Pengertian Sedimentasi
Sedimentasi merupakan terbawanya material hasil dari pengikisan dan juga pelapukan oleh air, angin atau gletser ke suatu wilayah yang kemudian diendapkan. Semua batuan hasil pelapukan dan pengikisan yang diendapkan lama kelamaan dapat dan akan menjadi batuan sedimen. Hasil proses sedimentasi di suatu tempat dengan tempat lain akan berbeda. Berikut ialah ciri bentang lahan proses pengendapan berrdasarkan tenaga pengangkutnya.
Ada beberapa pengertian mengenai Sedimentasi, yaitu :
- Sedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid.
- Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan beningan dan sludge (slurry yang lebih pekat konsentrasinya).
- Sedimentasi adalah suatu proses mengendapkan zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air yang dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.
Pada umumnya, sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum, pengolahan air limbah, dan pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan. Biasanya proses sedimentasi dilakukan setelah proses koagulasi dan flokulasi dimana tujuannya adalah untuk memperbesar partikel padatan sehingga menjadi lebih berat dan dapat tenggelam dalam waktu lebih singkat. Dengan kata lain, sedimentasi adalah suatu proses mengendapkan zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air yang dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.
Sedimentasi bisa dilakukan pada awal maupun pada akhir dari unit sistim pengolahan. Jika kekeruhan dari influent tinggi sebaiknya dilakukan proses sedimentasi awal (primary sedimentation) didahului dengan koagulasi dan flokulasi, dengan demikian akan mengurangi beban pada treatment berikutnya. Sedangkan secondary sedimentation yang terletak pada akhir treatment gunanya untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur dari proses sebelumnya (activated sludge, OD, dsb) dimana lumpur yang terkumpul tersebut dipompakan ke unit pengolahan lumpur tersendiri.
Kecepatan pengendapan partikel yang terdapat di air tergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Dapat disimpulkan bahwa sedimentasi merupakan proses pemisahan dan pengendapan padatan dan cairan (solid-liquid) dengan menggunakan gaya gravitasi untuk mengendapkan partikel suspensi, baik dalam pengolahan air bersih (IPAM), maupun dalam pengolahan air limbah (IPAL)
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Sedimentasi : Proses, Faktor Beserta Prosesnya
Fungsi Sedimentasi
Menurut Kusnaedi (2002), tujuan pengolahan air minum merupakan upaya untuk mendapatkan air yang bersih dan sehat sesuai dengan standar mutu air. Proses pengolahan air minum merupakan proses perubahan sifat fisik, kimia, dan biologi air baku agar memenuhi syarat untuk digunakan sebagai air minum.Secara keseluruhan, proses sedimentasi berfungsi untuk :
- Mengurangi beban kerja unit filtrasi dan memperpanjang umur pemakaian unit penyaring selanjutnya;
- Mengurangi biaya operasi instalasi pengolahan.
- Memisahkan partikel utuh (discreet) seperti pasir dan juga untuk memisahkan padatan melayang (suspensi) yang sudah menggumpal.
Pada pengolahan air minum, terapan sedimentasi khususnya untuk:
- Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan filter pasir cepat.
- Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat.
- Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur.
- Pengendapan lumpur pada penyisihan besi dan mangan.
Pada pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan untuk :
- Penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau).
- Penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama.
- Penyisihan flok/lumpur biologis hasil proses activated sludge pada clarifier akhir.
- Penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter.
Pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan, sedimentasi ditujukan untuk penyisihan lumpur setelah koagulasi dan sebelum proses filtrasi. Selain itu, prinsip sedimentasi juga digunakan dalam pengendalian partikel di udara. Prinsip sedimentasi pada pengolahan air minum dan air limbah adalah sama, demikian juga untuk metoda dan peralatannya.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Sedimentasi
Faktor Mempengaruhi Kecepatan Sedimentasi
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan sedimentasi, yaitu:
- Ukuran partikel, bentuk partikel, dan konsentrasi partikel
Semakin besar semakin cepat mengendap dan semakin banyak yang terendapkan. - Viskositas cairan
Pengaruh viskositas cairan terhadap kecepatan sedimentasi yaitu dapat mempercepat proses sedimentasi dengan cara memperlambat cairan supaya partikel tidak lagi tersuspensi. - Temperatur
Bila temperatur turun, laju pengendapan berkurang. Akibatnya waktu tinggal di dalam kolam sedimentasi menjadi bertambah. - Berat jenis partikel
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Eksogen dan Proses-Proses Tenaga Eksogen
Proses Sedimentsi
Proses sedimentasi secara umum diartikan sebagai proses pengendapan dimana akibat gaya gravitasi, partikel yang mempunyai berat jenis lebih berat dari berat jenis air akan mengendap ke bawah dan yang lebih kecil berat jenisnya akan mengapung, kecepatan pengendapan partikel akan bertambah sesuai dengan pertambahan ukuran partikel dan berat jenisnya. Pengendapan kandungan zat padat di dalam air dapat digolongkan menjadi pengendapan diskrit (kelas 1), pengendapan flokulen (kelas 2), pengendapan zone, pengendapan kompresi/tertekan (Martin D, 2001; Peavy, 1985; Reynolds, 1977) dan pada pengolahan air minum yang digunakan adalah dengan pengendapan diskrit dan pengendapan flokulen.
Pada dasarnya, pengolahan air minum dapat diawali dengan penjernihan air, pengurangan kadar bahan-bahn kimia terlarut dalam air sampai batas yang dianjurkan, penghilangan mikroba pathogen, memperbaiki derajat keasaman (pH) serta memisahkan gas terlarut yang dapat mengganggu estetika dan kesehatan.
Air tidak jernih umumnya mengandung residu. Residu tersebut dapat dihilangkan dengan proses penyaringan (filtrasi) dan pengendapan (sedimentasi). Untuk mempercepat proses penghilangan residu tersebut perlu ditambahkan koagulan. Bahan koagulan yang sering dipakai adalah tawas (alum). Untuk memaksimalkan proses penghilangan residu, koagulan sebaiknya dilarutkan dalam air sebelum dimasukkan ke dalam tangki pengendapan.
Sedimentasi dilakukan di dalam sebuah tangki dimana tangki tersebut berfungsi untuk mengendapkan kotoran-kotoran berupa lumpur dan pasir. Pada tangki sedimentasi terdapat waktu tinggal. Ke dalam tangki sedimentasi ini diinjeksikan klorin yang berfungsi sebagai oksidator dan desinfektan. Sebagai oksidator klorin digunakan untuk menghilangkan bau dan rasa pada air.
Mekanisme atau proses sedimentasi secara umum adalah sebagai berikut:
- Pengendapan partikel flokulen berlangsung secara gravitasi.
- Flok yang dihasilkan pada proses koagulasi-flokulasi mempunyai ukuran yang makin besar, sehingga kecepatan pengendapannya makin besar.
- Untuk menghindari pecahnya flok selama proses pengendapan, maka aliran air dalam bak harus laminer. Untuk tujuan ini, digunakan indikator bilangan Reynold (NRe) dan bilangan Froud (NFr).
- Aliran air yang masuk pada inlet diatur sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu pengendapan. Biasanya dipasang diffuser wall atau perforated baffle untuk meratakan aliran ke bak pengendap dengan kecepatan yang rendah. Diusahakan agar inlet bak langsung menerima air dari outlet bak flokulator.
- Air yang keluar melalui outlet diatur sedemikian, sehingga tidak mengganggu flok yang telah mengendap. Biasanya dibuat pelimpah (weir) dengan tinggi air di atas weir yang cukup tipis (1,5cm).
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Atmosfer Dan Lapisannya Lebih Jelas
Proses Sedimentasi skala kecil
Dalam Proses Sedimentasi dalam skala kecil ini terdapat 3 cara yang dapat dilakukan, yaitu :
-
Cara Batch
Cara ini cocok dilakukan untuk skala laboratorium, karena sedimentasi batch paling mudah dilakukan, pengamatan penurunan ketinggian mudah. Mekanisme sedimentasi batch pada suatu silinder / tabung bisa dilihat pada gambar berikut :
Gambar di atas menunjukkan slurry awal yang memiliki konsentrasi seragam dengan partikel padatan yang seragam di dalam tabung (zona B). Partikel mulai mengendap dan diasumsikan mencapai kecepatan maksimum dengan cepat. Zona D yang terbentuk terdiri dari partikel lebih berat sehingga lebih cepat mengendap. Pada zona transisi, fluida mengalir ke atas karena tekanan dari zona D. Zona C adalah daerah dengan distribusi ukuran yang berbeda-beda dan konsentrasi tidak seragam. Zona B adalah daerah konsentrasi seragam, dengan konsentrasi dan distribusi sama dengan keadaan awal. Di atas zona B, adalah zona A yang merupakan cairan bening.
