PENGENDALIAN PROSES KOAGULASI PADA SUATU INSTALASI PENGOLAHAN AIR DENGAN METODE STREAMING CURRENT METER

 (suatu kajian literatur).

 

Oleh : Arifin

 

ABSTRAK

Streaming current meter (SCM) merupakan salah satu metode  pengendalian proses koagulasi dengan menggunakan prinsip nilai zeta potensial dalam partikel koloida yang terkandung dalam fluida zat cair (air baku). Air baku yang sudah ditambahkan koagulan menggunakan pompa dosing melalui homogenasi (turbulensi pipa transmisi maupun kinerja mekanik mixer) diukur zeta potensialnya dengan menggunakan sensor elektroanalitik, hasil pengukuran ini akan ditransformasikan dalam suatu sistem kontrol otomatis yang dihubungkan dengan pompa dosing koagulan. Nilai zeta potensial yang telah diformulasikan dengan parameter debit air baku, konsentrasi koagulan, variabel elektrik, dan parameter lain yang sudah didesain dalam suatu Program Logic Control (PLC) sehingga secara otomatis pompa dosing akan melakukan injeksi koagulan sesuai dengan program yang telah dibuat. Efektifitas dari penerapan SCM akan mengurangi bahan kimia koagulan sebesar 12 s/d 23% (Dentel dan Kingery : 1989) dari sebelum penggunaan SCM (semi otomatis; jar-test dan program dosis komputer).

Kata kunci : Koloida, koagulasi, program dosis komputer, SCM.

 

PENDAHULUAN


Air sungai merupakan salah satu sumber air baku di instalasi pengolahan air minum. Air sungai dengan parameter  biofisikokimia berdasarkan PPRI. No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air mempunyai karakter yang fluktuatif, hal ini menuntut suatu proses pengolahan yang efektif.

Rasio parameter yang paling besar penyusunnya dalam air sungai umumnya adalah kekeruhan selain warna dan oksida logam atau metaloida.

 Kekeruhan ini yang akan dihilangkan dengan berbagai sistem proses, salah satunya adalah koagulasi. Koagulasi adalah pemberian bahan kimia koagulan untuk mendestabilkan muatan koloida sebagai penyusun kekeruhan sehingga mudah menggumpal membentuk flok yang akan cepat mengendap.

LATAR BELAKANG

 Dosis yang optimal sangat diperlukan dalam proses koagulasi. Penetapan kurva standar sebagai acuan dalam pengendalian proses koagulasi dilakukan dengan sistem jartest. Jartest membantu dalam menentukan bahan kimia atau bahan kimia yang dikombinasikan serta menentukan dosis untuk menentukan pembentukan flok yang baik. Hasil jartest tidak selalu sama dengan operasional yang ada di IPA, jadi harus dibuat koreksi dosis yang dihasilkan dari jartest dengan aplikasi dosis di IPA.

 

 

Gbr. Metode Jartest.

Hasil jartest ini akan mendapatkan suatu formula dengan nilai regresi mendekati satu yang dipresentasikan dalam suatu program dosis komputer. Dengan memasukkan nilai kedalam kolom yang telah ditentukan maka akan muncul parameter yang diinginkan, misalnya flow koagulan. Hasil ini akan diinformasikan kepada operator lapangan dengan menggunakan radiokomunikasi (Handy Talkie) untuk mengatur stroke pompa dosing koagulan sesuai dengan flow koagulan yang diinginkan.

Tingkat akurasi pada metode ini yang belum optimal dan penerapan teknologi dalam penyempurnaan proses pengolahan air menuntut dibutuhkannya suatu metode pengendalian yang efektif dan optimal.

PERMASALAHAN

Variabel kekeruhan yang merupakan parameter utama dalam penetapan dosis merupakan metode pendekatan dalam melakukan injeksi koagulan. Dalam kondisi-kondisi tertentu seperti musim kemarau, adanya limbah, dsb. metode pendekatan ini memiliki keakuratan yang rendah.

Dengan kekeruhan yang relatif rendah dipergunakan dosis tinggi tapi kadang kala kekeruhan  yang tinggi menggunakan dosis yang rendah ini membuktikan bahwa variabel kekeruhan  perlu dikoreksi kembali dalam penetapan dosis. Kualitas air baku sangat berpengaruh terhadap dosis koagulan. Dengan menggunakan metode zeta potensial sebagai variabel dalam penetapan dosis maka tingkat keakuratan pemberian dosis koagulan lebih baik. Tercapainya ketepatan dosis pada break point akan menambah effisensi pemakaian bahan kimia koagulan. Keoptimalan dosis ini merupakan integrasi terkecil dari kurva standar yang didapat dengan regresi mendekati satu. Nilai zeta potensial diukur dengan menggunakan alat streaming current meter yang ekspresikan dalam satuan millivolts (mV).

