8. PENGOLAHAN KHUSUS

Ali MasduqiAli Masduqi MK Pengolahan Air MinumMK Pengolahan Air Minum Jurusan Teknik Lingkungan ITSJurusan Teknik Lingkungan ITS 20112011

06 Juni 20111

You created this PDF from an application that is not licensed to print to novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

PenurunanPenurunan BesiBesi dandan ManganMangan PenurunanPenurunan KesadahanKesadahan AdsorpAdsorpssii Pertukaran Pertukaran IonIon Filter Filter MembranMembran

06 Juni 20112


Besi dan mangan adalah mineral yang umum Besi dan mangan adalah mineral yang umum ditemukan dalam tanah dalam bentuk oksida, ditemukan dalam tanah dalam bentuk oksida, yaitu yaitu ferri okferri oksidasida dandan manganmangan oksidaoksida. .

DalamDalam air, air, besibesi dandan manganmangan seringsering dijumpaidijumpaiberikatanberikatan dengandengan bikarbonatbikarbonat terlarutterlarut ((ferroferrobikarbonatbikarbonat dandan manganmangan bibikkarbonatarbonat), ), ferroferroterlarutterlarut atauatau manganmangan sulfatsulfat. .

06 Juni 20113


Permasalahan keberadaan besi dan mangan Permasalahan keberadaan besi dan mangan dalam air minum adalah:dalam air minum adalah: Besi dan mangan menyebabkan Besi dan mangan menyebabkan warna warna

coklat/kuning/hitamcoklat/kuning/hitam pada pakaian, peralatan, pada pakaian, peralatan, perpipaan dan sebagainya.perpipaan dan sebagainya.

Pada perpipaan dan instalasi, besi dan Pada perpipaan dan instalasi, besi dan mangan menyebabkan mangan menyebabkan kerakkerak, sehingga terjadi , sehingga terjadi peningkatan headloss.peningkatan headloss.

Air menjadi Air menjadi berasaberasa dan dan berbauberbau besibesi Merangsang pertumbuhan Merangsang pertumbuhan bakteribakteri besi dan besi dan

manganmangan

06 Juni 20114


Salah satu teknik penurunan kadar besi dan Salah satu teknik penurunan kadar besi dan mangan adalah mangan adalah oksidasioksidasi

Oksidasi yang digunakan untuk menurunkan Oksidasi yang digunakan untuk menurunkan kadar besi dan mangan antara lain kadar besi dan mangan antara lain menggunakan:menggunakan: oksigen (disebut aerasi) Klor klor dioksida kalium permanganat ozone.

06 Juni 20115


Kebutuhan oksidator secara Kebutuhan oksidator secara teoritisteoritis (ditentukan (ditentukan berdasarkan persamaan reaksi):berdasarkan persamaan reaksi): 1 mg/l oksigen akan mengoksidasi 7 mg/l besi atau 1 mg/l oksigen akan mengoksidasi 7 mg/l besi atau

3,4 mg/l mangan3,4 mg/l mangan 1 mg/l 1 mg/l klorklor dapatdapat mengoksidasimengoksidasi 1,58 mg/l 1,58 mg/l besibesi atauatau

0,78 mg/l 0,78 mg/l manganmangan 1 mg/l 1 mg/l klorklor dioksidadioksida mampumampu mengoksidasimengoksidasi 0,83 0,83

mg/l mg/l besibesi atauatau 0,41 mg/l 0,41 mg/l manganmangan 1 mg/l KMnO1 mg/l KMnO44 dapatdapat mengoksidasimengoksidasi 1,06 mg/l 1,06 mg/l besibesi

atauatau 0,52 mg/l 0,52 mg/l manganmangan 1 mg/l ozone1 mg/l ozone dapat dapat mengoksidasimengoksidasi 2,3 mg/l 2,3 mg/l besibesi

atauatau 1,5 mg/l 1,5 mg/l manganmangan

06 Juni 20116


KesadahanKesadahan adalahadalah kondisikondisi air yang air yang mengandungmengandungion ion kalsiumkalsium dandan magnesiummagnesium yang yang bereaksibereaksi dengandenganbikarbonatbikarbonat, , sulfatsulfat, , atauatau kloridaklorida

Dua macam kesadahan: Dua macam kesadahan: kesadahan sementara (kesadahan bikarbonat)

disebabkan oleh kandungan anion HCO3- yang berikatan dengan kalsium dan/atau magnesium

kesadahan tetap (kesadahan non-bikarbonat) disebabkan oleh kandungan anion SO42- dan/atau Cl-yang berikatan dengan kalsium dan/atau magnesium.

