Jar Test Dan Penentuan Bahan Kimia [PDF]

Citation preview

JAR TEST DAN PENENTUAN BAHAN KIMIA Nurhasanah Sujahjo * Ida Dahliawati** I.



PENDAHULUAN Jar test adalah suatu metode untuk mengevaluasi proses koagulasi/flokulasi. Apabila percobaan dilakukan secara tepat, informasi yang berguna akan diperoleh untuk membantu operator instalasi dalam mengoptimasi proses koagulasi, flokulasi dan pengendapan, serta bagi para ahli teknik (engineer) dalam merancang bangun instalasi pengolahan air yang baru, atau memperbaiki instalasi yang ada. Jar test memberikan data mengenai kondisi optimum untuk parameterparameter proses seperti :  Dosis koagulan dan koagulan pembantu  pH  Metode pembubuhan bahan kimia (pada atau di bawah permukaan air, pembubuhan beberapa bahan kimia secara bersamaan atau berurutan, lokasi pembubuhan relatif terhadap peralatan pengadukan, dll :  Konsentrasi larutan kimia  Waktu dan intensitas pengadukan cepat dan pengadukan lambat (flokulasi)  Waktu pengendapan Untuk jar test, penetapan standarisasi, prosedur tetap merupakan syarat untuk mendapatkan hasil-hasil yang mempunyai arti. Terpisah dari parameter-parameter proses yang disebutkan diatas, variabel-variabel berikut ini juga harus dimonitor dan dikontrol, yaitu seperti :  Temperatur air di dalam gelas beaker (jar)  Kekeruhan, warna dan alkalinity air baku dan air yang telah diolah :  Metode pengambilan contoh (sampel) air  Peralatan percobaan laboratorium dan prosedur analisa laboratorium * Peneliti Utama Puslitbang Permukiman ** Dit. Pengembangan Air Minum



1



II.



PERALATAN Alat yang digunakan dalam penentuan dosis adalah sebagai berikut: o o



o o o



o



Alat Jar Tester Pipet ukur atau spuilt ( alat suntik ) Beaker glass ( Jar ) 1000, 250, 100 ml Gelas Ukur, 1000, 100 ml Komparator pH ( pH – meter ) Turbidimeter



Beraneka ragam rancangan peralatan jar test (jar tester), dewasa ini tersedia di pasaran. Rancangan yang spesifik untuk memonitor dan mengontrol yang akurat dari berbagai proses yang ada / tersedia.



On/Off pengaduk



Pengukur kecepatan putaran



6 pengaduk



Bak dengan lampu



On/off lampu



Gambar 1. Bagian-bagian penting dari sebuah jar tester Semua Jar Tester seharusnya mempunyai bagian-bagian berikut : 1. Sebuah motor yang dapat diatur 2. Batang-batang pengaduk dengan impeler, atau rotor, kecepatan rotasi rotor dapat diatur 3. Sebuah gelas beaker atau tabung dibawah setiap rotor 4. Sebuah pengatur waktu (otomatis dan manual) 5. Perlengkapan sebagai tambahan adalah : a) stator pada setiap tabung b) tabung pembubuh bahan kimia satu atau dua buah untuk setiap jar, yang dipasang pada sebuah bar/papan 2



c) siphon untuk mengambil sampel air (alat ini bisa diganti dengan slang plastik kecil) d) tempat sampel (sebuah untuk setiap jar) dan satu buah untuk membuang sample awal ( isi pertama di dalam slang ) Jar tester yang profesional, terdiri dari jar, rotor dan stator disain standar, dimana intensitas pengadukan mekanik selama pengadukan cepat dan pengadukan lambat (flokulasi), dinyatakan dalam gradien kecepatan ratarata, dapat diperoleh dari tabel dan grafik yang diberikan. Jar Tester yang sederhana, memberikan hasil yang relevan untuk survey, monitoring dan pengontrolan proses-proses koagulasi dan flokulasi. III.