TINJAUAN PUSTAKA

1. Koloida

Kekeruhan disebabkan oleh partikel tersuspensi di dalam air yang ukurannya berkisar antara 0.01 – 100 mm. 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.

 

 

 

 

 

Gbr. Partikel koloida dan Zeta potensial

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.

 

 

 

 

 

 

Gbr. Mekanisme mobilitas parikel dan aglomerasi

Larutan koloid merupakan larutan yang stabil walaupun ukuran partikel koloid yang berada di dalam larutan tersebut lebih besar dari partikel medium pendispersinya. Hal tersebut disebabkan oleh tumbukan di antara semua partikel pada sistem tersebut sehingga partikel koloid bergerak secara acak. Selain itu, diakibatkan pula oleh muatan listrik yang terdapat di sekitar permukaan partikel koloid. Muatan tersebut mengakibatkan terjadinya tolak-menolak di antara sesama partikel koloid sehingga partikel koloid tidak menggumpal. Apabila larutan tersebut diberi pengaruh medan listrik luar maka partikel-partikel tersebut akan mengalami perubahan sifat listrik. Salah satu efek dari berubahnya sifat listrik adalah dinamika partikel-partikel koloid yang dapat dikendalikan. Mobilitas elektroforetik merupakan parameter karakteristik dinamika partikel koloid akibat adanya pengaruh medan listrik luar yang merepresentasikan seberapa kuat suatu partikel dipengaruhi oleh medan listrik. Besar muatan listrik yang dimiliki partikel bergantung pada besar medan listrik yang diberikan dan besar serta jenis muatan yang dikandung elektrolit.

Elektrolit ini ditambahkan untuk mendestabilkan muatan sehingga partikel koloida mudah menggumpal membentuk flok dan mengendap. Cara mendestabilkan partikel dilakukan dalam dua tahap. Pertama dengan mengurangi muatan elektrostatis sehingga menurunkan nilai potensial zeta dari koloid, proses ini lazim disebut sebagai koagulasi. Kedua adalah memberikan kesempatan kepada partikel untuk saling bertumbukan dan bergabung, cara ini dapat dilakukan dengan cara pengadukan dan disebut sebagai flokulasi. Prosedur pengontrolan menginginkan memonitor Zeta potensial bervariasi diluar batas jangkauan yang sudah diketahui, supaya dihasilkan kekeruhan paling rendah. Walaupun demikian rentang jangkauan ini berbeda dari IPA yang satu dengan IPA lainnya, biasanya -6 sampai -10 millivolt (mV).

Tabel . Kriteria nilai zeta potensial

POTENSIAL ZETA RATA – RATA

DERAJAT KOAGULASI

+ 3 sampai 0

Maksimum

– 1 sampai – 4

Baik sekali

– 5 sampai – 10

C u k u p

– 11 sampai – 20

K u r a n g

– 21 sampai – 30

Seharusnya tidak ada

Keefektifan koagulan atau flokulan akan berubah apabila karakteristik air baku berubah. Keefektifan bahan kimia koagulan/koagulan pembantu, dapat pula berubah untuk alasan yang tidak terlihat atau tidak diketahui, oleh karena itu ada beberapa faktor yang belum diketahui yang dapat mempengaruhi koagulasi–flokulasi. Untuk masalah demikian harus memilih bahan kimia terlebih dahulu, dengan menggunakan jartest dengan variasi bahan kimia, secara tunggal atau digabungkan atau dikombinasikan.

Pengurangan muatan elektris dilakukan dengan menambahkan koagulan seperti PAC. Di dalam air PAC akan terdisosisi melepaskan kation Al3+ yang akan menurunkan zeta potensial dari partikel. Sehingga gaya tolak-menolak antar partikel menjadi berkurang, akibatnya penambahan gaya mekanis seperti pengadukan akan mempermudah terjadinya tumbukan yang akan dilanjutkan dengan penggabungan partikel-partikel yang akan membentuk flok yang berukuran lebih besar.