Selama sedimentasi berlangsung, tinggi masing-masing zona berubah (gambar 2 b, c, d). Zona A dan D bertambah, sedang zona B berkurang. Akhirnya zona B, C dan transisi hilang, semua padatan berada di zona D. Saat ini disebut critical settling point, yaitu saat terbentuknya batas tunggal antara cairan bening dan endapan (Budi, 2011).
-
Cara Semi-Batch
Pada sedimentasi semi-batch , hanya ada cairan keluar saja, atau cairan masuk saja. Jadi, kemungkinan yang ada bisa berupa slurry yang masuk atau beningan yang keluar. Mekanisme sedimentasi semi-batch bisa dilihat pada gambar berikut :
-
Cara Kontinyu
Pada cara ini, ada cairan slurry yang masuk dan beningan yang dikeluarkan secara kontinyu. Saat steady state, ketinggian tiap zona akan konstan. Mekanisme sedimentasi kontinyu bisa dilihat pada gambar berikut :
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Prinsip-Prinsip Geografi: Distribusi, Korologi, Interelasi, Deskripsi
Macam Sedimentasi
Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan kemampuan partikel untuk berinteraksi. Klasifikasi ini dapat dibagi kedalam empat tipe (lihat juga Gambar 2.1), yaitu:
- Settling tipe I (discrete particle settling): pengendapan partikel diskrit, yaitu pengendapan yang memerlukan konsentrasi suspended solid yang paling rendah, sehingga analisisnya menjadi yang paling sederhana. Partikel mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel. Contoh aplikasi dari Discrete settling adalah grit chambers.
- Settling tipe II (floculant settling): pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah. Flocculant settling banyak digunakan pada primary clarifier
- Settling tipe III (hindered settling): pengendapan pada lumpur biologis, dimana gaya antar partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap. Konsentrasi partikel adalah tidak terlalu tinggi (cukup) kemudian partikel bercampur dengan partikel lainnya dan kemudian mereka karam bersama-sama.
- Settling tipe IV (compression settling): Pengendapan secara pemampatan. terjadi pemampatan partikel (kompresi) yang telah mengendap yang terjadi karena berat partikel
Tipe sedimentasi yang sering ditemui pada proses pengolahan air minum adalah sedimentasi tipe I dan tipe II. Sedimentasi tipe I dapat ditemui pada bangunan grit chamber dan prasedimentasi (sedimentasi I). Sedimentasi tipe II dapat ditemui pada bangunan sedimentasi II. Sedangkan sedimentasi tipa III dan IV lebih umum digunakan pada pengolahan air buangan.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Kelompok Planet dan Sifat Fisinya
Unit Sedimentasi
Unit sedimentasi merupakan peralatan yang berfungsi untuk memisahkan solid dan liquid dari suspensi untuk menghasilkan air yang lebih jernih dan konsentrasi lumpur yang lebih kental melalui pengendapan secara gravitasi. Secara keseluruhan, fungsi unit sedimentasi dalam instalasi pengolahan adalah:
- Mengurangi beban kerja unit filtrasi dan memperpanjang umur pemakaian unit penyaring selanjutnya;
- Mengurangi biaya operasi instalasi pengolahan.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian Dataran Rendah
Desain Sedimentasi
-
Bak Pengendap Pertama (Pengendapan Diskrit)
Pengendapan diskrit (disebut juga plain sedimentation atau sedimentasi I) dimaksudkan untuk mengendapkan partikel diskret atau partikel kasar atau lumpur. Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk dan ukuran selama mengendap di dalam air.
