (dengan udara)

1.7

Sumber: Lenntech Water treatment & air purification Holding B.V, Rotterdam

Secara kimiawi, ozon tersusun atas tiga atom oksigen yang mempunyai ikatan tunggal dan ikatan ganda. Ikatan tunggal yang terjadi merupakan ikatan tunggal yang sama dengan ikatan tunggal yang terjadi pada peroksida, dimana ikatan ini sangat lemah dan jika terlepas menyebabkan terbentuknya radikal bebas. Ikatan ganda yang terjadi merupakan ikatan kimia yang biasa terjadi pada oksigen (O2) dimana ikatan ini sangat stabil dan tidak reaktif.

Ozon mempunyai waktu paruh sekitar 25 menit dalam air destilasi yang mempunyai temperatur 20 oC. Waktu paruh ini akan berkurang jika berada dalam air biasa. Radiasi sinar ultraviolet dengan panjang gelombang 254 Nm dapat mengubah ozon dalam air menjadi oksigen dan radikal bebas hidroksil. Ozon efektif mengoksidasi berbagai jenis zat pencemar dalam air tanpa meninggalkan zat sisa yang tidak diinginkan atau mengubah pH air secara signifikan. Ozonisasi dalam instalasi pengolahan air minum mempunyai beberapa manfaat, antara lain untuk desinfeksi mikroorganisme organik patogen, menghilangkan bau dan rasa yang tidak diinginkan (biasanya berasal dari ion S-2), serta menjernihkan air akibat adanya senyawa organik terlarut. Dalam sistem pengolahan air minum, penggunaan sistem ozonisasi disertai dengan penggunaan saringan karbon aktif yang bertujuan untuk mengefektifkan pengolahan terutama untuk menghilangkan zat-zat pencemar organik. Gambar 2.3 – 2.6 memperlihatkan mekanisme kerja ozon dalam menghilangkan zat-zat pencemar organik.

2.2.1. Pembentukan Ozon dengan Sinar Ultraviolet

Ozon dibuat dengan cara melewatkan udara pada sinar ultraviolet yang dihasilkan dari lampu UV. Sinar UV yang dihasilkan oleh lampu akan mengubah sejumlah kecil senyawa oksigen dalam udara menjadi ozon. Cahaya lampu yang digunakan tergantung pada panjang gelombang cahaya yang digunakan dan spektrum elektromagnetiknya. Panjang gelombang cahaya yang umum digunakan dalam generator ozon dengan sistem UV adalah 185 nm yang merupakan panjang gelombang cahaya yang paling efektif dalam pembentukan ozon. Konsentrasi ozon yang dihasilkan dari metode ini sekitar 0,01 % sampai 0,1 % dari konsentrasi

udara yang diolah. Konsentrasi ini bersifat fluktuatif karena sangat dipengaruhi oleh kelembaban dan intensitas sinar UV yang dihasilkan dari lampu, yang akan berkurang seiring dengan lamanya pemakaian.

2.2.2. Pembentukan Ozon dengan Arus Listrik

Ozon dibuat dengan cara melewatkan udara atau oksigen murni melalui listrik bertegangan tinggi yang akan memecah molekul oksigen dan membentuknya kembali menjadi ozon. Konsentrasi ozon yang dihasilkan berkisar antara 1% hingga 20% dari konsentrasi udara yang diolah, tergantung dari konsentrasi oksigen dari udara awal. Dalam sistem ini digunakan oksigen konsentrator yang akan memisahkan oksigen dari senyawa-senyawa lain, terutama nitrogen, yang terdapat di udara. Hal ini berguna untuk menambah jumlah ozon yang dihasilkan serta mencegah terjadinya korosi dalam sistem pengolahan yang disebabkan oleh adanya asam nitrit (HNO3) yang terbentuk dari reaksi antara uap air (kelembaban) dengan nitrogen oksida (NO2).

