PENGOLAHAN AIR: Kebutuhan, Tujuan, Parameter, Kriteria

1. Kebutuhan Air Manusia

Bagi manusia, air minum adalah salahsatu kebutuhan primer/utama, untuk kebutuhan minum, mandi, cuci, dsb. Air minum yang ideal adalah:

Jernih
Tidak berwarna
Tidak berbau
Tidak berasa
Tidak mengandung kuman dan zat-zat yang berbahaya

Tujuan pengolahan air adalah untuk mencegah terjadinya serta meluasnya penyakit bawaan air (water-borne-desease).

Di negara maju standar air minum sangat tinggi, sehingga tersedia air yang siap minum yang memenuhi syarat belum dapat tercapai, sehingga system penyediaan air minum yang disediakan oleh PDAM baru disebut air bersih bukan air minum.
Pemakaian air bersih penduduk perkotaan di Indonesia:
Pelayanan Secara Langsung: 100-200 liter/orang/hari
Pelayanan secara Keran Umum: 20-40 liter/orang/hari

Beberapa kota di dunia (liter/orang/hari) tahun 1974-1975:

San Fransisco : 1457
Wina : 317
Amsterdam : 215
London : 286
Tokyo : 444
Paris : 320
Ankara : 180

2. Kriteria dan Standar

Kriteria dan standar kualitas air didasarkan atas:

Kesehatan: logam dan logam berat, anorganik (nitrit), zat organic
Estetika: bau, rasa, warna
Teknis: The best technology available atau best practical technology
Polusi: Mencegah teremisinya pencemar ke lingkungan
Ekonomi: Kerugian-kerugian ekonomi

Standar air minum di Indonesia di terapkan untuk sumber air minum (air baku) dan air minum sehingga tidak akan menimbulkan dampak negatif Kesehatan manusia:

Standar sumber air minum (air baku): PP 82/2001
Standar air minum: Keputusan Menkes no.907/2002

3. Parameter Fisik Air

1. Suspended solid (>10^-3 mm), koloid (10^-6 mm = 10^-3 mm)

2. Turbiditas (Absorbed/Scattered)

3. Warna (Dissolved solid, <10^-6 mm)

Zat tannin pada kayu dan humus -> warna kuning
Oksidasi besi -> Warna merah
Oksidasi mangan -> Warna coklat/hitam

4. Rasa dan Bau

5. Temperatur

Parameter Kimia Air

Total Dissolved Solid (ion balance)
Major constitutens (1-1000 mg/L): Sodium calcium, magnesium, bicarbonate, sulfate, chloride
Secondary contitutens (0.01-10 mg/L): iron, strontium, potassium, carbonate, nitrate, fluoride, boron, silica.
Alkalinitas adalah jumlah ion dalam air yang akan bereaksi dengan ion hydrogen berasal dari bikabornat, karbonat, hidroksida, dll.
Kesadahan (Hardness): Konsentrasi kation logam dalam larutan, dalam kondisi supersaturasi (sangat jenuh) akan bereaksi dengan anion membentuk endapan.
Florida
Logam -> bersifat kasinogenik
Zat Organik yaitu BOD (Biological Oxygen Demand) adalah jumlah oksigen yang digunakan oleh mikroba untuk mengkonsumsi zat organic.
Nutrien (untuk pertumbuhan) seperti karbon, nitrogen, fosfor .

Parameter Biologi Air

Patogen
Bakteri menyebabkan kolera (bakteri Vibrio comma), tifus (bakteri Salmonella thyposa),
Virus menyebabkan diare, meningitis, hepatitis
Protozoa (hewan tingkat terendah)
Helminth (Parasitic worms)

4. Proses Alamiah Air

Sedimentasi/Pengendapan
Filtrasi
Transfer Gas (solubilitas/kelarutan dan kecepatan transfer)
Transfer Panas
Proses kimia -> konversi kimia
Proses biokimia -> Proses metabolic
Mikrooraganisme di air
Bakteri
Protozoa
Alga
Lainnya (rotifers, crustacea)

5. Kriteria Air Minum:

Kualitas yaitu memenuhi persyaratan agar berfungsi secar bai kalam penggunanya.
Kuantitas yaitu memenuhi kebutuhan agar jumlahnya cukup sesuai kebutuhan
Kontinuitas yaitu tersedia dan terjangkau setiap saat
Kualitas:
Kualitas fisik seperti bau, rasa, warna, suhu dan kekeruhan
Kualitas kimiawi:

Anorganik: ditoleransi hingga batas-batas tertentu, terutama dampaknya terhadap Kesehatan. Contoh maksimum konsentrasi cu= 1 mg/l, Zn = 5 mg/l
Organik: dibatasi karena dapat bersifat toksik (baik karsinogen, maupun non-karsinogen) seperti senyawa aktif pembentukan pestisida dll.

Kualitas biologiyaitu indicator pencemaran air oleh aktivitas domestic, contoh: bakteri eschericia coli
Kualitas radioaktif: bebas zat radioaktif

6. Syarat Sumber Air

Syarat sumber air yang harus terpenuhi:
Kuantitas: Jumlah
Kualitas: Mutu
Kontiunuitas: Ketersediaan air

7. Sumber-Sumber Air:

1. Air Hujan: Kurang mineral, tergantung musim

2. Air tanah:

Dangkal: Kuantitas terbatas, kualitas tergantung air permukaan, kontinuitas tergantung infiltrasi
Dalam: Kuantitas relative cukup, kualitas cukup baik, namun kontinuitas tidak terjamin.

3. Mata Air: kuantitas kecil, kualitas relative bagus, kontinuitas belum tentu terjamin

4. Air permukaan:

Sungai : Kuantitas dapat diandalkan, namun kualitasnya sedang-buruk, kontinuitas membutuhkan studi hidrologi
Danau
Laut: Membutuhkan teknologi tinggi

8. Jenis Pengolahan Air Bersih

Jenis Pengolahan Air bersih secara umum:
Penjernihan bertujuan menurunkan kekeruhan, Fe dan Mn
Pelunakan bertujuan menurunkan kesadahan air
Desinfeksi berujuan membunuh bakteri pathogen

Jenis Proses pengolahan air bersih:

Secara fisika: tidak dapat penambahan zat kimia (aditif), contoh: Pengendapan, Filtrasi, Adsobrsi, dll
Secara Kimiawi: penambahan bahan kimia sehingga terjadi reaksi kmia. Contoh penyisihan logam berat, pelunakan, netralisasi, klorinasi, ozonisasi, UV, dsb.
Secara biologi: memanfaatkan aktivitas mikroorganisme. Contoh saringan pasir lambat

9. Penjernihan Air

Karakteristik tipikal air permukaan di Indonesia adalah masalah kekeruhan, yang berfluktuasi tergantung musim. Sehinga sasaran utama adalah agar menjadi jernih.

1. Rangkain proses pernjernihan tergantung dari:

Suspensi koloidal:
Stabil sehingga sulit diendapkan
Ukuran 10^-3 – 10^-6 mm, memiliki kecepatan mengendap sekitar 1 mm/jam sampai 1 mm/tahun

2. Non-koloidal dapat terendapkan (settleable):

Tidak stabil
Siap untuk mengendap

Proses penjernihan air akan melibatkan unit-unit operasi dan proses berdasarkan sifat fisik dan kimia dari koloid.

10. Konfigurasi Penjernihan Air

Koloid dengan kekeruhan tinggi:

Conditioning -> Koagulasi + Flokulasi -> Sedimentasi -> Filtrasi -> Distribusi -> Desinfeksi

Koloid dengan kekeruhan sedang atau rendah:

Conditioning -> koagulasi + Flokulasi -> Filtrasi -> Distribusi -> Desinfeksi

Koloid dengan kekeruhan rendah:

Conditioning -> Saringan Pasir Lambat -> Desinfeksi

Non-Koloid:

Filtrasi langsung (direct filtration)
Pengendapan langsung (direct sedimentation)
Kombinasi filtrasi dan sedimentasi

Unit-Unit Pengolahan

1. Conditioning:

Pengaturan pH
Penambahan kekeruhan

2. Pra-sedimentasi: pengendapan partikel disktrit, misal: pasir

3. Koagulasi:

Destabilisasi partikel koloid
Pembubuhan bahan kimia: koagulan, misal:tawas

Dilakukan pengandukan cepat (rapit mixing):

Hidrolis: Terjunan atau hidrolik jump
Mekanis: Menggunakan batang pengaduk
Lamanya proses: 30-90 detik

4. Flokulasi:

Pembentukan dan pembesaran flok
Dilakukan pengadukan lambat (slow mixing)
Pneumatis
Mekanis
Hidrolis
Waktu operasi: 15-30 menit

11. Koreksi pH

12. Proses Koagulasi-Flokulasi

13. Flokulasi Partikel Koloid

1. Operasi Mixing

Mekanikal (Rotating impellel -> Propeler, Turbin, Paddle)
Pneumatik (Air agitator, mixing jet/pump)
Baffle basin

2. Koagulasi (Rapid Mixing)

3. Slow Mixing

14. Sedimentasi:

Pengendapan secara gravitasi: rho partikel > rho air
Sedimentasi: pengendapan flok
Pra-Sedimentasi: Pengendapan settleable particle

Berdasarkan arah aliran:

Horizontal/radial
Vertikal
Dengan kemiringan: Plate settler

Waktu pengendapan: Tergantung ukuran partikel.

