Modul Pembelajaran - Filtrasi Air Minum [PDF]

Citation preview

1



KEGIATAN PEMBELAJARAN FILTRASI (PENYARINGAN) PADA PENGOLAHAN AIR MINUM A. Tujuan Setelah mempelajari materi sistem pengoperasian peralatan proses filtrasi, diharapkan: 1. Peserta didik dapat menjelaskan pengertian filtrasi, macam-macamnya, cara kerjanya. 2. Peserta didik dapat merancang peralatan filtrasi sederhana sklala laboratorium. 3. Peserta didik dapat mengoperasikan peralatan penyaringan pada Pengolahan Air Minum. B. Indikator Pencapaian Kompetensi Setelah mempelajari kompetensi menerapkan dan mengoperasikan peralatan filtrasi, peserta didik dapat: 1. Menjelaskan prinsip dari filtrasi. 2. Menyebutkan jenis-jenis peralatan filtrasi. 3. Menjelaskan cara kerja dari jenis-jenis peralatan filtrasi. 4. Merancang percobaan filtrasi. 4. Mengoperasikan peralatan penyaringan pada Pengolahan Air Minum. Pendahuluan Proses pengolahan air perlu dilakukan agar bisa mendapatkan dan menghasilkan air yang sesuai dengan baku mutu air bersih atau air minum. Namun sebelum melakukan pengolahan perlu diperhatikan dua aspek terkait dengan sumber air baku dari air permukaan, yaitu segi kekeruhan dan segi mikrobiologisnya. Karena semakin buruk kondisi dan kualitas air baku yang ada, akan semakin sulit proses pengolahannya dan semakin tinggi biaya yang dibutuhkan, karena akan memerlukan bahan-bahan kimia yang lebih banyak bahkan memerlukan unit pengolahan yang baru untuk menjaga kualitas air sesuai dengan baku mutu air minum. Baku mutu yang digunakan untuk kualitas air minum di Indonesia adalah Peratuan Menteri Kesehatan No. 492/2010. Ada dua proses dalam pengolahan air baku secara umum, yaitu dengan proses fisika dan dengan proses kimia. Proses fisika pada dasarnya memiliki tujuan untuk menghilangkan kekeruhan akibat partikel-partikel yang terlarut pada air baku, oleh karena itu prinsip pengolahan secara fisika adalah dengan proses penyaringan dan gravitasi. Pengertian Filtrasi 1. Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan. 2. Filtrasi adalah suatu operasi atau proses dimana campuran heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan dipisahkan oleh media filter yang meloloskan fluida tetapi menahan partikel padatan. 3. Filtrasi adalah pemisahan koloid atau partikel padat dari fluida dengan menggunakan media penyaringan atau saringan. Air yang mengandung suatu padatan atau koloid dilewatkan pada media saring dengan ukuran pori-pori yang lebih kecil dari ukuran suatu padatan tersebut. Jenis-Jenis Filtrasi Pengolahan dengan menggunakan metode filtrasi atau penyaringan merupakan metode fisik yang dilakukan dalam mengolah air sebagai air minum. Proses filtrasi ini cara kerjanya bisa dipengaruhi oleh gravitasi ataupun tenaga putar. Ada beberapa jenis filtrasi yang



