Filtrasi

Filtrasi adalah proses penyaringan air melalui media pasir atau bahan sejenis untuk memisahkan partikel flok atau gumpalan yang tidak dapat mengendap, agar diperoleh air yang jernih.
Penyaring adalah pengurangan lumpur tercampur dan partikel koloid dari air limbah dengan melewatkan pada media yang porous. Kedalaman penyaringan menentukan derajat kebersihan air yang disaringnya pada pengolahan air untuk minum.
Mekanisme yang dilalui pada filtrasi:
1. Air mengalir melalui penyaring glanular
2. Partikel-partikel tertahan di media penyaring
3. Terjadi reaksi-reaksi kimia dan biologis
Berdasarkan jenisnya filter terbagi menjadi dua bagian, yaitu:
1. Particle Removal (Penghilang Partikel)
Partikel-partikel menempel pada butiaran media penyaring karena sifatnya yang lengket (Sticky) sehingga cairan yang dilewatkan penyaring ini akan menghasilkan air yang lebih jernih.
2. BioFiltrasi
Kondisi di dalam suatu penyaring yang mendorong dan menstimulasi mikroorganisma sehingga mampu melenyapkan senyawa terlarut. Seperti membiakkan mikroorganisme yang dapat menghilangkan besi atau mangan.
Berdasarkan desainnya, filter dapat memiliki berbagai macam desain antara lain:
1. Penyaring terbuka
Penyaring terbuka mengalirkan air melalui media penyaring dengan gravitasi. Laju penyaringannya dibatasi oleh hilang tekanan. Pada penyaring terbuka ini air yang akan dialirkan harus memiliki rentang kekeruhan tertentu. Tidak terlalu besar atau terlalu rendah. Bila kekeruhan tinggi maka proses penyaringan akan sangat berlangsung lambat, dan bila kekeruhan rendah maka proses yang terjadi akan berubah menjadi pencucian filter. Sehingga biasanya rentang kekeruhan sebelum dialirkan dalam penyaring berkisar di 10 NTU. Penyaringan ini telah diterapkan pada instalasi pengolahan air di Rio de Janiero, Brazil.
2. Penyaring tertutup
Pada penyaringan tertutup ini tekanan yang digunakan lebih besar. Tekanan ini dihasilkan oleh pompa untuk meningkatkan laju penyaringan sehingga menyebabkan laju alir lebih tinggi dan lapisan penyaring material lebih tinggi, membuat usia pemakaian penyaring lebih panjang. Penyaringan ini telah diterapkan pada instalasi pengolahan air di Jerman.
3. Penyaring lamban
Penyaring lamban ini terdiri dari lapisan gravel dengan tebal 0,3 meter dan pasir setebal 0,6-1,2 meter dengan diameter pasir sekitar 0,2-0,35 milimeter. Dari penyaringan ini akan dihasilkan kecepatan pengaliran sebanyak 0,034-0,10 liter/m3/detik. Apabila air limbah mulai menggenang sedalam 1,5-3 meter maka air limbah tersebut perlu dikeringkan dan permukaan pasir perlu dilakukan pengerukan, sedangkan waktu pengerukan ini dilakukan setiap 30-150 hari.
Dari literatur yang berbeda disebutkan bahwa pada dasar saringan adalah tangki empat persegi panjang yang kedap air atau tempat penyimpanan yang ditata berdampingan dijaga terbuka. Ukurannya adalah kedalaman 2,7 – 3,6 m dan memiliki permukaan air yang konstan dari dasar pasir. Dasar pasir terdiri dari dua lapisan dari batu bata (bricks) ditempatkan di atas salah satu tepinya, dibentuk saluran dan terusan untuk jalan air yang 86 disaring. Lapisan ke dua terdiri dari batu kerikil (gravel) dengan tinggi 15-30 cm, diikuti lapisan pasir kasar (coarse sand) 15 – 30 cm. Di atasnya adalah 90 cm pasir halus (fine sand) dan permukaan air 90 cm dari tangki pengendapan.

Pengoperasian dan perawatan instalasi saringan pasir lambat memiliki beberapa ketentuan, antara lain:
1. Kecepatan penyaringan 0,1-0,4 m/jam; luas permukaan bak maksimum 200 m2; jumlah bak saringan minimum 2 buah
2. Kedalaman bak saringan adalah jumlah tinggi bebas, tinggi air diatas media pasir, tebal pasir penyaring dan tebal karikil penahan.
3. Media penyaring berupa pasir yang mengandung kadar SiO2 90%. Ukuran efktif butiran 0,2-0,4 mm, keseragaman butiran 2-3 berat jenid pasir 2,55-2,65 gr/cm3. Kelarutan pasir dalam air selama 24 jam < 3 % beratnya.
4. Pengolahan pendahuluan diperlukan untuk penurunan kekeruhan, penambahan oksigen terlarut, penurunan algae dan bakteri koli.
4. Penyaring cepat
Penyaring ini berisikan 0,4-0,7 meter pasir dengan diameter 0,4-0,8 milimeter dan gravel setebal 0,3-0,6 meter. Adapun kecepatan aliran penyaringan yang dihasilkan sebesar 1,3-2,7 liter/m3/detik.
5. Penyaring lapisan tunggal
6. Penyaring lapis ganda
Penyaringan lapis ganda ini menggunakan saringan yang berbeda granulanya misalnya 0,5 meter antrasit dengan diameter 1 milimeter pada bagian atas, 0,3 meter pasir silika dengan diameter 0,5 meter. Satu set penyaringan menghasilkan 2,7-5,4 liter/m3/detik.
7. Penyaring Up-Stream
8. Penyaring Down-Stream
9. Penyaring Basah
10. Penyaring Kering
Pada setiap proses operasional harus disertai dengan proses perawatan. Pada penyaringan proses perawatan dinamakan proses backwashing, yaitu proses dimana filter dalam penyaring dicuci untuk meningkatkan kinerja filter kembali.
Pada proses backwashing laju alir backwashing seharusnya cukup tinggi sehingga semua butiran penyaring dalam kondisi bergerak. Laju ini bergantung pada berat jenis bahan dan ukuran butiran. Pada penyaring lapis ganda laju yang diperlukan jauh lebih tinggi. Selain menggunakan air pencuci dapat juga digunakan udara dengan menggunakan kompresor. Namun, bila jenis filter yang digunakan adalah biofiltrasi maka pada saat pencucian tidak boleh menggunakan air yang mengandung bahan kimia, karena dapat mematikan bakteri yang membantu proses filtrasi.