Prasedimentasi hanya diperlukan apabila dalam air baku terdapat partikel diskret atau partikel kasar atau lumpur dalam jumlah yang besar. Pengendapan dilakukan dalam bak berukuran besar (biasanya membutuhkan waktu detensi selama 2 hingga 4 jam) dalam aliran yang laminer, untuk memberikan kesempatan lumpur mengendap tanpa terganggu oleh aliran. Pengendapan berlangsung secara gravitasi tanpa penambahan bahan kimia sebelumnya.
Bak pengendap I berfungsi untuk mengurangi partikel padat dalam air buangan dengan cara mengendapkan pada suatu tangki selama waktu tertentu sehingga terendapkan sekaligus mengurangi kekeruhan dan beban organik.
Lumpur yang dihasilkan dari bak pengendap I akan diolah lebih lanjut pada proses penanganan lumpur, sehingga volume lumpur dapat diperkecil. Sedang fluida atau supernatannya keluar melalui sistem pelimpah yang ditampung pada saluran penampung/gullet menuju ke unit pengolahan biologi.
Faktor penentu untuk mendesain Bak Pengendap I adalah: overflow rate, kedalaman tangki, waktu detensi
Bak sedimentasi ideal. Sebuah aliran horizontal untuk melukiskan dalam bak sedimentasi menunjukkan karakteristik, yang secara umum digunakan cara pengendapan partikel diskrit :
- aliran melalui bak terdistribusi merata melintasi sisi melintang bak
- partikel terdispersi merata dalam air
- pengendapan partikel yang dominan terjadi adalah type I
Sebuah bak sedimentasi ideal dibagi menjadi 4 zona, yaitu:
- Zona inlet.
Dalam zona ini aliran terdistribusi tidak merata melintasi bagian melintang bak; aliran meninggalkan zona inlet mengalir secara horisontal dan langsung menuju bagian outlet. - Zona pengendapan.
Dalam zona ini, air mengalir pelan secara horisontal ke arah outlet, dan dalam zona ini terjadi proses pengendapan. Lintasan partikel diskret tergantung pada besarnya kecepatan pengendapan. - Zona lumpur.
Dalam zona ini lumpur terakumulasi. Sekali lumpur masuk area ini ia akan tetap disana. - Zona outlet.
Dalam zona ini, air yang partikelnya telah terendapkan terkumpul pada bagian melintang bak dan siap melngalir keluar bak.
-
Bak Pengendap II (Clarifier)
Bak pengendap II berfungsi untuk mengendapkan zat padat yang terdapat dalam air buangan setelah melalui pengolahan biologis. Bak pengendap ini dilengkapi dengan pengeruk lumpur mekanis. Lumpur yang terkumpul dipompakan ke unit pengolahan lumpur, sedang supernatannya dialirkan menuju bak filtrasi sebelum dibuang ke dalam air penerima. Bentuk bak sedimentasi yaitu:
1. Segi empat (rectangular).
Pada bak ini, air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet, sementara partikel mengendap ke bawah.
2. Lingkaran (circular) – center feed.
Pada bak ini, air masuk melalui pipa menuju inlet bak di bagian tengah bak, kemudian air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet di sekeliling bak, sementara partikel mengendap ke bawah Secara tipikal bak persegi mempunyai rasio panjang : lebar antara 2 : 1 – 3 : 1.
3. Lingkaran (circular) – periferal feed.
Pada bak ini, air masuk melalui sekeliling lingkaran dan secara horisontal mengalir menuju ke outlet di bagian tengah lingkaran, sementara partikel mengendap ke bawah . Hasil penelitian menunjukkan bahwa tipe periferal feed menghasilkan short circuit yang lebih kecil dibandingkan tipe center feed, walaupun center feed lebih sering digunakan. Secara umum pola aliran pada bak lingkaran kurang mendekati pola ideal dibanding bak pengendap persegi panjang. Meskipun demikian, bak lingkaran lebih sering digunakan karena penggunaan peralatan pengumpul lumpurnya lebih sederhana.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Pengertian dan Faktor Angin beserta Proses Terjadinya
Sedimentasi Pengolahan Air Minum
Aplikasi teori sedimentasi pada pengolahan air minum adalah pada perancangan bangunan prasedimentasi dan sedimentasi II.