KKesadahan sementara esadahan sementara + K+ Kesadahan tetap esadahan tetap = = kesadahan totalkesadahan total..

06 Juni 20117


Penurunan kesadahan:Penurunan kesadahan: PemanasanPemanasan (khusus untuk kesadahan (khusus untuk kesadahan

sementara)sementara) PresipitasiPresipitasi (untuk kesadahan sementara (untuk kesadahan sementara

maupun kesadahan tetap), yaitu dengan maupun kesadahan tetap), yaitu dengan penambahan kapurpenambahan kapur--soda atau dengan soda soda atau dengan soda kaustik kaustik

06 Juni 20118


Reaksi penambahan kapur dan soda ashReaksi penambahan kapur dan soda ash Ca(OH)Ca(OH)22 + CO+ CO22 CaCOCaCO33 + H+ H22OO Ca(OH)Ca(OH)22 + Ca(HCO+ Ca(HCO33--))22 2CaCO2CaCO33 + 2H+ 2H22OO 22Ca(OH)Ca(OH)22 + Mg(HCO+ Mg(HCO33--))22 22CaCOCaCO33 + 2H+ 2H22OO

+ Mg(OH)+ Mg(OH)22

Ca(OH)Ca(OH)22 + MgSO+ MgSO44 CaSOCaSO44 + Mg(OH)+ Mg(OH)22 NaNa22COCO33 + CaSO+ CaSO44 NaNa22SOSO44 + CaCO+ CaCO33

06 Juni 20119


Kebutuhan kapur dan/atau sodaKebutuhan kapur dan/atau soda Kebutuhan kapur = konsentrasi kapur x debit Kebutuhan kapur = konsentrasi kapur x debit

pengolahan.pengolahan. Konsentrasi kapur (mg/l CaO) = (A + B + C) x D / E A = mg/l CO2 x (56 / 44) B = alkalinitas (mg/l CaCO3) x 56 / 100 C = mg/ Mg x 56 / 24,3 D = kapur berlebih hingga pH 11 (biasanya 10 20% x

(A+B+C), jadi D = 1,1 hingga 1,2 E = kadar kemurnian kapur

Kebutuhan soda = konsentrasi soda x debit Kebutuhan soda = konsentrasi soda x debit pengolahan.pengolahan. Konsentrasi soda ash (mg/l Na2CO3) = NH x 106 / 100 NH = kesadahan tetap (mg/l CaCO3)

06 Juni 201110


06 Juni 201111


Adsorpsi diaplikasikan untuk Adsorpsi diaplikasikan untuk menyisihkanmenyisihkanrasa, rasa, baubau, , atauatau warnawarna yang yang disebabkandisebabkanoleholeh kandungankandungan bahanbahan organikorganik dalamdalam air, air, produkproduk sampingsamping disinfeksidisinfeksi, , pestisidapestisida, , dandanbahanbahan organikorganik sintetissintetis lainnyalainnya

06 Juni 201112


AdsorbenAdsorben: Bahan yang digunakan untuk : Bahan yang digunakan untuk mengadsorpsi mengadsorpsi karbon aktif, arang karbon aktif, arang tempurung kelapa, mineral lempung, dlltempurung kelapa, mineral lempung, dll

AdsorbatAdsorbat: Bahan polutan yang diadsorpsi : Bahan polutan yang diadsorpsi bahan organik, logam berat, dllbahan organik, logam berat, dll