Flokulasi

Flokulasi adalah proses pengadukan lambat agar campuran koagulan dan air baku yang telah merata membentuk gumpalan atau flok dan dapat mengendap dengan cepat.
Tujuan utama flokulasi adalah membawa partikel ke dalam hubungan sehingga partikel-partikel tersebut saling bertabrakan, kemudian melekat, dan tumbuh mejadi ukuran yang siap turun mengendap. Pengadukan lambat sangat diperlukan untuk membawa flok dan menyimpannya pada bak flokulasi.
Sebelum tiba di bak flokulasi, air sudah dikoagulasikan, dan sudah memiliki inti flok (microflocs). Sehingga kini saatnya mendorong inti flok menjadi kumpulan dan membentuk flok yang lebih besar. Waktu penahanan sekitar 20 sampai 60 menit dibutuhkan, oleh karena itu bak flokulasi harus 50 kali lebih besar dari unit kecepatan pengadukan. Pergejolakan yang lembut diperlukan pada unit ini untuk menaikkan pengadukkan dengan seksama. Meskipun pengadukan seharusnya tidak terlalu keras karena akan menyebabkan rusaknya flok yang sudah terbentuk. Bak flokulasi dikategorikan menjadi tipe aliran mendatar (axial flow type/hydraulic) atau tipe aliran melintang (cross flow type/mechanical). Kategori tersebut dapat dilihat pada gambar di bawah ini:



Gambar 7. Kategori Bak Flokulasi

Koagulasi

Koagulasi adalah sebuah metode untuk mengubah koloid sehingga mereka mendekat dan melekat satu sama lain membentuk partikel flok yang lebih besar. ( Mackenzie L. Davis dan David A. Cornwell. 1998. Introduction to Environmental Engineering third edition. Singapore:WCB/McGraw Hill.)
Koagulan adalah bahan kimia yang berfungsi sebagai pengikat partikel penyebab keruh terhadap air agar terjadi gumpalan atau flok yang mudah diendapkan. ( Anonim. SNI 19-6784-2002. Metode Pengujian Koagulasi, Flokulasi dan Filtrasi Bertekanan)
Koagulan adalah bahan kimia yang ditambahkan ke dalam air menyempurnakan proses koagulasi. Terdapat tiga kunci sifat koagulan, yaitu: ( Mackenzie L. Davis dan David A. Cornwell. 1998. Introduction to Environmental Engineering third edition. Singapore:WCB/McGraw Hill.)
1. Kation bervalensi tiga (Trivalent cation)
Koloid biasanya ditemukan dialam dalam bentuk negatif, oleh karena itu diperlukan kation untuk menetralkan bentuknya. Kation bervalensi tiga ini merupakan kation yang paling efektif.
2. Tidak beracun (Nontoxic)
Hal ini merupakan syarat yang jelas untuk memproduksi air yang aman.
3. Tidak dapat dilarutkan pada pH netral.
Koagulan yang ditambahkan harus mengendap diluar dari larutan sehingga konsentrasi yang tinggi dari ion-ionnya tidak tertinggal dalam air. Pengendapan sangat membantu proses penghilangan koloid.
Dua jenis koagulan yang sering digunakan adalah aluminium (Al3+) dan besi (Fe3+). Faktor panting lainnya pada penambahan koagulan adalah pH dan dosis. Untuk aluminium memiliki rentang pH efektif diantara 5 sampai 8, sedangkan untuk besi lebih luas, yaitu 4 sampai 9.
Untuk mendapatkan dosis yang efektif dalam proses koagulasi perlu dilakukan suatu test laboratorium, yaitu jar test. Jar test merupakan suatu percobaan dimana digunakan rentang konsentrasi tertentu sehingga didapat konsentrasi koagulan terbaik yang menghasilkan air yang lebih jernih.
Jadi koagulasi adalah suatu proses dimana ditambahkan suatu zat yang disebut koagulan kedalam badan air yang akan merubah koloid-koloid dalam air menjadi partikel yang lebih besar. Proses koagulasi ini terjadi dalam bak pencampur disertai dengan proses pengadukan cepat, agar koagulan dapat bertemu dengan koloid.