2 digunakan dalam pengolahan air untuk air minum. Proses filtrasi dibagi menjadi beberapa jenis yaitu filter pasir lambat, filter pasir cepat, filter karbon aktif dan filter karbon membrane. Berdasarkan kecepatan penyaringan, filtrasi dibagi menjadi dua yaitu : 1. Slow Sand Filter (Saringan Pasir Lambat) Filtrasi dengan metode Slow Sand Filter merupakan penyaringan partikel yang tidak didahului oleh proses pengolahan kimiawi (koagulasi). Kecepatan aliran dalam media pasir ini kecil karena ukuran media pasir lebih kecil. Saringan pasir lambat lebih menyerupai penyaringan air secara alami. Filter pasir lambat adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi lambat. Kecepatan filtrasi pada filter lambat sekitar 20 – 50 kali lebih lambat, yaitu sekitar 0,1 hingga 0,4 m/jam. Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan ukuran media pasir juga lebih kecil (effective size = 0,15 – 0,35 mm). Filter lambat digunakan untuk menghilangkan kandungan organic dan organism pathogen dari air baku. Filter pasir lambat ini efektif digunakan dengan kekeruhan relatif rendah yaitu dibawah 50 NTU tergantung distribusi ukuran partikel pasir, ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan filtrasi. Filter pasir lambat bekerja dengan cara pembentukan lapisan gelatin atau biofilm yang disebut lapisan hypogeal atau Schmutzdecke. Lapisannya mengandung bateri, fungsi, protozoa, rotifer, dan larva serangga air. Schmutzdecke merupakan lapisan yang melakukan pemurnian efektif dalam pengolahan air minum. Dalam Schmutzdecke, partikel terperangkap dan organic yang terlarut akan terabsorbsi, diserap dan dicerna oleh bakteri, fungi, an protozoa. Proses utama Schmutzdecke adalah mechanical straining terhadap bahan tersuspensi dalam lapisan tipis yang berpori sangat kecil. Keuntungan dari filter lambat yaitu : a. Biaya kontruksi yang murah b. Rancangan dan operasinya sederhana c. Tidak perlu tambahan bahan kimia d. Variasi kualitas air baku tidak menggangu e. Tidak perlu banyak air untuk pencucian karena hanya dilakukan di bagian atas media tanpa backwash Sedangkan kerugiannya adalah filter pasir lambat adalah besarnya kebutuhan lahan sebagai akibat lambatnya kecepatan proses filtrasi. 2. Rapid Sand Filter (Saringan Pasir Cepat) Proses filtrasi dengan cara ini merupakan jenis unti filtrasi yang mampu menghasilkan debit air yang lebih banyak, namun kurang efektif untuk mengatasi bau dan rasa yang ada pada air yang disaring. Debit air yang cepat tersebut menyebabkan lapisan bakteri yang berguna untuk menghilangkan patogen namun membutuhkan proses desinfeksi yang lebih intensif. Arah aliran airnya dari bawah ke atas. Pada proses ini umumnya melakukan backwash atau pencucian saringan tanpa membongkar keseluruhan saringan. Media yang digunakan untuk proses Rapid Sand Filter tersusun dari pasir silica alami, anthrasit, atau pasir garnet yang memiliki variasi ukuran, bentuk dan komposisi kimia. Dasar filternya terdiri dari sistem pipa yang tersusun dari lateral dan manifold untuk mengalirkan air terolah yang penerimaan airnya diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada pipa lateral. Penggunaan manifold dan lateral bertujuan agar ditribusinya merata. Saat proses filtrasi berlangsung, terjadi penurunan debit air produksi akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring dan tertahan pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil.



3 Hal ini ditandai oleh : 1. Penurunan kapasitas produksi 2. Peningkatan kehilangan energi (headloss) yang diikuti oleh kenaikan muka air di atas media filter. 3. Penurunan kualitas air terproduksi. Teknik pencucian ini dapat dilakukan dengan menggunakan back washing, dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media sehingga kotoran yang menempel pada media akan lepas dan terbawa bersama aliran air. Dalam melakukan proses filtrasi dengan metode ini perlu diperhatikan beberapa hal. Mekanisme filtrasi dengan filter pasir cepat yaitu : a. Penyaringan secara mekanis (mechanical straining) b. Sedimentasi c. Adsorpsi atau gaya elektrokinetik d. Koagulasi di dalam filter bed e. Aktivitas biologis Pokok-pokok bagian yang perlu dikakukan dalam perencanaan proses filtrasi yaitu : 1. Ukuran dan kedalaman media penyaring Media penyaring yang digunakan adalah bak filter. Bak ini merupakan tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung debit pengolahan (minimum menggunakan dua bak). 2. Media filter. Media filter adalah bahan berbutir/granular yang mempunyai pori-pori. Air mengalir diantara pori-pori dan butiran maka terjadilah proses penyaringan disini. Media dapat tersusun oleh satu macam bahan (single media), dua macam (dual media), atau banyak media (multi media). Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi : a. Seragam (uniform) b.Gradasi (stratified) c.Tercampur (mixed) 3. Under Drain Underdain merupakan bahan sistem pengaliran air yang telah melewati proses filtrasi yang terletak di bawah media filter. Fungsi under drain : a.Untuk mengalirkan air hasil penyaringan (air bersih) dan dialirkan ke clear well. b.Untuk mendistribusikan air keperluan back wash merata keseluruh media pasir. Underdrain terdiri atas: 1. Orifice, yaitu lubang pada sepanjang pipa lateral sebagai jalan masuknya air dari media filter ke dalam pipa. 2. Lateral, yaitu pipa cabang yang terletak di sepanjang pipa manifold 3. Manifold, yaitu pipa utama yang menampung air dari lateral dan mengalirkannya ke bangunan penampung air Pengoperasian filter pasir cepat adalah sebagai berikut: 1. Selama proses berlangsung, partikel yang terbawa air tersaring di media filter. Air terus mengalir melewati media pasir dan penyangga kemudian masuk lubang/orifice, ke pipa lateral, terkumpul di pipa manifold, dan akhirnya air keluar menuju bak penampung 2. Partikel yang tersaring di media lama kelamaan akan menyumbat pori-pori media sehingga terjadi clogging (penyumbatan). Clogging meningkatkan headloss aliran air di media dan peningkatannya dapat dilihat dari meningkatnya permukaan air di atas