2. Streaming Current Meter.

Streaming Current Meter adalah instrument online yang secara terus menerus mengambil sampling segera setelah koagulan ditambahkan, dengan mengukur potensial muatan. Bahan kimia koagulan ditambahkan untuk menstabilkan muatan koloid dan material terlarut sehingga mempercepat pembentukan flok.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gbr. Aplikasi SCM

 

Gbr. Unit SCM dan aplikasinya

SCM mengukur seberapa baik kimia koagulan melakukan kerjanya dengan mendeteksi muatan residual, target pengukuran adalah netral. SCM akan merespon perubahan kebutuhan injeksi koagulan yang disebabkan oleh kekeruhan, flow atau kondisi yang berubah. Setpoint ditentukan secara empiris tergantung target dari pengolahan, biasanya setpoint yang optimum mengacu dimana injeksi minimum yang dibutuhkan untuk kualitas air yang dapat diterima. Target yang diatur adalah “NOL” atau netral, yang mana ini adalah acuan yang tepat yang menggambarkan kondisi optimum.

 

 

 

Gbr. Hubungan SCM dengan kekeruhan

Penentuan kurva standar sebagai dasar dari aplikasi dilapangan sangatlah penting karena masing – masing kualitas sumber air baku dari instalasi pengolahan air minum berbeda – beda.

Prinsip penentuan ini hampir sama dengan pembuatan program dosis komputer yaitu dengan melakukan jartest permulaan di laboratorium dengan variabel nilai zeta potensial, pH, kekeruhan, dosis serta parameter lainnya.

 

 

 

Gbr. Mekanisme pengukuran SCM.

Selain sebagai permulaan penetapan program, jartest juga berfungsi untuk memonitor, memverifikasi, mengevaluasi SCM dilapangan dan pemodelan hasil kinerja selama proses berlangsung serta membandingkan kinerja apabila mendapati sumber air baku yang berbeda kualitasnya.

Penerapan SCM dilapangan dapat dilakukan dengan memasang sensor pada saluran sistem koagulasi. Sensor ini akan mengambil sampling minimal 6 L/mnt ( 1.5 gpm) berdasarkan frekuensi hentakan naik – turun sekitar 4-5 pukulan/detik dari kinerja piston dalam suatu chamber dengan lebar 200-500 mm dengan arus pada partikel  0.05 mA hingga 5 mA, kemudian dengan kecepatan yang tinggi dari piston maka fluida akan pecah menjadi partikel – partikel dengan muatan elektrostatik permukaan sesuai karakter partikel yang membawa sinyal pada dinding – dinding kapiler chamber yang diukur dengan rumus :

I = k.s.ω.ε.ζ.f(r,R)

Dimana :

I = rata – rata besarnya Arus

s = panjang hentakan piston

ε = konstanta dielektrik larutan

ω = kecepatan motor/detik

ζ = zeta potensial

r = radius piston

R = radius chamber

k = konstanta elektronik

f = fungsi bangun sesuai model yang digunakan.

Sedangkan untuk menentukan nilai zeta potensial adalah sebagai berikut :

z = 4pdq

       D

q = muatan partikel

ζ = zeta potensial

d = jarak medan yang dipengaruhi oleh muatan partikel

D = konstanta dielektrik fluida zat cair

 

Satuan skala yang diterima dari sensor akan dikirim ke sistem pengendali  yang dilengkapi dengan alarm sebagai pendeteksi adanya suatu malfunction. Adanya suatu kotoran berdiameter kasar dan penyebab clogging akan mempengaruhi performa dan akurasi sehingga dalam aplikasinya memerlukan strainer.

Sinyal yang diterima akan diolah dan direkam pada recorder yang dapat dipantau dalam layar monitor kemudian diteruskan ke pompa dosing koagulan sesuai program yang telah dibuat dan secara otomatis pompa dosing koagulan akan menginjeksikan bahan kimia koagulan yang dibutuhkan secara terus menerus dan berkesinambungan

HASIL DAN EVALUASI

Pengukuran muatan alektrokinetik dari partikel koloida penyusun turbidity dapat dilakukan dengan metode yang berbeda tetapi saling melengkapi yaitu :

1.             Pengukuran pergerakan medan listrik dari suatu phasa cair dengan menghitung zeta potensial dilakukan dengan memisahkan ion – ion partikel dengan dua lempengan yang dipasang dengan jarak kira – kira 0.1 mm dan menggunakan elektroda yang bekerja mirip dengan elektrolisa. Zeta potensial dihitung dari kecepatan partikel dalam mengurai.