06 Juni 201113


Pemilihan Adsorben:Pemilihan Adsorben: Bentuk karbon aktif (bubuk atau butiran)Bentuk karbon aktif (bubuk atau butiran) Kapasitas adsorptifKapasitas adsorptif Laju adsorpsiLaju adsorpsi

06 Juni 201114


06 Juni 201115


FreundlichFreundlich isotherm isotherm

Linierisasi:

x/m = kapasitas adsorpsi (mg adsorbat / mg adsorben)K & n = koefisien adsorpsi FreundlichCe = konsentrasi saat kesetimbangan (mg/L)

neKCm

x 1

eCnK

mx ln1lnln

Intercept = ln K

ln (x/m)

Ln C

Slope = 1/n

06 Juni 201116


LangmuirLangmuir isothermisotherm

Linierisasi:

e

em

bCCbq

mx

1

memmx qCbq

111

Intercept = 1/qm

1/(x/m)

1/C

Slope =1/(qmb)

06 Juni 201117

qm = kapasitas adsorpsi maksimum (mg adsorbat / mg adsorben)

b = koefisien adsorpsi Langmuir


Air Air baku baku dengandengan COD 80 mg/l COD 80 mg/l diolahdiolah dengandengan adsorpsiadsorpsimenggunakanmenggunakan karbonkarbon aktifaktif. . EfluenEfluen yang yang diharapkandiharapkanadalahadalah tidaktidak lebihlebih daridari 15 mg/l COD. Data 15 mg/l COD. Data hasilhasil percobaanpercobaanditabulasiditabulasi sebagaisebagai berikutberikut::

TentukanTentukan konstantakonstanta FreundlichFreundlich TentukanTentukan konstantakonstanta LangmuirLangmuir

Flask Massa karbon (mg)

Volume larutan (ml)

COD akhir (mg/l)

1234567

050

100200500800

1000

250250250250250250250

80493120743

06 Juni 201118


PenyelesaianPenyelesaian:: HitungHitung massamassa COD COD teradsorpsiteradsorpsi (x): (x):

x = (x = (CODCODawalawal -- CODCODakhirakhir) x volume = (80 mg/l ) x volume = (80 mg/l -- 49 mg/l) x 0,25 l = 49 mg/l) x 0,25 l = 7,75 mg7,75 mg

HitungHitung x/m:x/m:x/m = 7,75 mg / 50 mg = 0,155 mg/mgx/m = 7,75 mg / 50 mg = 0,155 mg/mg

HHitungitung lnln (x/m) (x/m) dandan lnln CCee:: ln (x/m) = ln 0,155 = -1,864 ln Ce = ln 49 = 3,892

HHitungitung 1/(x/m) 1/(x/m) dandan 1/C1/Cee:: 1/(x/m) = 1/0,155 = 6,452 1/Ce = 1/49 = 0,020

06 Juni 201119


PerhitunganPerhitungan selanjutnyaselanjutnya lihatlihat tabeltabel berikutberikut::No m Ce x x/m ln (x/m) ln Ce 1/(x/m) 1/Ce

1 0 802 50 49 7,75 0,155 -1,864 3,892 6,452 0,0203 100 31 12,25 0,1225 -2,100 3,434 8,163 0,0324 200 20 15 0,075 -2,590 2,996 13,333 0,0505 500 7 18,25 0,0365 -3,310 1,946 27,397 0,1436 800 4 19 0,02375 -3,740 1,386 42,105 0,2507 1000 3 19,25 0,01925 -3,950 1,099 51,948 0,333

y = 0,7582x - 4,7901R2 = 0,9965

-5

-4

-3

-2

-1

00 1 2 3 4

ln C

ln (x

/m)

y = 145,9x + 4,7441R2 = 0,9938

010

203040

5060

0 0,1 0,2 0,3 0,4

1/C

1/(x

/m)

