1.1. Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi kehidupan manusia. Karena itu jika
kebutuhan akan air tersebut belum tercukupi maka dapat memberikan dampak yang besar
terhadap kerawanan kesehatan maupun sosial. Pengadaan air bersih di Indonesia khususnya
untuk skala yang besar masih terpusat di daerah perkotaan, dan dikelola oleh Perusahan Air
Minum (PAM) kota yang bersangkutan. Namun demikian secara nasional jumlahnya masih belum
mencukupi dan dapat dikatakan relatif kecil yakni 10,77 % (Supas -1985). Untuk daerah yang
belum mendapatkan pelayanan air bersih dari PAM umumnya mereka menggunakan air tanah
(sumur), air sungai, air hujan, air sumber (mata air) dan lainnya.
Dari hasil survey penduduk antar sensus (SUPAS) 1985, prosentasi banyaknya rumah tangga
dan sumber air minum yang digunakan di berbagai daerah di Indonesia sangat bervariasi
tergantung dari kondisi geografisnya. Secara nasional yakni sebagai berikut : Yang
menggunakan air leding 10,77 %, air tanah dengan memakai pompa 7,85 %, air sumur (perigi)
53,78 %, mata air (air sumber) 15,70 %, air sungai 8,54 %, air hujan 1,64 % dan lainnya
1,71 %.
Permasalahan yang timbul yakni sering dijumpai bahwa kulaitas air tanah maupun air sungai
yang digunakan masyarakat kurang memenuhi syarat sebagai air minum yang sehat bahkan di
beberapa tempat bahkan tidak layak untuk diminum. Air yang layak diminum, mempunyai
standar persyaratan tertentu yakni persyaratan fisis, kimiawi dan bakteriologis, dan
syarat tersebut merupakan satu kesatuan. Jadi jika ada satu saja parameter yang tidak
memenuhi syarat maka air tesebut tidak layak untuk diminum. Standar kualitas air minum
menurut Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No.20 Tahun 1990 ditunjukkan seperti pada
Tabel I.3). Pemakaian air minum yang tidak memenuhi standar kualitas tersebut dapat
menimbulkan gangguan kesehatan, baik secara langsung dan cepat maupun tidak langsung dan
secara perlahan.
Air tanah sering mengandung zat besi (Fe) dan Mangan (Mn) cukup besar. Adanya kandungan Fe
dan Mn dalam air menyebabkan warna air tersebut berubah menjadi kuning-coklat setelah
beberapa saat kontak dengan udara. Disamping dapat mengganggu kesehatan juga menimbulkan
bau yang kurang enak serta menyebabkan warna kuning pada diding bak serta bercak-bercak
kuning pada pakaian. Oleh karena itu menurut PP No.20 Tahun 1990 tersebut, kadar (Fe)
dalam air minum maksimum yang dibolehkan adalah 0,3 mg/lt, dan kadar Mangan (Mn) dalam air
minum yang dibolehkan adalah 0,1 mg/lt.
Di negara maju seperti Amerika dan Jepang, peraturan standar kualitas air minumnya lebih
ketat lagi. Total kandungan besi dan mangan dalam air minum maksimum yang diperbolehkan
adalah 0,3 mg/lt. Untuk menanggulangi masalah tersebut, perlu dilakukan upaya penyediaan
sistem alat pengolah air skala rumah tangga yang dapat menghilangkan atau mengurangi
kandungan besi dan mangan yang terdapat dalam air air sumur atau tanah. Salah satu cara
untuk meningkatkan kualitas air tanah yakni dengan menggunakan filter dengan media mangan
zeolit dan karbon aktif.
1.2. Tujuan dan Sasaran
Teknologi pengolahan air dengan menggunakan filter ini bertujuan untuk menghilangkan zat
besi dan mangan di dalam air baku menjadi air yang siap dipakai.
1.3. Manfaat
Alat ini dapat digunakan untuk meningkatkan kualitas air tanah khususnya untuk
menghilangkan zat besi dan mangan di dalam air. Alat tersebut dapat digunakan untuk skala
rumah tangga maupun untuk skala yang besar dengan biaya yang relatif murah.
1.4. Kontak Personil Ir. Nusa Idaman Said, M.Eng.
Kelompok Teknologi Pengelolaan Air Bersih dan Limbah Cair
Direktorat Teknologi Lingkungan
Kedeputian Bidang Teknologi Informasi, Energi dan Material
Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi
JL. M.H. Thamrin No.8. Jakarta
Tel. 021-3169769, 3169770 Fax. 021-3169760
Email : air@server.enviro.bppt.go.id
Home Page : http://www.enviro.bppt.go.id/~Kel-1/
II. CARA MENGHILANGKAN ZAT BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DALAM AIR
Baik besi maupun mangan, dalam air biasanya terlarut dalam bentuk senyawa atau garam
bikarbonat, garam sulfat, hidroksida dan juga dalam bentuk kolloid atau dalam keadaan
bergabung dengan senyawa organik. Oleh karena itu cara pengolahannyapun harus disesuaikan
dengan bentuk senyawa besi dan mangan dalam air yang akan diolah. Ada beberapa cara untuk
menghilangkan zat besi dan mangan dalam air salah satu diantarannya yakni dengan cara
oksidasi, dengan cara koagulasi, cara elektrolitik, cara pertukaran ion, cara filtrasi
kontak, proses soda lime, pengolahan dengan bakteri besi dan cara lainnya.
Proses penghilangan besi dan mangan dengan cara oksidasi dapat dilakukan dengan tiga macam
cara yakni oksidasi dengan udara atau aerasi, oksidasi dengan khlorine (khlorinasi) dan
oksidasi dengan kalium permanganat. Selain dengan cara oksidasi, penghilangan senyawa besi
dan mangan dalam air yang umum digunakan khususnya untuk skala rumah tangga yakni dengan
mengalirkan ke suatu filter dengan media mangan zeolit.
2.1. Menghilangkan Besi dan Mangan Dengan
Cara Oksidasi.