2.2.3. Ozon untuk menghilangkan bau, rasa, dan warna

Ozon mampu menghilangkan warna dalam air yang disebabkan oleh senyawa­senyawa organik dengan cara memecahkan ikatan atom-atom karbon yang terdapat dalam senyawa organik. Dalam proses ini akan dihasilkan aldehid, keton, dan asam yang dipengaruhi oleh senyawa-senyawa organik yang diuraikan, dosis ozon yang diberikan, serta waktu kontak. Proses oksidasi menggunakan ozon dapat mengurangi atau menghilangkan warna yang disebabkan oleh senyawa­senyawa organik. Koloid dan partikel-partikel terlarut yang menyebabkan warna dalam air dapat dihilangkan dengan filtrasi. Efek mikrofiltrasi ozon dapat dimanfaatkan dalam proses koagulasi koloid organik dan partikel-partikel terlarut yang akan membantu proses filtrasi. Oksidasi senyawa-senyawa organik dapat meningkatkan biodegradasi karbon organik. Jika biodegradasi karbon organik tidak dihilangkan atau proses klorinasi yang dilakukan tidak mampu menghilangkan senyawa-senyawa organik yang ada dalam air, dapat menyebabkan pertumbuhan kembali mikroorganisme dalam sistem distribusi.

Bau dan rasa yang tidak diinginkankan dapat disebabkan oleh adanya bahan­bahan organik dan bahan anorganik. Ion sulfit (S-2) merupakan senyawa kimia utama yang menyebabkan timbulnya bau dan rasa. Ion-ion lain yang dapat menimbulkan bau dan rasa dalam sistem distribusi air adalah besi, tembaga, dan seng. Dalam distribusi air bersih dengan kandungan oksigen terlarut yang kurang mencukupi, proses dekomposisi secara anaerobik akan menghasilkan senyawa­senyawa yang teridentifikasi sebagai penyebab terjadinya masalah-masalah estetika dalam distribusi air bersih. Berbagai jenis senyawa yang berada dalam air baku dapat menimbulkan bau dan rasa yang tidak diinginkan. Selain itu, pertumbuhan kembali mikroorganisme dalam sistem distribusi juga dapat menimbulkan bau dan rasa yang tidak diinginkan pada air yang digunakan oleh pelanggan. Sisa oksidan yang tinggi dalam proses ozonisasi dapat memperlambat proses reaksi senyawa organik dalam sistem distribusi air bersih sehingga mengurangi timbulnya bau dan rasa yang disebabkan terbentuknya ion sulfit.

2.2.4. Perbandingan Ozon dan Klorin sebagai Disinfektan

Selain sebagai oksidator kuat, ozon juga merupakan desinfektan kuat yang dapat digunakan tanpa penambahan bahan kimia tertentu. Dalam penggunaannya, ozon dapat berubah menjadi oksigen, senyawa yang tidak beracun, dan aman bagi lingkungan. Di berbagai negara maju, seperti Amerika Serikat, Inggris dan Jerman, ozon dimanfaatkan untuk menghilangkan warna, menghilangkan bau dan rasa, menghilangkan senyawa-senyawa organik, mikroflokulasi, oksidasi mangan dan besi, sebagai desinfektan, serta mematikan virus. Tabel 2.11 menunjukkan perbandingan koefisien mematikan spesifik (Specific Lethality Coefficients) antara ozon dengan berbagai senyawa klor.

Tabel 2.11

Koefisien Mematikan Spesifik (Specific Lethality Coefficients) pada Suhu 5 oC

Senyawa

Bakteri Enterik

Dinding Sel Amoeba

Virus

Spora

Ozon

500

0.5

5

2

HOCL

20

0.05

1

0.05OCL

0.2

0.0005

<0.02

<0.0005NH2CL

0.1

0.002

0.0005

0.001

Sumber: www.gewater.com

Sebagai desinfektan, ozon mempunyai kemampuan yang lebih baik dibandingkan klorin atau desinfektan lainnya karena mempunyai daya oksidasi yang kuat sehingga dapat menghilangkan endotoksin (pyrogenic lippopolysaccharides) dan Total Organic Carbon (TOC). Selain itu, ozon mempunyai koefisien mematikan (lethality coefficient) yang lebih besar daripada klor sehingga lebih efektif dalam membunuh mikroorganisme dan virus.

Baca Artikel Terkait: