Water treatment ; chapter : Penggumpalan Koloida (Colloid Coagulation)

Kekeruhan disebabkan oleh partikel tersuspensi di dalam air yang ukurannya berkisar antara 0.01 – 100 mm. Partikel yang lebih besar mudah dihilangkan dengan pengendapan. Partikel yang sangat kecil dengan ukuran kurang dari 5 mm disebut dengan partikel koloid  dan sangat sulit mengendap.

Karakteristik dari partikel koloid dalam air sangat dipengaruhi oleh muatan listrik dan kebanyakan partikel tersuspensi bermuatan negatif. Penetralan dari muatan ini merupakan tujuan utama dari suatu proses koagulasi.

Model lapisan ganda digunakan untuk menerangkan distribusi dari ion-ion disekeliling partikel koloid. Pada air alam (pada pH 6 – 8) pada umumnya koloid bermuatan negatif. Untuk mengilustrasikan diambil partikel koloid yang bermuatan negatif. Berdekatan dengan lapisan negatif dari koloid terdapat lapisan kuat ion positif yang dikenal sebagai Lapisan Stern (Stern Layer), lebih jauh ion positif  ini tertarik ke koloid tetapi terhalang dengan adanya lapisan ini.

Kesetimbangan dinamik antara ion positif dan negatif dikenal sebagai Lapisan difusi (Difuse Layer). Konsentrasi dari ion positif lapisan difusi secara bertahap menurun sesuai jarak dari partikel koloid meningkat sampai dengan pada suatu jarak konsentrasi ion-ion setimbang dengan air.

Perbedaan muatan yang melingkupi antara Stern layer dan Difuse layer disebut sebagai Zeta potensial. Zeta Potensial sangat berguna sebagai indikasi langsung jumlah energi yang diperlukan untuk menyatukan partikel koloid.

Dispersi koloid dalam air secara umum terbagi menjadi 2 (dua) yaitu :

1.            Sifat hidrofilik (senang air)

2.            Sifat hidrofobik (tidak senang air)

Sifat hidrofilik menyebabkan ikatan koloid dengan air menjadi lebih kuat, sehingga koloid akan lebih stabil dan sulit dipisahkan dengan air.

Kestabilan sistem koloid hidrofobik disebabkan oleh adanya fenomena hidrasi, yaitu suatu keadaan dimana molekul-molekul air tertarik oleh permukaan koloid, sehingga menyebabkan terhalangnya kontak antara koloid yang satu dengan lainnya. Kestabilan koloid hidrofobik terjadi karena koloid-koloid bermuatan sejenis, sehingga terjadi gaya tolak menolak antar koloid. Koloid bermuatan negatip akan menarik ion yang berlawanan pada permukaan, membentuk lapisan pelindung dari air di sekelilingnya. Keadaan ini menghasilkan lapisan ganda listrik (electrical double layer) dari muatan positif dan negatif.

Kelebihan muatan listrik dipermukaan sering dikompensasi karena pada bagian luar dari lapisan ganda listrik, dengan konsentrasi ion yang muatannya berlawanan dan yang bersifat difusi disebabkan oleh gerakan molekul air yang disebabkan oleh termic.

Lapisan molekul air diatas permukaan partikel menghindari partikel langsung bisa bergabung dengan partikel lain dan bisa tidak mendekati cukup dekat dengan partikel yang muatannya berlawanan dan mempunyai daya tarik. Sebagai contoh untuk suspensi stabil itu adalah asam silikat yang baru mengendap, ada hidroksida maupun zat dengan molekul besar dengan proses hidrolisa lengkap misalnya ekstrak kanji (startch), protein, karbohidrat, asam humus dan polimer sintetis yang terlarut.

Permukaan zat suspensi di dalam air bisa tertutup oleh zat yang netral yang diadsorpsi diatas permukaan supaya tidak bisa terjadi lagi pendekatan dengan daya tarik ion. Terutama lapisan adsorpsi dari zat sintetis atau zat kimia alami dengan molekul besar bisa menyebabkan daya tolak yang sangat besar dan dengan ini menghindari suspensi tersebut bergabung (efek perlindungan koloid).

Partikel koloid selalu bergerak dengan jalan yang zig – zag yang disebut dengan gerak Brown. Gerakan ini disebabkan oleh tumbukan molekul – molekul pelarut kepada partikel – partikel koloid. Walaupun tumbukan ini lenting sempurna, artinya tenaga kinetik molekul pelarut dan partikel koloid sama, tetapi karena partikel koloid diameternya lebih besar, maka gerakannya lebih lambat daripada molekul pelarut.

Mekanisme Koagulasi

Stabilitas koloid merupakan aspek penting dalam proses koagulasi untuk menghilangkan koloid-koloid.

Stabilitas koloid tergantung ukuran koloid dan muatan elektrik, juga dipengaruhi oleh media pendispersi (dalam hal ini media pendispersi adalah air) seperti kekuatan ion, pH.

Muatan permukaan partikel-partikel koloid penyebab kekeruhan di dalam air adalah sejenis, oleh karena itu jika kekuatan ionik di dalam air rendah, maka koloid akan tetap stabil. Stabilitas merupakan daya tolak koloid karena partikel-partikel mempunyai muatan permukaan sejenis (negatif).

Antara koloid-koloid ada gaya tolak menolak dan gaya tarik massa (van der Waals). Dengan adanya enersi interaksi kedua gaya tersebut yang disebabkan oleh gerakan Brownian, dihasilkan suatu enersi kinetik. Jika kekuatan ionik di dalam air cukup tinggi, maka gaya tolak menolak memberi keuntungan kepada situasi dimana tumbukan yang terjadi menghasilkan aglomerasi partikel-partikel.

Ada beberapa gaya yang menyebabkan stabilitas partikel, yaitu :

1.            Gaya elektrostatik yaitu gaya tolak menolak terjadi jika partikel-partikel mempunyai muatan yang sejenis (negatif atau positif ).

2.            Bergabung dengan molekul air (reaksi hidrasi)

3.            Stabilisasi yang disebabkan oleh molekul besar yang diadsorpsi pada permukaan.

Mekanisme yang disebut diatas seringkali terjadi pada saat yang sama. Dalam suspensi yang keruh seringkali hanya ada partikel bermuatan negatip yang disebabkan oleh penggantian kation maupun adsorpsi zat anionik.

Mineral seperti silika, tanah liat, oksida dan hidroksida seringkali selain mempunyai daya elektrostatik, juga ada hidrasi yang mampu untuk mengadsopsi zat penyebab stabilisasi. Suspensi atau koloid bisa dikatakan stabil jika semua gaya tolak menolak antar partikel lebih besar dari gaya tarik massa, sehingga didalam waktu tertentu tidak terjadi agregasi.

Untuk menghilangkan kondisi stabil, harus merubah gaya interaksi diantara partikel dengan pembubuhan zat kimia (sebagai donor muatan positip) supaya gaya tarik menarik menjadi lebih besar.

Untuk destabilisasi ada beberapa mekanisme yang berbeda :

1.            Kompresi lapisan ganda listrik (Compression of electric double layer) dengan muatan yang berlawanan

2.            Mengurangi potensial permukaan yang disebabkan oleh adsorpsi molekul yang spesifik dengan muatan elektrostatik berlawanan.

3.            Adsorpsi molekul organik diatas permukaan partikel bisa membentuk jembatan molekul diantara partikel.

4.            Penggabungan partikel koloid kedalam senyawa presipitasi yang terbentuk dari koagulan/ flokulan.

Destabilisasi yang terjadi tergantung dari mekanime destabilisasi yang mana atau bisa saja hanya ada satu mekanisme yang menyebabkan agregasi atau kombinasi dari mekanisme yang lain (diantara yang tersebut diatas). Untuk aplikasi praktis di IPA Instalasi pengolahan air) ada kombinasi dari beberapa mekanisme destabilisasi yang disebabkan adanya kompresi lapisan ganda, tetapi hal ini biasanya tidak begitu penting untuk aplikasi praktis.

Secara garis besar (berdasarkan uraian di atas), mekanisme koagulasi dan flokulasi adalah :

1.            Destabilisasi muatan negatip partikel oleh muatan positip dari koagulan

2.            Tumbukan antar partikel

3.            A d s o r p s i

Selain tumbukan antar partikel terdestabilisasi/mikroflok yang bertujuan membentuk flok dengan ukuran yang relatif besar (makroflok), adsorpsi merupakan mekanisme flokulasi diantaranya dilakukan oleh Al(OH)3, aluminium hidroksida yaitu bentuk hidroksida Al, hasil reaksi hidrolisa Al dengan air.

Jika kekuatan ionik di dalam air cukup besar, maka keberadaan koloid di dalam air sudah dalam bentuk terdestabilisasi. Destabilisasi disini disebabkan oleh ion monovalen (valensi 1) dan divalen (valensi 2) yang berada di dalam air. Kejadian ini dinamakan “Koagulasi elektrostatik”, sedangkan koagulasi kimiawi adalah suatu proses dimana zat kimia seperti garam Fe dan Al, ditambahkan ke dalam air untuk merubah bentuk (transformasi) zat-zat kotoran. Zat-zat tersebut akan bereaksi dengan hidrolisa garam-garam Fe atau Al menjadi flok dengan ukuran besar yang dapat dihilangkan secara mudah melalui sedimentasi dan filtrasi.

Soul of water by : @_pararaja

 

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s