Proses penghilangan besi dan mangan dengan cara oksidasi dapat dilakukan dengan tiga macam
cara yaitu :
2.1.1. Oksidasi dengan Udara (Aerasi)
Adanya kandungan alkalinity, (HCO3)- yang cukup besar dalam air,
akan menyebabkan senyawa besi atau mangan berada dalam bentuk senyawa ferro bikarbonat,
Fe(HCO3)2 atau mangano bikarbonat, Mn(HCO3)2.
Oleh karena bentuk CO2 bebas lebih stabil daripada (HCO3)-,
maka senyawa bikarbonat cenderung berubah menjadi senyawa karbonat.
Fe(HCO3)2 ===> FeCO3 + CO2 + H2O
Mn(HCO3)2 ===> MnCO3 + CO2 + H2O
Dari reakasi tersebut dapat dilihat, jika CO2 berkurang, maka kesetimbangan reaksi akan
bergeser ke kanan dan selanjutnya reaksi akan menjadi sebagai berikut :
FeCO3 + CO2 ===> Fe(OH)2 + CO2 MnCO3 + CO2 ===> Mn(OH)2 + CO2
Baik hidroksida besi (II) maupun hidroksida mangan (II) masih mempunyai kelarutan yang
cukup besar, sehingga jika terus dilakukan oksidasi dengan udara atau aerasi akan terjadi
reaksi (ion) sebagai berikut:
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ===> 4 Fe(OH)3 + 8 H+
2 Mn2+ + O2 + 2 H2O ===> 2 MnO2 + 4 H+
Sesuai dengan reaksi
tersebut, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi dibutuhkan 0,14 mg/l oksigen dan
setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 0,29 mg/l. Pada pH rendah, kecepatan reaksi oksidasi besi
dengan oksigen (udara) relatif lambat, sehingga pada prakteknya untuk mempercepat reaksi
dilakukan dengan cara menaikkan pH air yang akan diolah. Pengaruh pH terhadap oksidasi
besi dengan udara (aerasi) dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Pengaruh pH terhadap
oksidasi besi dengan udara.
| Air Baku | Konsentrasi Fe setelah aerasi | |||
| pH Air | Fe (ppm) | 15 menit | 30 menit | 60 menit |
| 5,0 | 10,0 | 9,0 | - | 7,5 |
| 5,5 | 10,0 | 5,5 | 4,6 | 4,0 |
| 5,95 | 10,0 | 5,0 | 4,0 | 3,5 |
| 6,15 | 10,0 | 4,4 | 3,5 | 2,5 |
| 6,5 | 10,0 | 2,8 | 1,8 | 0,3 |
| 6,65 | 10,0 | 0,7 | 0,2 | 0,1 |
| 6,8 | 10,0 | 0,2 | 0,1 | < 0,1 |
| 7,0 | 10,0 | 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| 7,45 | 10,0 | 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
| 8,05 | 10,0 | < 0,1 | < 0,1 | < 0,1 |
Catatan : Air baku yang digunakan
adalah air tanah.
Konsentrasi Fe setelah diaerasi dan disaring dengan kertas saring.
Sumber : Tatsumi Iwao, 1971.
2.1.2. Oksidasi dengan Khlorine
(Khlorinasi) Konsentrasi Fe setelah diaerasi dan disaring dengan kertas saring.
Sumber : Tatsumi Iwao, 1971.
Khlorine, Cl2 dan ion hipokhlorit, (OCl)- adalah merupakan bahan oksidator yang
kuat sehingga meskipun pada kondisi pH rendah dan oksigen terlarut sedikit, dapat
mengoksidasi dengan cepat. Reaksi oksidasi antara besi dan mangan dengan khlorine adalah
sebagai berikut:
2 Fe2+ + Cl2 + 6 H2O ==> 2 Fe(OH)3 + 2 Cl-
+ 6 H+ Mn2+ + Cl2 + 2 H2O ==> MnO2 + 2 Cl- + 4 H+
Berdasarkan reaksi tersebut di atas, maka untuk mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi
dibutuhkan 0,64 mg/l khlorine dan setiap 1 mg/l mangan dibutuhkan 1,29 mg/l khlorine.
Tetapi pada prakteknya, pemakaian khlorine ini lebih besar dari kebutuhan teoritis karena
adanya reaksi-reaksi samping yang mengikutinya. Disamping itu apabila kandungan besi dalam
air baku jumlahnya besar, maka jumlah khlorine yang diperlukan dan endapan yang terjadi
juga besar sehingga beban flokulator, bak pengendap dan filter menjadi besar pula.
Berdasarkan sifatnya, pada tekanan atmosfir khlorine adalah berupa gas. Oleh karena itu,
untuk mengefisienkannya, khlorine disimpan dalam bentuk cair dalam suatu tabung silinder
bertekanan 5 sampai 10 atmosfir. Untuk melakukan khlorinasi, khlorine dilarutkan dalam air
kemudian dimasukkan ke dalam air yang jumlahnya diatur melalui orifice flowmeter atau
dosimeter yang disebut khlorinator. Pemakaian kaporit atau kalsium hipokhlorit untuk
mengoksidasi atau menghilangkan besi dan mangan relatif sangat mudah karena kaporit berupa
serbuk atau tablet yang mudah larut dalam air.
2.1.3. Oksidasi dengan kalium
permangganat
Untuk menghilangkan besi dan mangan dalam air, dapat pula dilakukan dengan mengoksidasinya
dengan memakai oksidator kalium permanganat dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
3 Fe2+ + KMnO4 + 7 H2O ==> 3 Fe(OH)3 + MnO2
+ K+ + 5 H+ 3 Mn2+ + 2 KMnO4 + 2 H2O ==> 5 MnO2 + 2 K+ + 4 H+
Secara stokhiometri, untuk mengoksidasi 1 mg/l besi diperlukan 0,94 mg/l kalium
permanganat dan untuk 1 mg/l mangan diperlukan 1,92 mg/l kalium permanganat. Dalam
prakteknya, kebutuhan kalium permanganat ternyata lebih sedikit dari kebutuhan yang
dihitung berdasarkan stokhiometri. Hal ini disebabkan karena terbentuknya mangan dioksida
yang berlebihan yang dapat berfungsi sebagai oksidator dan reaksi berlanjut sebagai
berikut :
2 Fe2+ + 2 MnO2 + 5 H2O ==> 2 Fe(OH)3 + Mn2O3
+ 4 H+ 3 Mn2+ + MnO2 + 4 H2O ==> 2 Mn2O3 + 8 H+
2.2. Menghilangkan Besi dan Mangan dengan Cara Koagulasi
Proses menghilangkan besi dan mangan dengan koagulasi dapat dilakukan dengan dua macam cara yaitu :