4 media atau menurunnya debit filtrasi. Untuk menghilangkan clogging, dilakukan pencucian media. 3. Pencucian dilakukan dengan cara memberikan aliran balik pada media (backwash), tujuannya untuk mengurai media dan mengangkat kotoran yang menyumbat pori-pori media filter. Aliran air dari manifold, ke lateral, keluar orifice, naik ke media hingga media terangkat, dan air dibuang melewati gutter yang terletak di atas media. 4. Jika media filter telah bersih, filter dapat dioperasikan kembali. Filter Karbon Filter karbon merupakan metode karbon aktif dengan media granular (Granular Activated Carbon) merupakan proses filtrasi yang berfungsi untuk menghilangkan bahan-bahan organik, desinfeksi, serta menghilangkan bau dan rasa yang disebabkan oleh senyawa senyawa organik. Selain fungsi tersebut juga digunakan untuk menyisihkan senyawasenyawa organic dan menyisihkan partikel-partikel terlarut. Metode pengolahan karbon aktif prinsipnya adalah mengadsorbsi bahan pencemar menggunakan media karbon. Proses adsorbsi tergantung pada luas permukaan media yang digunakan dan berhubungan dengan luas total pori-pori yang terdapat dalam media. Agar proses absorbsi bisa dilakukan secara efektif diperlukan waktu kontak yang cukup antara permukaan media dengan air yang diolah sehingga nantinya zat pencemar dapat dihilangkan. Ada alternative lain yang bisa dilakukan jika waktu kontak tidak mencukupi, caranya yaitu dengan menaikan luas permukaan media dengan ukuran yang lebih kecil. Zat yang ada dalam air yang mengalami absorbsi berupa senyawa organik (menyebabkan bau dan rasa yang tidak diinginkan), trihalometane, serta VolatileOrganic coumpunds (VOCs). Instalasi pengolahan air minum biasanya menggunakan karbon aktif yang dilakukan sebelum proses ozonisasi karena secara umum unit pengolahan karbon aktif tidak dapat menyisihkan mikroorganisme patogen seperti virus dan bakteri. Selain itu, juga tidak efektif dalam menyisihkan kalsium (Ca) dan magnesium (Mn) yang menimbulkan kesadahan pada air, flour dan nitrat. Sedangkan media yang digunakan dapat berupa arang kayu, batok kelapa dan batubara. Batubara merupakan media yang sering digunakan dalam unit pengolahan dengan menggunakan karbon aktif. Namun batubara yang digunakan yang telah mengalami proses pembakaran dengan temperature sedang dalam kondisi anaerob. Sehingga batubara tidak akan terbakar tetapi mengalami perubahan menjadi material karbon yang berpori (porous). Tahap-tahap Proses Pengolahan Air Minum Pada proses pengolahan air minum, dilakukan sistem pengolahan tanpa pemanasan. Bahan baku air bersih diolah dengan cara filtrasi dan desinfeksi. Media penyaring yang digunakan, umumnya terdiri dari : pasir silika dan karbon aktif/cartridge microfilter berupa gulungan serat putih halus terbuat dari bahan polypropylene. Air baku untuk Air Minum berasal dari sumber mata air/artesis, peralatan yang diperlukan meliputi: 1. Tangki air baku sesuai kapasitas produksi tiap harinya, terbuat dari stainless steel, fiber glass, atau plastik. 2. Pompa memakai jenis pompa semi jet berbahan stainless atau plastik. 3. Filter air, seperti: merupakan tabung Filter – saringan pasir dan karbon aktif, jenis absorbsi, untuk menyaring dan menyeimbangkan unsur air agar diperoleh kesetimbangan baru berstandar air murni. 4. Ozon untuk mensterilisasi media/tempat filtrasi, air, tabung filter, tangki air, dan instalasi lainnya agar terhindar dari kontaminasi. 5. Sinar ultra violet berfungsi membunuh mikroorganisme pada air. 6. Cartridge microfilter berupa saringan berpori berukuran mikron untuk menyaring partikel kecil dalam air .