APLIKASI Jar tester dapat digunakan untuk merancang suatu instalasi pengolahan air, untuk menentukan intensitas pengadukan, periode pengadukan cepat dan lambat, periode sedimentasi, jenis dan jumlah bahan kimia yang akan digunakan, serta lokasi aplikasinya. Pada instalasi pengolahan yang ada, jar tester terutama digunakan untuk menentukan kondisi operasional optimum untuk berbagai kualitas air baku, khususnya dosis bahan kimia yang tepat, sementara untuk parameter proses lainnya, kondisi aktual dalam instalasi pengolahan, disimulasikan. Berbagai tabung jar tester, memungkinkan untuk menyelidiki perbandingan terhadap pengaruh kondisi-kondisi yang berbeda, untuk suatu variabel proses yang spesifik. Dalam rangka memonitor pengaruh variasi suatu parameter proses tertentu pada proses-proses koagulasi/flokulasi/pengendapan, parameterparameter lainnya harus dibuat bernilai sama, untuk semua tabung yang digunakan dalam studi perbandingan. Sebagai contoh, jika jar test dilakukan untuk menentukan dosis optimum koagulan (alum sulfat) untuk air baku tertentu, kondisi proses berikut ini harus dibuat sama pada semua tabung, yaitu : - contoh air baku - temperatur - pH - konfigurasi rotor (dan stator) - konfigurasi tabung - intensitas pencampuran - periode pencampuran - periode sedimentasi 3



jika tujuan dari jar test adalah untuk menentukan intensitas pengadukan optimum, maka terhadap berbagai tabung, digunakan berbagai rotor dan stator yang berbeda. Semua parameter proses, termasuk dosis alum, harus mempunyai nilai yang sama dalam semua tabung. Untuk instalasi pengolahan yang ada, jar test sering digunakan untuk menentukan dosis optimum bahan kimia, untuk koagulasi/flokulasi, khususnya dosis optimum koagulan dan bahan kimia “conditioning” untuk koreksi pH, untuk kualitas-kualitas air yang berbeda. Semua variabel-variabel proses lainnya, pada umumnya dijaga pada nilainya yang tetap dan sesuai dengan kondisi operasional IPA yang dipakai. Prosedur untuk melaksanakan jar test, dibawah beberapa kondisi, diuraikan secara singkat pada paragraf IV tentang “Prosedur”. IV. PROSEDUR Koagulasi dan flokulasi merupakan hasil penambahan alum sulfat/tawas ke dalam air baku, dibawah kondisi pengadukan cepat dan pengadukan lambat yang berurutan. Alum sulfat bersifat asam, maka dengan menambahkan bahan kimia ini kedalam air baku, pH air baku tersebut akan turun. Besarnya penurunan pH tergantung kepada komposisi air baku, khususnya kapasitas penyangganya (“buffering capacity”). pH dapat berpengaruh secara kuat terhadap proses koagulasi/flokulasi dan sedimentasi, pH dapat diatur dengan penambahan sejumlah basa tertentu, seperti soda abu, soda kostik atau kapur. Dalam rangka penyelidikan pengaruh khusus alum sulafat maupun pH, terhadap proses koagulasi/flokulasi dengan pertolongan jar tester, hanya satu variabel pada suatu saat yang dirubah : baik konsentrasi alum sulfat maupun pH. Karena itu dua penelitian perbandingan harus dilakukan, yaitu: pertama adalah dosis alum sulfat terhadap berbagai tabung dibuat berbeda, sementara pH dijaga konstan (untuk kondisi air baku tertentu, pH tidak dibuat konstan) dan kedua, adalah pH dalam setiap tabung, dibuat berbeda, sementara pembubuhan alum sulfat dilakukan dalam dosis yang sama. Prosedur percobaan untuk menentukan dosis alum sulfat optimum dan nilai pH untuk koagulasi/flokulasi dari suatu air baku tertentu diberikan dibawah ini. Dimisalkan bahwa percobaan menggunakan suatu jar tester dengan empat tabung yang masing-masing diberi tanda A, B, C dan D. 4



4.1. Persiapan Umum : Penyiapan larutan alum sulfat :  Dibuat larutan alum sulfat 1% (berat/volume), dengan melarutkan 10 gram alum, Al2(SO4)3.18H2O ke dalam aquadest, jadikan satu liter larutan , 1 ml larutan ini ekivalen dengan 10 mg. Penyiapan larutan soda kostik, NaOH :  Dibuat larutan soda kostik 0,36% (berat/volume) dengan melarutkan 3,6 gram soda kostik, kedalam aquadest, jadikan satu liter larutan. 4.2. Pengambilan Air Baku : Ambil air baku (air sungai), kira-kira 20 liter atau langsung dari sungai (intake) atau dari pipa air baku di instalasi pengolahan, bila instalasi telah berjalan beberapa jam.  Ukur temperatur pH, alkalinity dan kekeruhan air baku. Catat data pada form 1. 