2.2.1. Proses Koagulasi dengan Penambahan Bahan Koagulan.
Sebagaimana diketahui pada bab-bab terdahulu bahwa zat besi dan mangan banyak terdapat
dalam air tanah dan pada umumnya berada dalam bentuk senyawa valensi 2 atau dalam bentuk
ion Fe2+ dan Mn2+Lain halnya jika besi dan mangan tersebut berada dalam air dalam
bentuk senyawa organik dan kolloid, misalnya bersenyawa dengan zat warna organik atau asam
humus (humic acid), maka keadaan yang demikian susah dihilangkan baik dengan cara aerasi,
penambahan khlorine maupun dengan penambahan kalium permangganat. Adanya partikel-partikel
halus Fe(OH)3.n H2O air juga sukar mengendap dan menyebabkan air menjadi keruh.
Untuk menghilangkan zat besi dan mangan seperti pada kasus tersebut di atas, perlu
dilakukan koagulasi dengan membubuhkan bahan koagulan, misalnya aluminium sulfat, Al2(SO4).nH2O
dalam air yang mengandung kolloid. Dengan pembubuhan koagulan tersebut, kolloid dalam air
menjadi bergabung dan membentuk gumpalan (flock) kemudian mengendap. Setelah kolloid
senyawa besi dan mangan mengendap, kemudian air disaring dengan saringan pasir cepat atau
saringan pasir lambat.
2.2.2. Proses Koagulasi dengan Cara
Elektrolitik
Ke dalam air baku dimasukkan elektroda dari lempengan logam aluminium (Al) yang dialiri
dengan listrik arus searah. Dengan adanya arus listrik tersebut, maka elektroda logam Al
tersebut sedikit demi sedikit akan larut ke dalam air membentuk ion Al3+, yang
oleh reaksi hidrolisa air akan membentuk Al(OH)3 merupakan koagulan yang sangat
efektif. Dengan terbentuknya Al(OH)3.nH2O dan besi organik serta
partikel-pertikel kolloid lain yang bermuatan negatif akan tertarik oleh ion Al3+
sehingga menggumpal menjadi partikel yang besar, mengendap dan dapat dipisahkan. Cara ini
sangat efektif, tetapi makin besar skalanya maka kebutuhan listriknya makin besar pula.
2.3. Penghilangan Fe dan Mn Dengan Cara
Pertukaran Ion
Penghilangan besi dan mangan dengan cara pertukaran ion yaitu dengan cara mengalirkan air
baku yang mengandung Fe dan/atau Mn melalui suatu media penukaran ion. Sehingga Fe dan Mn
akan bereaksi dengan media penukaran ionnya. Sebagai media penukaran ion yang sering
dipakai zeolite alami yang merupakan senyawa hydrous silikat aluminium dengan calsium dan
natrium (Na). Disamping bahan penukar ion alami ada juga penukar ion tiruan (resin
sintetis) yang mempunyai sifat-sifat yang lebih khusus.
Ditinjau dari siklus penukaran ionnya, ada 2 (dua) tipe yaitu : penukaran ion dengan
siklus Na yang regenerasinya dengan memakai larutan NaCl, dan Penukaran ion dengan siklus
H yang regenerasinya dengan menggunakan larutan HCl. Reaksinya dapat ditulis sbb :
2.3.1. Dengan Siklus untuk Na.
a. Menggunakan Zeolite
| Penghilangan Fe dan Mn dg zeolit | Na2Z + Fe(HCO3)2
==> FeZ + 2 Na(HCO3) Na2Z + Mn(HCO3)2 ==> MnZ + 2 Na(HCO3) |
| Regenerasi dg NaCl | FeZ + NaCl ===> Na2Z
+ FeCl2 MnZ + NaCl ===> Na2Z + MnCl2 |
b. Menggunakan Resin
Sintetis
| Penghilangan Fe dan Mn | R-Na2 + Fe(HCO3)2
===> R-Fe + 2 Na(HCO3) R-Na2 + Mn(HCO3)2 ===> R-Mn + 2 Na(HCO3) |
|||||||||
| Regenerasi dg NaCl |
|
a. Dengan Media Penukar Ion
Zeolite
| Penghilangan Fe dan Mn |
|
||||||||||||||
| Regenerasi dg HCl |
|
b. Dengan Media Penukar Ion
Resin
| Penghilangan Fe dan Mn | R-H2 + Mn(HCO3)2
====> R-Mn + 2 H2O + 2 CO2 R-H2 + Fe(HCO3)2 ====> R-Fe + 2 H2O + 2 CO2 |
| Regenerasi dg HCl | R-Mn + 2 Hcl ====> R-H2
+ MnCl2 R-Fe + 2 HCl ====> R-H2 + FeCl2 |
Dilihat dari persamaan reaksinya maka proses penghilangan besi dan mangan dengan
pertukaran ion sangat mudah operasinya, tetapi jika air bakunya mempunyai kekeruhan,
kandungan zat organik serta kadar Fe3+ dan Mn2+ penukar ionnya oleh
kotoran tersebut sehingga daya penukar ionnya menjadi cepat jenuh. Hal ini mengakibatkan
regenerasi harus lebih sering dilakukan.
2.4. Penghilangan Besi dan Mangan dengan
Filtrasi Kontak Ada dua cara yang banyak dipakai yaitu :
2.4.1. Filtrasi dengan media filter yang mengandung MnO2
Air baku yang mengandung Fe dan Mn dialirkan ke suatu filter yang medianya mengandung MnO2.nH2O.
Selama mengalir melalui media tersebut Fe dan Mn yang terdapat dalam air baku
akan teroksidasi menjadi bentuk Fe(OH)3 dan Mn2O3 oksigen
terlarut dalam air, dengan oksigen sebagai oksidator.
Reaksinya adalah sebagai berikut : 4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ===> 4 Fe(OH)3 + 8 H+
Mn2+ + MnO2.nH2O ===> MnO2.MnO.nH2O + H+
Untuk reaksi penghilangan besi tersebut diatas adalah merupakan reaksi katalitik dengan
MnO2 sebagai katalis, sedangkan untuk reaksi penghilangan Mn adalah
merupakan reaksi antara Mn2+ dengan hidrat mangandioksida. Jika kandungan
mangan dalam air baku besar maka hidrat mangandioksida yang ada dalam media filter akan
habis dan terbentuk senyawa MnO2.MnO.nH2O sehingga kemampuan
penghilangan Fe dan Mn nya makin lama makin berkurang.
Untuk memperbaharui daya reaksi dari media fiternya dapat dilakukan dengan memberikan
khlorine kedalam filter yang telah jenuh tersebut.
Reaksinya adalah sebagai berikut : MnO2.MnO.nH2O + 2 H2O + Cl2 ====> 2 MnO2.nH2O + 2 H+ + 2Cl-
2.4.2. Dengan Mangan Zeolite
Air baku yamg mengandung besi dan mangan dialirkan melalui suatu filter bed yang media
filternya terdiri dari mangan-zeolite (K2Z.MnO.Mn2O7).
Mangan Zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan besi dan mangan yang
ada dalam air teroksidasi menjadi bentuk ferri-oksida dan mangandioksida yang tak larut
dalam air.
Reaksinya adalah sebagai berikut : K2Z.MnO.Mn2O7 + 4 Fe(HCO3)2 ====> K2Z + 3 MnO2 + 2 Fe2O3 + 8 CO2 + 4 H2O
K2Z.MnO.Mn2O7 + 2 Mn(HCO3)2 ===> K2Z + 5 MnO2 + 4 CO2 + 2 H2O
Reaksi penghilangan besi dan mangan dengan mangan
zeoite tidak sama dengan proses pertukaran ion, tetapi merupakan reaksi dari Fe2+
dan Mn2+ dengan oksida mangan tinggi (higher mangan oxide).
Filtrat yang terjadi mengandung mengandung ferri-oksida dan mangan-dioksida yang tak larut
dalam air dan dapat dipisahkan dengan pengendapan dan penyaringan. Selama proses
berlangsung kemampunan reaksinya makin lama makin berkurang dan akhirnya menjadi jenuh.
Untuk regenerasinya dapat dilakukan dengan menambahkan larutan Kaliumpermanganat kedalam
zeolite yang telah jenuh tersebut sehingga akan terbentuk lagi mangan zeolite (K2Z.MnO.Mn2O7).
2.5. Proses Soda Lime
Proses ini adalah merupakan gabungan antara proses pemberian zat alkali untuk menaikkan pH
dengan proses aerasi. Dengan menaikkan pH air baku sampai harga tertentu maka reaksi
oksidasi besi dan mangan dengan cara aerasi dapat berjalan lebih cepat. Zat alkali yang
sering dipakai yaitu kapur (CaO) atau larutan kapur [Ca(OH)2 ] dan soda api
[Na(OH)] atau campuran antara keduanya. Cara penambahan zat alkali yakni sebelum proses
aerasi. Untuk oksidasi besi, sangat efektif pada pH 8-9, sedang untuk oksidasi mangan baru
efektif pada pH > 10. Oleh karena pH air baku menjadi tinggi, maka setelah Fe dan Mn
nya dipisahkan, air olahan harus dinetralkan kembali.
2.6. Penghilangan Besi dan Mangan dengan
Bakteri Besi
Pada saringan pasir lambat, pada saat operasi dengan kecepatan 10-30 meter/hari, setelah
operasi berjalan 7-10 hari, maka pada permukaan atau dalam media filternya akan tumbuh dan
berkembang biak bakteri besi yang dapat mengoksidasi besi atau mangan yang ada dalam air.
Bakteri besi mendapatkan energi aktivasi yang dihasilkan oleh reaksi oksida besi ataupun
oksida mangan, untuk proses perkembangbiakannya. Dengan didapatkannya energi tersebut maka
jumlah sel bakteri juga akan bertambah. Dengan bertambahnya jumlah sel bakteri besi
tersebut, maka kemampuan mengoksidasi-nyapun menjadi bertambah pula. Sedangkan besi yang
telah teroksidasi akan tersaring/tertinggal dalam filter. Yang termasuk dalam grup Bakteri
besi yang banyak dijumpai yaitu: Crenothrix yang dapat menghilangkan besi maupun Mangan.
2.7. Penghilangan Besi dan Mangan dengan
Filtrasi DuaTahap
Cara ini sebetulnya untuk menghilangkan / meniadakan proses koagulasi dan sedimentasi
yaitu dengan cara melakukan penyaringan 2 (dua) tahap dengan saringan pasir cepat. Setelah
proses aerasi, maka senyawa besi dalam bentuk Fe(OH)3larut dalam air dialirkan ke dalam
saringan pasir cepat secara bertahap. Cara ini dapat menghemat biaya operasi untuk
koagulasi dan pengendapan tetapi beban saringan pertama akan cukup besar.
2.8. Cara Lain
Khususnya untuk menghilangkan besi yang ada dalam air ada cara lain yang dapat digunakan
yaitu dengan Oksidasi Kontak (Contact Oxydation). Air baku dialirkan melalui saringan
pasir atau media lainnya yang permukaannya terlapisi oleh zat oksiferrihidroksida (FeOOH).
Pada saat melalui media tersebut Fe2+ dengan waktu yang sangat singkat akan
teroksidasi menjadi Fe3+ dengan zat oksigen yang terlarut (DO)
sebagai oksidator.
Tetapi jika kandugnan oksigen yang terlarut dalam air baku kecil misalnya air tanah, maka
air bakunya harus dikontakkan dengan udara dengan cara kontak biasa atau menggunakan
peralatan tertentu untuk suplai oksigen. Mekanisme reaksi penghilangan besi dengan
oksidasi kontak adalah merupakan reaksi auto-katalitik dengan oksiferrihidroksida (FeOOH)
sebagai katalis, yang banyak terdapat pada bijih limonite. Jika dibandingkan dengan
cara-cara yang lain, penghilangan besi dengan cara ini mempunyai karakteristik yang sangat
berbeda. Cara oksidasi kontak ini mempunyai keuntungan:
- Tanpa proses Koagulasi dan Pengendapan.
- Kecepatan filtrasi besar.
- Waktu pakai media filter (penyaringan) / katalis lama.
- Tanpa proses regenerasi
3.1. Proses Pengolahan Air Dengan Filter Mangan Zeolit Dan Filter Karbon Akif
Air baku dipompa ke bak penampung, kemudian dari tangki penampung, air dialirkan ke filter
mangan zeolit untuk menyaring atau menghilangkan zat besi atau mangan yang ada dalam air
serta menghilangkan padatan tersuspensi. Dari filter ini air dialirkan ke filter karbon
aktif untuk menghilangkan kandungan zat organik, bau, rasa serta polutan mikro lainnya.
Kemudian, air dialirkan ke filter cartridge. Filter cartridge ini dapat menghilangkan
padatan terlarut dengan ukuran lebih besar 5 (lima) mikron.
Dari filter cartridge air olahan sudah sangat jernih , dan apabila diinginkan dapat
langsung diminum, air dari filter cartridge dialirkan ke sterilisator ultra violet untuk
mematikan atau membunuh mikroorganisme patogen yang ada dalam air. Proses ini tanpa
memerlukan energi yang besar karena bekerja dengan sistem gravitasi dan hanya memerlukan
energi listrik sekitar 30 watt untuk lampu disinfeksi ulra violetnya. Air yang keluar dari
sterilisator UV sudah dapat diminum langsung. Skema proses pengolahan diunjukkan pada
Gambar 1.
Gambar 1 Skema proses peningkatan
kualitas air tanah
Pada saat air dipompa ke bak penampung, terjadi proses oksidasi antara zat besi atau
mangan yang ada dalam air dengan oksigen yang ada di udara. Reaksi kimianya dapat
diterangkan sebagai berikut :
4 Fe2+ + O2 + 10 H2O ====> 4 Fe(OH)3 + 8 H+
2 Mn2+ + O2 + 2 H2O ====> 2 MnO2 + 4 H+
Reaksi oksidasi tersebut menghasilkan senyawa ferrihidroksida atau mangan dioksida yang
berupa gumpalan sangat halus (micro flock) yang tak larut dalam air, sehinggga dapat
tersaring pada filter mangan zeolit. Berdasarkan reaksi tersebut diatas, untuk
mengoksidasi setiap 1 mg/l zat besi memerlukan 0,14 mg/l oksigen , dan untuk setiap I mg/l
mangan diperlukan oksigen sebanyak 0,29 mg/l.
Dengan memompa air baku ke bak penampung, maka akan terjadi kontak antara zat besi atau
mangan yang ada dalam air dengan oksigen yang ada di udara, sehingga besi atau mangan
dapat dioksidasi, yang mana hal tersebut dapat meringankan beban filter mangan zeolitnya.
Dengan demikian maka masa pakai (life time) dari filter mangan zeolitnya menjadi lebih
lama.
Zat besi atau mangan yang belum teroksidasi selanjutnya akan dihilangkan di dalam filter
mangan zeolit, yang reaksinya merupakan reaksi antara Fe2+ atau Mn2+
dengan mangan-oksida tinggi (higher manganoxide). Mangan zeolit adalah zeolit alami (green
sand) atau zeolit sintetis yang permukaannya dilapisi oleh mangan oksida tinggi yang
secara umum rumus molekulnya adalah K2Z.MnO.Mn2O7 .
Mangan zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan dapat mengoksidasi
besi atau mangan yang larut dalam air menjadi bentuk senyawa ferrihidroksida atau mangan
dioksida yang tak larut dalam air dan menempel pada permukaan mangan zeloitnya. Proses
reaksinya dapat diterangkan sebagai berikut :
K2Z.MnO.Mn2O7 + 4 Fe(HCO3)2 ===>
K2Z + 3 MnO2 + 2 Fe2O3 + 8 CO2 + 4
H2O K2Z.MnO.Mn2O7 + 2 Mn(HCO3)2 ===> K2Z + 5 MnO2 + 4 CO2 + 2 H2O
Selama proses berlangsung kemampuan reaksi mangan zeolit tersebut makin lama makin
berkurang dan akhirnya menjadi jenuh, dan jika sudah jenuh harus diganti dengan mangan
zeolit yang baru. Lama pakai dari manganzeolit tersebut tergantung dari kualitas air baku
dan jumlah air yang disaring. Dalam keadaan normal, penggantian biasanya satu kali dalam
satu tahun.
Dari filter mangan zeolit, air selanjutnjutnya dialirlkan ke filter karbon aktif. Filter
karbon aktif ini berfungsi untuk menghilangkan polutan organik, bau, rasa yang kurang
sedap, dan polutan organik mikro lainnya. Proses reaksinya adalah berdasarkan adsorpsi
secara fisika-kimia. Setelah penyaringan dengan filter karbon aktif ini air menjadi sangat
jernih dan tidak berbau dan taidak berasa. Selain itu, filter karbon aktif ini juga
berfungsi untuk menyaring partikel partikel kotoran yang belum tersaring pada filter
mangan zeolit. Dari filter karbon aktif, air dialirkan ke filter cartride. Filter
cartridge ini terbuat dari rajutan serat poliester atau dari jenis polimer, yang dapat
menyaring partikel kotoran dengan ukuran antara 5 sampai 10 mikron. Dengan demikian air
yang keluar dari filter cartridge ini sudah sangat jernih sekali.