5 7. Kran outlet merupakan kran keluaran air dari proses, harus maksimal sesuai kapasitas produksi yang dibutuhkan. 8. Pengisian – wadah galon



Bedasarkan diagram diatas dapat dijelaskan, secara garis besar proses pengolahan air minum sebagai berikut: 1. Air baku dalam tangki dialirkan ke tabung filter memakai pompa, tabung ini terdiri dari media saringan pasir dan karbon aktif. 2. Air hasil filtrasi dialirkan ke catridge (saringan air dari polypropylene fiber) berpori-pori berdiameter 10 , 5 , dan 1 mikron. Selanjutnya air ditampung dalam tangki berbahan stainless steel, lalu dialirkan ke Cartridge lainnya dengan pompa dan didesinfeksi ultraviolet. 3. Tahap terakhir air diisikan ke galon air yang telah terbilas dengan air produknya. Sejalan perkembangan teknologi pengolahan air, beberapa Depat Air Minum memakai sistem reverse osmosis dalam mengolah airnya. Sistem reverse osmosis pada prinsip menyaring air bersih (air baku) — didorong pompa penguat (booster pump) – dengan melewatkan pada membran berpori-pori 10-4 mikron (setara10-7 mm) sehingga dihasilkan air yang mendekati air murni karena sebagian besar zat-zat terlarut di dalam media air tidak dapat melewati membran tersebut. Sistem ini menyediakan saluran pembuangan untuk zatzat terlarut (beserta air pelarutnya) yang tidak mampu menembus membran tersebut sehingga keluar dari sistem pengolahan air sebagai air sortiran/buangan. Pengolahan air secara reverse osmosis melalui beberapa tahap antara lain : 1. Air baku dialirkan ke tabung filter (pori-pori 0,1 mikron) guna memisahkan dari partikel fisik (debu, karat, dan lumpur), kemudian dialirkan ke granular karbon aktif guna menyerap zat kimia 2. Air dialirkan ke blok karbon aktif (menyempurnakan fungsi granular karbon aktif) atau resin (menyerap kapur dan magnesium dalam air sadah), lalu air dialirkan ke membran dengan bantuan pompa penguat. Pada membran ini, air mengalami reverse osmosis,



6 yakni pemisahan air dari polutan terlarut melalui membran berpori-pori 10-4 mikron dan membuang residu dan polutan terlarutnya, kemudian air tersaring dialirkan ke biokeramik. 3. Pada biokeramik, terjadi pemecahan molekul air dengan sinar Far-Infra¬Red agar memiliki bioenergi guna meningkatkan ketahanan dan kesehatan tubuh; 4. Air hasil dari biokeramik dialirkan ke magnetic energy, tempat penyusunan molekul air supaya dihasilkan air heksagonal aktif untuk meningkatkan ketahanan dan kesehatan tubuh. 5. Air dialirkan ke pasca karbon untuk menyerap bau, mengembalikan rasa, dan menghambat pertumbuhan mikroorganisme, lalu air dialirkan melalui kran angsa (F) dan siap dikonsumsi.