4.3 Penentuan Dosis Alum Sulfat Optimum :  Siapkan empat buah beaker glass/tabung kapasitas satu liter. Isi kedalam masing-masing tabung, air baku sebanyak satu liter.  Letakkan masing-masing tabung dibawah rotor. Turunkan masingmasing rotor kedalam setiap jar.  Ukur tinggi air dari permukaan air sampai 10 cm.  Siapkan dosis alum sulfat, dengan memasukkan larutan kedalam tabung pembubuh untuk masing-masing jar, misalnya tabung A = 10, B = 20, C = 30 dan D = 40 mg/L ( dengan interval dosis 10 mg ), jadi pembubuhan alum masing-masing : 1 ; 2 ; 3 ; dan 4 ml. Catat data ini pada form 1. Catatan : Besarnya variasi dosis diatas, untuk air baku dengan kekeruhan < 500 NTU, jika kekeruhan lebih besar lagi, maka variasi dosis harus lebih besar (mungkin kelipatan dua), atau lebih kecil maka variasi dosis kecil dengan interval 5 mg.  Untuk mengatasi penurunan pH, akibat penambahan alum, maka kedalam masing-masing tabung ditambahkan larutan NaOH 3,6%, dengan dosis : 3,6 ; 7,2 ; 10,8 ; dan 14,4 mg/L, caranya sama seperti pembubuhan alum, yaitu dengan memasukkan larutan tersebut, kedalam tabung pembubuh yang satu lagi yaitu sebanyak 1 ; 2 ; 3 dan 4 mL ( hal ini dilakukan supaya pH masing-masing tabung tetap sama).



5



Catatan : Jika dosis alum dua kali lipat, maka demikian pula untuk dosis soda kostik. Penambahan NaOH tidak direkomendasikan untuk pH air baku > 7, atau pada dosis koagulan yang tidak terlalu tinggi.  Atur kecepatan motor sampai 100 – 150 rpm untuk pengadukan cepat dengan waktu 30 – 60 detik atau sesuai dengan kondisi operasi IPA yang dipakai.  Memasukkan secara serentak bahan-bahan kimia (alum dan soda kostik) kedalam masing-masing jar, waktu pengadukan cepat dihitung, mulai dari saat bahan-bahan kimia dimasukkan. Hitung waktu yang dibutuhkan.  Amati dan catat saat flok pertama mulai “dapat” terlihat. Catatan : dalam hal mensimulasi kondisi proses yang sebenarnya pada suatu instalasi pengolahan, suatu periode pengadukan cepat yang berbeda dapat dilakukan.  Setelah pengadukan cepat berjalan 30 – 60 detik (sesuai dengan waktu yang ditentukan), turunkan kecepatan (intensitas) pengadukan sampai 30 – 50 rpm, lakukan proses flokulasi ini selama 15 – 20 menit.  Pada saat flokulasi berlangsung, amati ukuran flok dengan membandingkan ukurannya, dengan gambar-ukuran flok (gambar5), kemudian catat misalnya diambil untuk setiap interval waktu 5 menit sampai waktu flokulasi berakhir (pengaturan interval tergantung kebutuhan). Catatan : dalam rangka mensimulasi kondisi proses pada suatu instalasi pengolahan, prosedur-prosedur yang berbeda, untuk pengadukan lambat perlu diterapkan misalnya tiga interval setiap 3, 6 dan 9 menit, dengan kecepatan pengadukan berurutan, yaitu : 50 ; 30 dan 20 rpm.  Setelah pengadukan lambat selesai, hentikan pengadukan, kembalikan pengatur waktu ke-0 dan perhatikan secara seksama, waktu pengendapan dari kumpulan flok yang “dominan”, mulai dari permukaan sampai tanda batas (10 cm), catat hasil. Biarkan flok-flok yang terbentuk mengendap, selama total waktu 20 – 30 menit.