Setelah penyaringan dengan filter cartridge, air selanjutnya dilairkan ke alat
srterilisator ultra violet (UV). Alat UV ini terdiri dari tabung kaca buntuk huruf U dan
sebuah lampu UV 30 watt. Air dialirkan melalui tabung kaca, kemudian disinari dengan sinar
ultra violet. Sterilisator dengan UV ini mempunyai keuntungan antara lain yakni sinar
ultra violet dapat langsung mengenai sistem genetik dari bakteri sehingga proses
pembunuhan bakteri dapat berlangsung dalam waktu yang singkat. Selain itu disinfeksi
dengan UV tidak menghasilkan hasil samping sebagaimana disinfeksi dengan menggunakan
khlorine. Air yang keluar dari sterilisator UV ini sudah dapat langsung diminum.
IV. PROSES PEMBUATAN 4.1. Pembuatan Filter Mangan Zeolit Atau Filter Karbon Aktif
Tujuan pembuatan prototipe adalah untuk percontohan agar dapat ditiru oleh masyarakat yang
membutuhkan. Prototipe ini dibuat dengan bahan-bahan yang tersedia dipasrana dan dengan
harga yang relatip murah. Bentuk prototipe dan cara pembuatannya diusahakan sesederhana
mungkin.
4.2. Bahan Yang Digunakan
Untuk membuat filter mangan zeolit atau filter karbon aktif dapat menggunakan bahan sesuai
dengan material yang ada misalnya dari plat/pipa besi, pipa PVC ataupun bahan lainnya.
Sebagai contoh misalnya, untuk pembuatan filter dari bahan pipa PVC, kebutuhan bahan yang
digunakan untuk membuat satu unit filter Mangan Zeolit atau filter karbon Aktif antara
lain seperti pada Tabel 2 di bawah ini.
Tabel 2. Kebutuhan bahan untuk
pembuatan satu unit filter air.
| No | Bahan | Unit | Jumlah |
| 1 | Pipa PVC, diameter 8 inc | meter | 1,2 |
| 2 | Dop (tutup) PVC 8 inc | buah | 2 |
| 3 | CO PVC 3 inc | buah | 2 |
| 4 | Stop Kran, 3/4" | buah | 5 |
| 5 | Knee 3/4", PVC | buah | 4 |
| 6 | Sambungan T 3/4", PVC | buah | 4 |
| 7 | Strainer | buah | 2 |
| 8 | Sock Drat Dalam 3/4", | buah | 2 |
| 9 | Sock Drat luar 3/4", PVC | buah | 10 |
| 10 | Water Mur | buah | 2 |
| 11 | Lem Epoxy | buah | 2 |
| 12 | Lem PVC (kaleng) | buah | 1 |
| 13 | Dempul | kg | 1 |
| 14 | Amplas | lembar | 5 |
| 15 | Pipa PVC 3/4" | batang | 1 |
| 16 | Batang Las | batang | 7 |
| 17 | Cat pilox | kaleng | 2 |
| 18 | Seal Tape | buah | 5 |
| 19 | Kerikil diameter 5-8 mm | liter | 3 |
| 20 | Pasir Silika | kg | 20 |
| 21 | Mangan Zeolit | Kg | 20 |
| 22 | Karbon Aktif | Kg | 10 |
- Pipa PVC 8" dipotong dengan panjang 1 - 1,2 meter.
- Pada salah satu sisi yang sama, pipa PVC 8" tersebut dilubangi, diameter lubang 3 inci, untuk tempat memaang CO nya. Jarak pusat lubang yakni 15 Cm dari ujung-ujung pipa.
- Selanjutnya dibuat satu buah lubang pada sisi yang sama (tegak lurus pusat lubang untuk CO). Jarak pusat lubang masing-masing 10 Cm dari ujung pipa bagian bawah, diameter lubang + 1 inci. Lihat Gambar 2. Lubang ini untuk memasang fiiting untuk pipa air olahan dan untuk memasang sarangan (strainer) bagian bawah.
Gambar 2. Letak CO, lubang
pemasukan, pengeluaran air, dop dan sarangan.
- CO dipasang pada lubang yang telah dibuat dan dilas denga menggunakan las PVC, dan diusahakan agar kuat dan tidak bocor.
- Salah satu Dop (tutup) PVC 8" dilubangi pada bagian tengahnya dengan diameter 3/4 ", dan dipasang sock drat luar dan sock drat dalam, kemudian dilas dengan las PVC agar kuat menahan tekanan pompa. Dop tersebut dipasang pada bagian atas filter. Dop atas ersebut juga berfungsi untuk tempat memasang sarangan atas.
- Setelah pemasangan CO dan sarangan bagian bawah pada pipa filter 8" seselai, dilanjutkan dengan pemasangan dop bawah. Untuk dop bawah dipilh bentuk yang rata agar filter dapat berdiri dengan leluasa. Cara pemasangan dop bawah yakni dengan menggunakan lem PVC dan setelah kering baru dilas dengan las PVC agar kuat menahan tekanan pompa.
- Setelah pemasangan dop (tutup) bawah selesai, dilanjutkan dengan pemasangan dop atas yang dilengkapi dengan sarangan (srainer).
- Setelah pemasangan dop atas dan dop bawah selesai, dilanjutkan dengan pemasangan kran-kran pengatur aliran masuk, aliran keluar dan kran untuk pencucian balik (back wash). Untuk filter tunggal pemasangan perpipaan dan kran pengatur dilakukan seperti pada Gambar 3.
Gambar 3 : Skema pemasangan kran
pada filter tunggal.
4.4. Pengisian Media Filter
Media filter yang digunakan yakni : Kerikil diameter 5 - 10 mm, pasir silika (pasir putih)
, mangan zeolit, dan karbon akatif butiran (granular). Pengisian media filter dilakukan
dengan cara memasuknan media filter melalui lubang CO yang ada pada tabung filter.