2.             Pengukuran penguraian tegangan yang diakibatkan oleh gaya  gerak partikel dalam larutan dengan menghitung potensial induksi listrik yang diukur menggunakan alat Streaming Current Meter.

Penerapan SCM sebagai salah satu metode pengendali proses koagulasi terutama pada pengolahan air minum sangat efektif dimana rasio kegagalan yang mungkin terjadi baik dari sistem, instrumentasi, maupun human error dapat diminimalisir.

Streaming Current Unit dapat dibaca secara online dengan Streaming Current Meter dan yang dapat dibaca secara Laboratorium dengan menggunakan Particle Charge Detector.

Beberapa keuntungan penerapan Automasi dalam sistem pengolahan air minum :

  1. Mengurangi faktor human error dalam pengoperasian, dengan automation control perlakuan proses akan lebih konsisten dan dapat diatur sesuai kebutuhan.
  2. Meningkatkan efisiensi yaitu penghematan biaya dalam proses pembubuhan kimia, tenaga operasional, waktu pengambilan keputusan dan efesiensi energi.
  3. Pelanggan akan merasa lebih percaya diri terhadap pengendalian proses pengolahan air bersih karena Automation Monitoring akan memberi informasi yang dibutuhkan disajikan didepan mata.
  4. Dengan informasi yang selalu update, online dan sesuai dengan kebutuhan operasi maka operator akan secara langsung melakukan analisis, sehingga meningkatkan pemahaman pengguna terhadap dalam proses.
  5. Keputusan akan lebih tepat dan cepat diambil dengan bantuan informasi yang tersedia.
  6. Operasional akan mudah mengantisipasi kecenderungan dari proses pengolahan dengan adanya fasilitas alarm, trending dan historical record, juga memudahkan analisa dan track back.

SCM ini lebih stabil terhadap variabel – variabel yang dapat mempengaruhi kinerja proses seperti kenaikan debit intake, penurunan dan kemungkinan kehilangan dosis koagulan (Coagulant Feed Loss), dan kenaikan kekeruhan yang fluktuatif dalam pengendalian proses koagulasi dibanding dengan yang tidak menggunakan SCM. Hal ini dapat diterangkan dalam grafik dibawah ini :

 

 

 

Gbr. Grafik perbandingan aplikasi SCM dan tanpa SCM

Dari sistem pengolahan air minum yang telah menggunakan teknologi ini tercatat membantu penghematan bahan kimia koagulan rata-rata sebesar 12 s/d 23% dan dari hasil survey menunjukkan bahwa 80% dari Instalasi Pengolahan Air dengan memakai teknologi SCM ini menyatakan baik untuk diterapkan. (Dentel dan Kingery:1989).

Teknologi SCM banyak diterapkan di industri – industri pengolahan terutama untuk pengolahan air. SCM juga dapat digunakan untuk pengamanan (security) dalam menghindari kemungkinan adanya sabotase atau gangguan dari teroris.

KESIMPULAN DAN SARAN

Dengan penerapan SCM sebagai metode pengendalian proses koagulasi maka dapat meningkatkan efisiensi dan produktivitas.

 

REFERENSI

www.accufloc.com/downloads/SCMTheory.pdf

www.micrometrix.com/products/scm/scm.html

www.chemtrac.com/products/cca3100/documents/Laboratory_SCM.pdf

www.thomasnet.com/products/meters-current-water-50892306-1.html – 39

www.hfscientific.com/PDF%20%20Manuals/MicroTSCM/MicroTSCM%20Manual.pdf

www2.ocean.washington.edu/flowmow/currmeters.html – 3k

http://www.uswaternews.com/clssfads/clssfads.html – 23k

http://www.freepatentsonline.com/4855061.html – 48k

http://www.wioa.org.au/conf_papers/01/paper15.htm – 65k

www.grundfos.com/ – 18k –

 

Iklan

7 thoughts on “PENGENDALIAN PROSES KOAGULASI PADA SUATU INSTALASI PENGOLAHAN AIR DENGAN METODE STREAMING CURRENT METER

  1. salam kenal….
    isinya menarik dan dapat membantu saya dalam mengerjakan tugas PAL ini
    terimakasih

    =========================================================

    terimakasih…
    kapan-kapan main kesini lagi ya

  2. mas arifin, saya udah baca artikel anda. pada dasarnya saya tertarik untuk mengadopsi dan menganalisa sistem ini. jadi jika gak keberatan saya minta soft copy yang lebih lengkap, untuk saya terapkan di IPA tampat saya bekerja.

    herman di medan.

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