6



Catatan : dalam rangka mensimulasi kondisi proses yang sebenarnya pada suatu instalasi pengolahan air, maka periode pengendapan yang berbeda dapat diterapkan.  Ambil contoh air secara siphon atau dengan menggunakan slang plastik secara hati-hati. Usahakan pengambilan contoh air seragam (jumlah, posisi pengambilan dll) untuk setiap jar.  Periksa pH, alkalinitas dan turbidity, untuk setiap contoh yang diambil, catat hasil dan buat grafik hubungan antara dosis alum dengan turbidity (lihat data hasil analisa pada form 1). 



Tentukan dosis optimum alum secara grafis, dengan cara sebagai berikut (lihat gambar 2):  tarik garis tangen = 1 (sudut = 45)  buat garis sejajar garis tangen = 1, yang pertama menyinggung kurva disatu titik  tarik garis dari titik singgung ke bawah, sehingga akan menunjukkan dosis optimum yang diperoleh. Dosis alum ini adalah dosis alum optimum sebagai hasil dari jar test pertama.



Gambar 2. GRAFIK PENENTUAN DOSIS OPTIMUM KOAGULAN 7



Catatan : untuk dosis alum yang terpilih, peningkatan dosis alum 1 mg/L, akan mengakibatkan penurunan kekeruhan sebesar 1 NTU. Untuk dosis alum yang lebih tinggi, dampaknya pada kehilangan kekeruhan akan menurun, secara bertahap. Pemilihan dosis optimum dengan cara diatas, berdasarkan kriteria ekonomis dan perlu diuji selanjutnya, atas penyesuaian teknis dalam tes-tes berikut. Bila tidak mungkin untuk menggambarkan garis tangen dalam grafik, hal ini berarti bahwa koagulasi/flokulasi air baku, tidak lengkap dan tes harus dilaksanakan, dengan merubah dosis alum dan atau nilai pH. 4.4 Penentuan pH Optimum Percobaan ini dilakukan apabila pH air baku relatif rendah ( D → kecilkan bukaan kran, demikian seterusnya sampai hasil pengukuran = D liter/menit.  Setelah pembubuhan larutan kaporit dijalankan dengan stabil / tanpa gangguan, cek sisa khlor bebas pada air yang keluar dari reservoir, dengan mempertimbangkan waktu tinggal air di reservoir ( tp + td ). Jika td < 30 menit, maka lakukan pengecekan sisa khlor bebas dengan waktu kontak paling sedikit 30 menit. Keterangan : tp td



= waktu / saat awal pembubuhan kaporit = waktu tinggal air di reservoir ( perbedaan waktu saat air masuk ke reservoir dan saat keluar reservoir 17



XI. PENGUKURAN DEBIT PEMBUBUHAN (1) Alirkan larutan kaporit dengan debit terukur, secara kontinu (2) Periksa secara periodik aliran larutan, apakah tetap lancar (tidak ada penyumbatan dicirikan dengan besarnya aliran/tetesan larutan ke dalam air) (3) Periksa volume larutan di dalam tangki secara periodik, apakah sudah perlu ditambah, apabila dilakukan penambahan larutan, cek kembali debit pembubuhan. (4) Apabila tangki pembubuhan (tangki pertama) perlu diganti dengan memindahkan pembubuhan ke tangki kedua yang disiapkan (dibersihkan, diisi dengan larutan kaporit yang baru/sudah disiapkan dan pengaturan debit pembubuhan sudah dilakukan). (5) Lakukan pembersihkan/pengurasan tangki pertama yaitu: tangki, pipa penyalur larutan, sampai semua kotoran hilang. Pengurasan dilakukan dengan air bertekanan . (6) Lakukan pengecatan (pelapisan anti korosi) tangki pembuatan larutan dan tangki pembubuhan minimal 1x per tahun. Catatan :  Sediakan 1 buah tangki untuk membuat larutan dan 2 buah tangki untuk pembubuhan larutan.  Konsentrasi larutan kaporit yang dibuat berkisar antara 0,2 – 0,5 % → 2 – 5 kg/m3 larutan. Konsentrasi larutan ( C ) = 2 – 5 mg/ml.  Setelah larutan siap dibuat, diamkan larutan selama 4 – 6 jam, untuk memberi kesempatan lumpur/bagian yang tidak larut, mengendap.  Dianjurkan larutan disiapkan satu hari sebelum dibubuhkan.  Pisahkan supernatant/bagian yang bening, dan masukkan ke dalam tangki pembubuh secara ” siphon ” (hati – hati, jangan sampai endapan terbawa! ).  Larutan siap dibubuhkan.