4.5. Pengisian Media Filter Mangan Zeolit
Untuk pengisian media filter mangan zeolit, susunan media filter ditunjukkan seperti pada
Gambar 4. Lapisan yang paling bawah yakni kerikil diameter 5 - 10 mm dengan ketebalan
10-15 cm, atau diisi sampai menutup sarangan (strainer) bagian bawah, Kerikil ini
berfungsi sebagai penahan lapisan pasir agar tidak turun kebawah. Kemudian, di atas
lapisan kerilkil diisi dengan pasir silika dengan ketebalan 20 cm, dan di atas lapisan
pasir diisi dengan mangan zeolit dengan ketebalan 45 - 60 cm, disesuailan dengan tinggi
filter. Pengisian diusahakan agar merata, dan lebih baik lagi sebelum dimasukkan ke dalam
filter media filter dicuci terlebih dahulu.
4.6. Pengisian Media Filter Karbon Aktif
Pengisian media untuk filter karbon aktif adalah sebagai berikut: lapisan paling bawah
yakni kerikil (diameter 5 - 10 mm) dengan ketebalan 10-15 cm, atau diisikan sampai
meneutupi sarangan bawah. Di atas lapisan kerikil adalah lapisan pasir degan ketebalan 20
cm, dan diatas lapisan pasir adalah lapisan karbn aktif butiran diameter 8-32 mesh dengan
ketebalan 45-60 cm. Susunan media filter kaebon aktif ditunjukkan seperti pada Gambar 4.
4.7. Pengisian Media Filter Campuran
Mangan Zeolit Dan Karbon Aktif
Untuk keperluan penyaringan air dengan kapasitas yang lebih kecil, dapat juga dilakukan
dengan filter dengan media penyaring campuran yakni mangan zelit dan karbn aktif. Susunan
media penyaringnya yakni : lapisan paling bawah adalah kerikil dengan ketebalan 10-15 cm.
Di atas lapisan kerikil adalah pasir silika dengan ketebalan 20 cm, dan di atas lapisan
pasir silika adalah mangan zeolit dengan ketebalan 20 cm. Lapias yang paing atas yakni
karbon aktif dengan ketebalan 25 cm. Ketebalan lapisan mangan zeolit dan karbn aktif ini
dapat diubah sesuai dengan kualitas air bakunya. Jika kadar Fe tau Mn cukup tinggi maka
ketebalan lapisan mangan zeolitnya lebih tinggi, sebaliknya jika untuk menghilangkan bau
maka lapisan karbon aktifnya diperbesar. Susunan filter campuran tersebut ditunjukkan
seperti pada Gambar 4.
Gambar 4 : Penampang filter dan
susunan media penyaring.
V. CARA PENYARINGAN DAN PENCUCIAN FILTER
: 5.1. Filter Ganda (Filter Mangan Zeolit Dan Filter Karbon Aktif)
Setelah unit peralatan dipasang seperti pada Gambar 1, pertama, filter mangan zeolit
maupun filter karbon aktif harus di cuci dengan cara pencucian balik (back wash), untuk
menghilangkan kotoran lumpur, partikel karbon yang halus dan kotoran lainnya sampai
bersih. Skema peralatan secara detail ditunjukkan seperti pada Gambar 5, sedangkan skema
proses penyaringan, pencucian filter mangan zeolit serta filter karbon aktif ditunjukkan
masing-masing seperti pada Gambar 6, Gambar 7, dan Gambar 8.
Gambar 5 : Susunan detail
peralatan penyaringan dan disinfeksi dengan sinar ultra violet.
Gambar 6 : Proses penyaringan air
dengan filter mangan zeolit dan filter.
Gambar 7 : Cara pencucian filter
mangan zeolit pada flter ganda.
Gambar 8 : Cara pencucian filter
karbon aktif pada flter ganda
5.2. Proses Penyaringan
Pada saat penyaringan, pertama adalah menyalakan lampu UV, kemudian mengatur posisi kran
sebagai berikut yakni : kran 2,3,6,8,dan 9 dibuka, sedangkan kran 1,4,5 dan 6 ditutup.
Dengan demikian arah aliran air adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 6.
5.3. Pencucian Filter Mangan Zeolit
Untuk mencuci filter mangan zeolit, cara operasinya adalah sebagai berikut : kran 2,3,7,
dan 8 ditutup, sedangkan kran 1,4,6 dibuka. Arah aliran air adalah seperti ditunjukkan
pada Gambar 7.
5.4. Pencucian Filter Karbon Aktif
Untuk mencuci filter karbon aktif, cara operasinya adalah : kran 2,3,4,6,dan 8 ditutup,
sedangkan kran 1,7,5 dibuka. Proses pencucian filter perlu dilakukan beberapa lama sampai
air buangannya kelihatan bersih.Perlu diperhatikan bahwa pada saat awal operasi
penyaringan, air hasil olahan biasanya masih agak keruh, oleh karena itu sebaiknya dibuang
dengan cara membuka filter cartridgenya sampai betul-betul kelihatan jernih. Selanjutnya
cartride dipasang lagi, dan proses penyaringan berjalan seperti semula.
5.5. Filter Tunggal (Campuran Mangan
Zeolit dan Karbon Aktif)
Apabila menggunakan satu unit filter, maka filter yang digunakan yakni filter dengan media
campuran mangan zelit dan karbon aktif. Skema proses penyaringan air dengan menggunakan
filter tunggal ditunjukkan seperti pada Gambar 9.
Gambar 9 : Proses penyaringan air
tanah dengan filter tunggal.
Air tanah dialirkan ke tangki penampung dengan menggunakan pompa. Air dari tangki
penampung kemudian dialirkan ke unit filter dengan media campuran mangan zeolit dan karbon
aktif dengan aliran dari atas ke bawah. Air yang telah disaring dapat ditingkatkan
kualitasnya dengan cara memasang filter cartridge yang mempunyai diameter rongga 5 mikron.
Jika menginginkan air olahannya dapat langsung diminum, dapat dilengkapi dengan alat
pembunuh kuman Ultra Violet (UV Sterilizer).
Cara pengoperasian filter tunggal seperti ditunjukkan pada Gambar 10. Untuk operasi
penyaringan, kran 2 dan kran 3 ditutup, kran 1 dan kran 4 dibuka. Sedangkan untuk proses
pencucian balik kran 1 dan kran 4 ditutup, kran 2 dan kran 3 dibuka.