06 Juni 201120


Dari Dari dua dua grafikgrafik tersebuttersebut diperolehdiperoleh:: 1/n = 0,7582 dan ln K = -4,7901 atau K = 0,0083 1/(qmb) = 145,9 dan 1/qm = 4,7441 atau qm = 0,2108

dan b = 0,0325 DenganDengan demikiandemikian persamaanpersamaan adsorpsiadsorpsi yang yang

diperolehdiperoleh adalahadalah:: Freundlich : x/m = 0,0083 Ce0,7582

Langmuir : e

e

e

e

CC

CCmx

0325,0100685,0

0325,010325,0*2108,0

06 Juni 201121


Beberapa aplikasi pertukaran ion:Beberapa aplikasi pertukaran ion: Penurunan kesadahan, yaitu dengan Penurunan kesadahan, yaitu dengan

mempertukarkan ion natrium dalam resin mempertukarkan ion natrium dalam resin dengan ion kalsium dan/atau magnesium dengan ion kalsium dan/atau magnesium dalam air. dalam air.

DemineralisasiDemineralisasi total, total, yaituyaitu mempertukarkanmempertukarkan ion ion dalamdalam resin resin dengandengan semuasemua kationkation dandan anion anion dalamdalam air. air.

DemineralisasiDemineralisasi parsialparsial padapada penyediaanpenyediaan air air bersihbersih dengandengan air air bakubaku air air lautlaut. .

06 Juni 201122


AIR

Dissolved SolidsCa++Mg++Na+K+Fe++Cu+

CO3--HCO3-Cl-SO4--SiO2--NO3-

SOFTENEDWATER

Dissolved SolidsNa+>>K+Fe++Cu+


Ca++

Mg++Na+

Na+

Na+

Na+

Na+

REGENERASI( Larutan NaCl )

CaCl2, MgCl2WASTE REGENERASI

RESIN

SOFTENER (CATION EXCHANGER)

Untuk menghilangkan tendensi terjadinya kerak /SCALE : CaCO3, CaSO4, Mg(OH)2, MgSiO3

06 Juni 201123


SUSPENDED SOLIDS REMOVAL DISSOLVED SOLIDS REMOVAL

< 0.5 NTUSS < 1 mg/l

< 5 NTUSS < 3 mg/l

5 - 200 NTUSS 2-100 mg/lTDS 50-1000 mg/l

ION EXCHANGE/DEMINERALIZER

REVERSE OSMOSIS

CLARIFICATION FILTRATION

DEMIN PLANT

Demin Water

Demin Water

06 Juni 201124


H+ OH- H+OH-AIR

Ca++Mg++Na+K+Fe++Cu+


H+ CO3--HCO3-Cl-SO4--SiO2--NO3-

Udara

H+ CO3--

Produk => pH : 2 Produk => pH : 2 3 (bersifat asam)3 (bersifat asam) Resin => LamaResin => Lama22 jenuh. Ion (+) / cation yg pertama jenuh. Ion (+) / cation yg pertama

kali lepas : Sodium (Na), shg trend kali lepas : Sodium (Na), shg trend pH produkpH produk--nya nya akan cenderung naikakan cenderung naik

Monitoring (produk cation resin) Monitoring (produk cation resin) dibuat TREND :dibuat TREND :a. pH a. pH b. Conductivityb. Conductivity

Bila trend pH / conductivity produk cation resin Bila trend pH / conductivity produk cation resin cenderung naik, maka resin dalam keadaan jenuh cenderung naik, maka resin dalam keadaan jenuh & perlu utk regenerasi& perlu utk regenerasi

06 Juni 201126


Tujuan : Untuk mengurangi alkalinity (Alkalinity : Tujuan : Untuk mengurangi alkalinity (Alkalinity : COCO22, HCO, HCO33

--, CO, CO3322-- & OH& OH-- -- merupakan ion negatif) merupakan ion negatif)

dari produk cation resin, sehingga beban anion dari produk cation resin, sehingga beban anion resin akan berkurangresin akan berkurang

PROSES : Produk cation resin pH < 4.3, sehingga PROSES : Produk cation resin pH < 4.3, sehingga alkalinity berbentuk COalkalinity berbentuk CO22. Air mengalir dari atas & . Air mengalir dari atas & udara ke atas, sehingga terjadi perpindahan COudara ke atas, sehingga terjadi perpindahan CO22yg larut di dalam air ke udarayg larut di dalam air ke udara