18



XII. CONTOH PENENTUAN DAYA PENGIKAT KHLOR ( DPK ) : 1 liter air hasil saringan setelah proses Stabilisasi/ Netralisasi Masukkan 3 ml larutan Kaporit 0,1 % (1 ml = 1 mg) → Pembubuhan = 3 mg/l Ca(OCl)2 Diamkan selama waktu yang diinginkan ( minimal 30 menit ) atau waktu tinggal di reservoir, atau waktu sampai ke pelanggan terjauh. Uji Sisa Khlor Bebas Perhitungan :  Pembubuhan larutan kaporit = 3 ml/l = 3 mg/l Ca(OCl)2  Jika diketahui kadar khlor aktif dalam Kaporit (misal) = 60 %  Pembubuhan Kaporit (sebagai khlor aktif) = 60/100 x 3 = 1,8 mg/l Cl2  Sisa Khlor dengan waktu kontak tertentu (misal) = 0,7 mg/l Cl2 DPK



=



1,1 mg/l Cl2



Penentuan Dosis Kaporit : Jika diinginkan Sisa khlor Bebas Maka dosis Kaporit Pembubuhan Gas Khlor ( Cl2 )



= 0,5 mg/l Cl2 = ( 1,1, + 0,5 ) x 100/60 = 2,7 mg/l Ca(OCl)2 = ( 1,1, + 0,5 ) x 100/100 = 1,6 mg/l Cl2



19



XIII. CONTOH PERHITUNGAN KEBUTUHAN BAHAN KIMIA: 1. Kebutuhan bahan kimia RUMUS: Kapasitas (ltr/dtk) x jam operasi (jam/hari) x dosis (mg/ltr) x 3600 (jam/dtk) x 10-6 (kg/mg) Kapasitas IPA = 100 ltr/dtk Jam Operasi = 24 jam/hari Dosis alum = 30 ppm = 30 mg/ltr Dosis kaporit = 3 ppm = 3 mg/ltr Kebutuhan alum = 100 (ltr/dtk) x 24 (jam/hari) x 30 (mg/ltr) x 3600 (jam/dtk) x 10-6 = 259,2 kg/hari Kebutuhan kaporit = 100 (ltr/dtk) x 24 (jam/hari) x 3 (mg/ltr) x 3600 (jam/dtk) x 10-6 = 25,92 kg/hari 2. Dosing (cc/menit) Konsentrasi alum 10 % = 100 g/ltr Konsentrasi kaporit 1% = 10 g/ltr Dosing alum = 259,2 (kg/hari) : 100 (g/ltr) x 1000 = 2592 ltr/hari = 1800 cc/menit Dosing kaporit = 25,92 (kg/hari) : 10 g/ltr x 1000 = 2592 ltr/hari = 1800 cc/menit



20



PRAKTIKUM JAR TEST Form 1 DATA HASIL JAR – TEST PENENTUAN DOSIS OPTIMUM KOAGULAN Data Air baku pH Turbidity Konsentrasi larutan



: : :



NTU % ( 1 ml =



PARAMETER



mg )



DOSIS ALUM SULFAT, mg/l Al2(SO4)3.xH2O I =



II =



III =



IV =



V =



VI =



Saat pertama flok terbentuk, detik Ukuran flok :