Gambar 10 : Proses penyaringan
dan pencucian pada filter tunggal.
VI. HASIL PENGOLAHAN
Pengolahan air tanah dengan menggunakan filter mangan zeolit dan filter karbon aktif ,
serta dilengkapi dengan filter cartridge 5 mikron dan sterilizer Ultra Violet telah dicoba
dan menghasilkan air lahan dengan kualitas yang baik.
Berdasarkan analisa laboratorium terhadap hasil air olahan untuk parameter yang penting
antara lain : kekeruhan, zat besi, mangan, zat organik (angka permanganat), total
kesadahan, ammonium (NH4+), dan bakteri Coli telah memenuhi stadar
baku mutu untuk air minum. Hasil analisa air olahan tersebut dapat dilihat pada Tabel 3 di
bawah ini.
Dari hasil analisa terhadap airl olahan tersebut diatas, jumlah total bakteri Coli nol,
sedangkan total plate count masih diatas standar air kemasan. Hal ini air hasil olahan
tersebut sudah layak langsung diminum, tetapi tidak disarankan untuk disimpan dalam waktu
yang lama.
Tabel 3 Analisa kualitas air
olahan
| Parameter | Satuan | Air Olahan | Baku Mutu Air Minum 1) | Baku Mutu Air emasan 2) |
| Kekeruhan | FTU | nil | 5 | 5 |
| Besi (Fe) | mg/l | < 0,04 | 0,3 | 0,3 |
| Mangan (Mn) | < 0,02 | 0,1 | 0,05 | |
| Angka Permanganat | mg/l | nil | 10 | - |
| Kesadahan (CaCO3) | mg/l | 1,05 | 500 | - |
| Ammonium (NH4+) | mg/l | < 0,04 | - | ttd |
| Total Bakteri Coli | MPN/ml | nil | 3 | ttd |
| Total Plate Count | coloni/ml | 8,2 104 | - | 102 |
Catatan :
nil : nihil, ttd : tak terdeteksi.
1) Berdasarkan baku mutu air minum PP No. 20 Tahun 1990.
2) FDA Bottled Water Standards.
nil : nihil, ttd : tak terdeteksi.
1) Berdasarkan baku mutu air minum PP No. 20 Tahun 1990.
2) FDA Bottled Water Standards.
PENUTUP :
Dari uraian tersebut diatas, kombinasi proses aerasi dan proses penyaringan dengan filter
yang berisi kerikil, pasir silika , mangan zeolit dan karbon aktif dapat menurunkan
kandungan zat besi dan mangan cukup efefktif. Disamping untuk menurunkan kadar besi dan
mangan, proses ini dapat juga untuk menghilangkan bau. Cara ini mempunyai keuntungan
antara lain tanpa proses koagulasi dan bahan kimia, kecepatan filtrasi cukup besar, waktu
pakai media filternya lama, tanpa regenerasi dan dapat dibuat sendiri dengan harga yang
relatif murah.
DAFTAR PUSTAKA :
- Benefiled, L.D., Judkins, J.F., and Weand, B.L., "Process Chemistry For Water And Waste Treatment", Prentice-Hall, Inc., Englewood, 1982.
- Fair, G.M., Geyer, J.C., AND Okun, D.A., " Element Of Water Supply And Waste Water Disposal ", Second Edition, John Wiley And Sons, New York, 1971.
- Hamer, M. J., " Water And Waste water Technology ", Second Edition, John Wiley And Sons, New York, 1986.
- Peavy, H.S., Rowe, D.R, AND Tchobanoglous, S.G., "Environmental Engineering ", Mc Graw-Hill Book Company, Singapore, 1986.
- Tatsumi Iwao, " Water Work Engineering (JOSUI KOGAKU) ", Japanese Edition, Tokyo, 1971.
LAMPIRAN GAMBAR : 
Bentuk tabung filter yang telah
dirakit.
Pada Tabung tersebut terlihat CO atas dan CO bawah,
serta lubang pemasukan dan pengeluaran air seperti skema pada gambar 2.
Pada Tabung tersebut terlihat CO atas dan CO bawah,
serta lubang pemasukan dan pengeluaran air seperti skema pada gambar 2.
Gambar filter yang telah siap di
pasang.
Modififasi bentuk filter, CO bawah
terletak pada bagian bawah tabung filter,
sedangkan CO atas terletak pada tutup (dop) atas,
lubang pemasukan dan pengeluaran air terletak pada bagian atas dan bawah tabung filter
sedangkan CO atas terletak pada tutup (dop) atas,
lubang pemasukan dan pengeluaran air terletak pada bagian atas dan bawah tabung filter
Posisi letak CO bawah serta sarangan
(strainer) atas dan bawah.
Tutup (dop) atas berbentuk cembung
yang dilengkapi dengan CO dan dop bawah yang berbentuk rata.
Filter dengan modifikasi lain yang
telah selesai dirakit.
Prinsip opeasinya sama dengan bentuk filter yang tersebut diatas.
Prinsip opeasinya sama dengan bentuk filter yang tersebut diatas.
Dari kiri ke kanan : Kerikil kasar,
kerikil halus, pasir silika dan mangan zeolit.
Unit filter mangan zeolit, filter
karbon aktif yang dilengkapi dengan filter cartridge 5 mikron
serta sterilsator ultra violet. Lokasi : Pesantern Darun Najah, Cipinding, Tangerang.
serta sterilsator ultra violet. Lokasi : Pesantern Darun Najah, Cipinding, Tangerang.
INFORMASI PENGADAAN BAHAN : Pipa PVC dapat dibeli di Pasar Kenari, Jakarta Pusat
Karbon aktif butiran (granular) dapat dibeli di Toko Kimia Sari, Jln. Gunung Sahari No. , Jakarta.
TEKNOLOGI LAIN YANG BERHUBUNGAN :
- Sistem Pembubuhan (Injektor) Kaporit / Chlorin Untuk Meningkatkan Efisiensi Filter
- Sterilisator Ultraviolet Untuk Membunuh Bakteri
No comments:
Post a Comment