Kecepatan mengendap umumnya berkisar antara 1-2cm/jam penyisihan partikel yang mempunyai rho partikel < rho air. Flotasi/pengapungan, misal penyisihan minyak bebas (free oil) dari air
Gabungan instalasi unit koagulasi, flokulasi dan sedimentasi disebut aselator.

Sedimentation Basin Zones

Rectangular Basin

Circular Basin

15. Filtrasi

1. Penyaringan dengan menggunakan media berbutir

2. Penyisihan partikel dengan cara penyaringan untuk ukuran diameter partikel lebih besar dari ukuran media filter

3. Saringan pasir cepat (rapid sand filtration): Laju aliran = 120 m^3/m^2/jam

4. Saringan pasir lambat (slow sand filtration): Lanju aliran = 5 m^3/M^2/jam

5. Saringan pasir cepat:

Single media: Pasir
Multi media: Antrasit – pasir – garnet

6. Saringan pasir lambat:

Sedimentasi
Filtrasi
Proses Biologi

7. Desinfeksi: Penghilangan mikroorganisme pathogen: klorinasi, ozonasi, sinar ultra violet, pemanasan, dll

16. Backwash

Kapan dilakukan backwashing ?

Ketika headloss terlalu besar sehingga menyebabkan produksi air semakin lama (filter Mampet)
Ketika Floc mulai hancur dan melalui filter sehingga menyebabkan turbidity (kekeruhan) air yang dihasilkan tinggi (Effluent keruh)

17. Airscouring

18. Desinfeksi (klorinasi)

19. Pengolahan air khusus

1. Penurunan kesadahan (air tanah):

Penambahan kapur atau kapur soda
Pertukaran ion

2. Penurunan Fe dan Mn:

Oksidasi dan pengaturan pH

3. Penyisihan bau, rasa dan warna:

Adsobsi: Karbon aktif

4. Penempatan pengolahan khusus membutuhkan:

Karakteristik air baku yng akan diolah secara:

a. Kualitatif: kandungan pencemar yang terkandung serta tingkat keberbahayaan terhadap Kesehatan manusia dan kerusakan material

b. Kuantitatif: besarnya kebutuhan air dimasyarakat serta ketersediaannya di sumber air baku

Periode perencanaan: Sangat berpengaruh terhadap dimensi instalasi dan aspek ekonomis
Kemudahan dalam operasi dan perawatan: ketersediaan sumber daya manusia dan suku cadang

20. Membran

Berguna untuk menyisihkan partikel-partikel koloidal dan ion-ion terlarut

Selektivitas pemisahan berdasarkan ukuran pori:

Mikrofiltrasi : 0,02 – 10 mm
Ultrafiltrasi : 0,01 – 0,02 mm
Membran dense : 0,0001 – 0,001 mm
Reverse Osmosis : lebih kecil dari 0,0001 mm

21. Klasifikasi Membran

22. Jaringan Distribusi

Air yang telah diolah siap untuk didistribusikan kepada para pemakai. Sarana yang digunakan biasanya menggunakan perpiaan, dikenal sebagai jaringan distribusi air minum.
Selama perjalanannya dari reservoit penampungan air sampai ke keran air di pelanggan, kaulitas air harus tetap terjaga. Biasanya dilakukan pengecakan sisa khlor di titik dalam jaringan, agar dijamin tidak ada bakteri pathogen yang masuk selama perjalannya
Air yang dialirkan oleh jaringan distribusi ini harus dijamin kuantitasnya. Tidak boleh terlalu banyak hilang akibat kebocoran. Kebocoran air yang ideal tidak lebih dari 15%. Namun di Indonesia, kebocoran air bisa mencapai 40-45%, bahkan lebih.
Air di konsumen juga hendaknya dijamin masih mepunyai tekanan air. Minimum tekanan air di keran konsumen seharusnya adalah 10m-kolom air. Untuk mencapai nilai tersebut, biasanya dibutuhkan bantuan pompa atau Menara air, kecuali konsumen terletak relative lebih rendah dari reservoir distribusi air dari system penyediaan air tsb.