Prasedimentasi
Bak prasedimentasi merupakan bagian dari bangunan pengolahan air minum yang berfungsi untuk mengendapkan partikel diskret yang relatif mudah mengendap. Pengendapan dilakukan dalam bak berukuran besar (diperkirakan dalam waktu 1 hingga 3 jam) dalam aliran yang laminer untuk memberikan kesempatan lumpur mengendap tanpa terganggu oleh aliran. Pengendapan berlangsung secara gravitasi tanpa penambahan bahan kimia sebelumnya.
Teori sedimentasi yang dipergunakan dalam aplikasi pada bak prasedimentasi adalah teori sedimentasi tipe I karena teori ini mengemukakan bahwa pengendapan partikel berlangsung secara individu (masing-masing partikel, diskret) dan tidak terjadi interaksi antar partikel.
Sedimentasi II
Bak sedimentasi II merupakan bagian dari bangunan pengolahan air minum yang berfungsi untuk mengendapkan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi yang relatif mudah mengendap (karena telah menggabung menjadi partikel berukuran besar). Tetapi partikel ini mudah pecah dan kembali menjadi partikel koloid. Teori sedimentasi yang dipergunakan dalam aplikasi pada bak sedimentasi II adalah teori sedimentasi tipe II karena teori ini mengemukakan bahwa pengendapan partikel berlangsung akibat adanya interaksi antar partikel.
Kelebihan dan kelemahan Sedimentasi Pengolahan Air Minum
Kelebihan:
- Membunuh lebih dari 50% bakteri.
- Beberapa patogen akan berada di dasar wadah sehingga bagian atas wadah merupakan bagian paling bersih dan mengandung lebih sedikit pathogen.
- Dapat membunuh organisma yang disebut cercariae, yang merupakan host perantara dalam siklus hidup bilharziasis (schistosommiasis), penyakit yang berasal dari air dan sering terdapat di beberapa Negara. Penyimpanan yang lebih lama akan semakin memperbaiki kualitas air.
Kelemahan :
- Membutuhkan waktu yang lama yakni sekitar 48 jam.
- Tidak dapat membunuh semua bakteri dan mikroorganisme untuk menjadi benar-benar bersih.
- Membutuhkan lahan yang luas.
Baca Juga Artikel Yang Mungkin Berhubungan : Batuan Sedimen : Pengertian, Prose, Beserta Cirinya
Sedimentasi pada Pengolahan Air Limbah
Aplikasi teori sedimentasi pada pengolahan air limbah:
-
Grit chamber
Grit chamber merupakan bagian dari bangunan pengolahan air limbah yang berfungsi untuk mengendapkan partikel kasar/grit bersifat diskret yang relatif sangat mudah mengendap. Teori sedimentasi yang dipergunakan dalam aplikasi pada grit chamber adalah teori sedimentasi tipe I karena teori ini mengemukakan bahwa pengendapan partikel berlangsung secara individu (masing-masing partikel, diskret) dan tidak terjadi interaksi antar partikel.
-
Prasedimentasi
Bak prasedimentasi merupakan bagian dari bangunan pengolahan air limbah yang berfungsi untuk mengendapkan lumpur sebelum air limbah diolah secara biologis. Meskipun belum terjadi proses kimia (misal koaguasi- flokulasi atau presipitasi), namun pengendapan di bak ini mengikuti pengendapan tipe II karena lumpur yang terdapat dalam air limbah tidak lagi bersifat diskret (mengingat kandungan komponen lain dalam air limbah, sehingga telah terjadi proses presipitasi).
-
Final clarifier
Bak sedimentasi II (final clarifier) merupakan bagian dari bangunan pengolahan air limbah yang berfungsi untuk mengendapkan partikel lumpur hasil proses biologis (disebut juga lumpur biomassa). Lumpur ini relatif sulit mengendap karena sebagian besar tersusun oleh bahan-bahan organik volatil. Teori sedimentasi yang dipergunakan dalam aplikasi pada bak sedimentasi II adalah teori sedimentasi tipe III dan IV karena pengendapan biomassa dalam jangka waktu yang lama akan menyebabkan terjadinya pemampatan (kompresi)