06 Juni 201127


ANION EXCHANGE RESIN

Resin => Lama2 jenuh. Ion (-) / anion yg pertama kali lepas : Silica (SiO32-), shg trend pH produk-nya akancenderung turun (krn terbentuk H2SiO3 asam lemah)

Monitoring (produk anion resin) dibuat TREND :a. pH b. Conductivityc. Silica (low range)

Bila trend pH produk anion resin cenderung turun & / atau kandungan silica maupun conductivity cenderungnaik, maka resin dalam keadaan jenuh & perlu utkregenerasi

06 Juni 201128


BerisiBerisi : : CationCation & Anion resin& Anion resin TujuanTujuan : : UntukUntuk lebihlebih menyempurnakanmenyempurnakan produkproduk anion anion

resin, resin, sehinggasehingga conductivity < 1 conductivity < 1 SS/cm & Silica < 20 ppb/cm & Silica < 20 ppb Monitoring (Monitoring (dibuatdibuat trend) :trend) :

a. pHa. pHb. Conductivityb. Conductivityc. Silicac. Silica

BilaBila trend pH trend pH naiknaik, , berartiberarti adaada sodium leakage (sodium leakage (terbentukterbentukNaOHNaOH) & ) & cationcation resin resin sudahsudah jenuhjenuh. . HarusHarus didi--regenerasiregenerasi..

BilaBila trend pH trend pH turunturun & & atauatau conductivity conductivity naiknaik, , berartiberarti adaadasilica leakage (silica leakage (terbentukterbentuk HH22SiOSiO33 asamasam lemahlemah) & anion ) & anion resin resin sudahsudah jenuhjenuh. . HarusHarus didi--regenerasiregenerasi..

06 Juni 201129


PenggunaanPenggunaan membranmembran dalamdalam pengolahanpengolahan air air bertujuanbertujuan untukuntuk pemisahanpemisahan substansisubstansi daridarilarutanlarutan

Aplikasi:Aplikasi: Mikrofiltrasi, ukuran pori sekitar 0,05 10 mikron Ultrafiltrasi, ukuran pori sekitar 0,005 10 mikron Dialisis, ukuran pori sekitar 0,0005 0,1 mikron Elektrodialisis, ukuran pori sekitar 0,0005 0,01

mikron Reverse Osmosis, ukuran pori sekitar 0,0005

0,008 mikron

06 Juni 201130


Colloids

Bacteria

Pollens Yeasts

Organic macromolecules

Organic compounds

Viruses Dissolved salts

RO

NF

MFSand filter

1 m 0.1 m 0.01 m 0. 1 nm 0. 1 nm10 m100 m

hair visible to naked eye

Red globule Smallest

microorganismsPolio virus

UF

Membrane Classifications(Pore Size)

MicrofiltrationUltrafiltration

Nanofiltration

06 Juni 201131


Mikrofiltrasi

NanofiltrasiReverse Osmosis

Ultrafiltrasi

06 Juni 201132


Teknik Membran

Air Umpan Ukuran Pori Gaya Dorong Tujuan Penyisihan

Mikrofiltrasi Dari filter 0,1-2 mikron (umumnya 0,45 mikron)

Tekanan > 10 psi (> 0,7 kg/cm2)

Bakteri menyerupai partikel tak larut, bahan koloid

Ultrafiltrasi Dari filter 0,002-0,1 mikron (umumnya 0,01 mikron)

Tekanan > 20 psi (> 1,4 kg/cm2)

Senyawa berukuran molekuler, termasuk mikroorganisme

Elektrodialisis TDS 500 8000 mg/l

< 1 nm Arus DC 0,27-0,36 kW/lb garam

Ion garam

Reverse Osmosis

TDS 100 36000 mg/l

< 1 nm Tekanan > 200 psi (> 14 kg/cm2)

Ion garam dan bahankoloid

06 Juni 201133


Source: The Management and implementation Authority of the Man-Made River Project, 1994


8. PENGOLAHAN KHUSUS

Documents

Transcript of 8. PENGOLAHAN KHUSUS