5 menit 10 menit 15 menit Waktu pengendapan (10 cm), menit pH Turbidity, NTU Dosis optimum : Keterangan :



mg/l



Analis : 21



Form 2 DATA HASIL JAR – TEST PENENTUAN DOSIS ALKALI  penetapan pH optimum pada Proses Koagulasi Dosis optimum koagulan pH Turbidity Bahan alkali yang digunakan Konsentrasi larutan



: : : : :



mg/l NTU % ( 1 ml =



PARAMETER I =



mg )



DOSIS …………………………., mg/l II = III = IV = V =



VI =



Saat pertama flok terbentuk, detik Ukuran flok : 5 menit 10 menit 15 menit Waktu pengendapan (10 cm), menit pH Turbidity, NTU Batas pH optimum : Dosis : ………………… Keterangan



:



Analis : 22



Form 3 DATA HASIL JAR – TEST A. PENENTUAN DOSIS BAHAN ALKALI  Penetapan pH pada Proses Stabilisasi B. PENENTUAN DOSIS KLOR ( Cl2 ) / KAPORIT  untuk Proses Desinfeksi C. PENENTUAN KADAR LUMPUR Air hasil filtrasi / Filtrat pH Turbidity



: :



NTU



A. Bahan alkali : pHs (pH Saturasi) / pH Sasaran : PARAMETER pH B. Desinfektan : Kadar klor aktif dalam Kaporit Pembubuhan Kaporit Waktu kontak Sisa Klor Daya Pengikat Klor (DPC)



DOSIS ………………. , mg/l



: : = : : :



C. Kadar Lumpur ( pengendapan per menit ) = Analis



% mg/l Ca(OCl)2 mg/l Cl2 menit mg/l Cl2 = mg/l Cl2 x 100 % =



%



: 23



Tabel KEBUTUHAN BAHAN KIMIA KAPASITAS 20 L/DTK No.



Dosis (ppm)



1 2 3 4 5



1 2 3 4 5



Kons. Lar. (%) 2 2 2 2 2



6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19



10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75



20 20 20 20 20 20 20 20 20 40 40 40 40 40



Debit (L/dtk ) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20



pembubuhan bahan kimia L/jam L/menit 3.6 0.060 7.2 0.120 10.8 0.180 14.4 0.240 18.0 0.300 3.6 5.4 7.2 9.0 10.8 12.6 14.4 16.2 18.0 9.9 10.8 11.7 12.6 13.5



0.060 0.090 0.120 0.150 0.180 0.210 0.240 0.270 0.300 0.165 0.180 0.195 0.210 0.225



Stroke pompa (%) 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 20.0 30.0 40.0 50.0 60.0 70.0 80.0 90.0 100.0 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0



Kebutuhan bahan kimia kg/bln kg/thn 51.8 622.1 103.7 1,244.2 155.5 1,866.2 207.4 2,488.3 259.2 3,110.4 518.4 777.6 1,036.8 1,296.0 1,555.2 1,814.4 2,073.6 2,332.8 2,592.0 2,851.2 3,110.4 3,369.6 3,628.8 3,888.0



6,220.8 9,331.2 12,441.6 15,552.0 18,662.4 21,772.8 24,883.2 27,993.6 31,104.0 34,214.8 37,324.8 40,435.2 43,545.6 46,656.0



Keterangan



KAPORIT



ALUMINIUM DAN SODA ASH



24



No. 20 21 22 23 24



Dosis (ppm) 80 85 90 95 100



Kons. Lar. 40 40 40 40 40



Debit (L/dtk 20 20 20 20 20



pembubuhan bahan kimia 14.4 0.240 15.3 0.255 16.2 0.270 17.1 0.285 18.0 0.300



Stroke pompa 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0



Kebutuhan bahan kimia 4,147.2 49,766.4 4,406.4 52,875.8 4,665.6 55,987.2 4,924.8 59,097.6 5,184.0 62,208.0



Keterangan ALUMINIUM DAN SODA ASH



Keterangan: Kapasitas pompa Alum Kapasitas pompa Kaporit



: 18 L/jam : 18 L/jam



25



MODUL AIR MINUM (MC )



MODUL PELATIHAN COMMISSIONING



26