Pengadukan dalam Proses Koagulasi-Flokulasi

Untuk mengetahui seberapa penting pengaruh pengadukan dalam proses koagulasi-flokulasi, kita dapat menganalogikannya dengan saat kita memasukkan gula ke dalam teh. Untuk mempercepat pelarutan gula tersebut atau membuat seluruh bagian teh itu cepet manis kita cenderung untuk mengaduknya. Lantas apakah dengan tidak diaduk apakah gula tersebut tidak dapat tercampur dengan teh sehingga teh menjadi manis? tentu bisa, namun akan memakan proses yang lama. Seperti itulah kira-kira peran pengadukan dalam proses koagulasi-flokulasi. Dimana jika kita ambil analogi tadi proses pengadukan dalam proses koagulasi-flokulasi berguna untuk mendispersikan koagulan (pengadukan cepat) serta membantu pembentukan dan penggabungan flok (pengadukan lambat).

Jenis pengadukan berdasarkan kecepatan pengadukannya dibedakan menjadi 2 yaitu pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Sedangkan proses pengadukan berdasarkan jenis alat atau cara pengadukannya dibagi menjadi 3 pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis dan pengadukan pneumatis. Untuk lebih jelasnya mengenai jenis-jenis pengadukan tersebut disini penulis akan menjelaskannya satu-persatu.

A. Jenis Pengadukan berdasarkan kecepatan pengadukan
Kecepatan pengadukan merupakan parameter penting dalam pengadukan yang dinyatakan dengan gradien kecepatan. Gradien kecepatan merupakan fungsi dari tenaga yang disuplai (P):

Persamaan diatas berlaku umum untuk semua jenis pengadukan. Parameter yang membedakannya adalah besarnya tenaga yang disuplai ke dalam air (P) yang dapat dihitung dengan rumus-rumus yang akan dijelaskan pada bagian berikutnya dalam pembahasan kita. Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai P bergantung pada metoda pengadukan yang digunakan.
Guna mempermudah memahami seperti apa itu gradien kecepatan kita dapat menganalogikannya seperti saat kita berada di depan kipas angin. Kita akan merasakan angin akibat dari perputaran baling-baling kipas angin semakin jauh dari kipas kita akan merasakan bahwa angin yang kita rasakan akan semakin lemah. Perubahan kecepatan aliran fluida dalam hal ini itulah yang dapat kita katakan sebagai gradien kecepatan.

1. Pengadukan Cepat

Tujuan pengadukan cepat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air. Secara umum, pengadukan cepat adalah pengadukan yang dilakukan pada gradien kecepatan besar (300 sampai 1000 detik-1) selama 5 hingga 60 detik atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 300 hingga 1700. Secara spesifik, nilai G dan td bergantung pada maksud atau sasaran pengadukan cepat.

Untuk proses koagulasi-flokulasi:
• Waktu detensi = 20 - 60 detik
• G = 1000 - 700 detik-1
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):
• Waktu detensi = 20 - 60 detik
• G = 1000 - 700 detik-1
Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dan lain-lain)
• Waktu detensi = 0,5 - 6 menit
• G = 1000 - 700 detik-1

2. Pengadukan Lambat

Tujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel hingga berukuran besar. Pengadukan lambat adalah pengadukan yang dilakukan dengan gradien kecepatan kecil (20 sampai 100 detik-1) selama 10 hingga 60 menit atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 48000 hingga 210000. Untuk menghasilkan flok yang baik, gradien kecepatan diturunkan secara bertahap agar flok yang telah terbentuk tidak pecah lagi dan berkesempatan bergabung dengan yang lain membentuk gumpalan yang lebih besar.
Secara spesifik, nilai G dan waktu detensi untuk proses flokulasi adalah sebagai berikut:
• Untuk air sungai:
- Waktu detensi = minimum 20 menit
- G = 10 - 50 detik-1
• Untuk air waduk:
- Waktu = 30 menit
- G = 10 - 75 detik-1
• Untuk air keruh:
- Waktu dan G lebih rendah
• Bila menggunakan garam besi sebagai koagulan:
- G tidak lebih dari 50 detik-1
• Untuk flokulator 3 kompartemen:
- G kompartemen 1 : nilai terbesar
- G kompartemen 2 : 40 % dari G kompartemen 1
- G kompartemen 3 : nilai terkecil
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda):
• Waktu detensi = minimum 30 menit
• G = 10 - 50 detik-1

Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dan lain-lain)
• Waktu detensi = 15 - 30 menit
• G = 20 - 75 detik-1
• GTd = 10.000 - 100.000

B. Jenis Pengadukan Berdasarkan Metode Pengadukan

1. Pengadukan Mekanis

Pengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri atas motor, poros pengaduk (shaft), dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan bentuknya, ada tiga macam impeller, yaitu paddle (pedal), turbine, dan propeller (baling-baling). Gambar dari ketiga bentuk tersebut dapat dilihat di bawah ini :

Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan cepat umumnya dilakukan dalam waktu singkat dalam satu bak. Faktor penting dalam perancangan alat pengaduk mekanis adalah dua parameter pengadukan, yaitu G dan td. Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan lambat umumnya memerlukan tiga kompartemen dengan ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang paling kecil . Pengadukan mekanis yang umum digunakan untuk pengadukan lambat adalah tipe paddle yang dimodifikasi hingga membentuk roda (paddle wheel), baik dengan posisi horisontal maupun vertikal. Berikut adalah contoh gambar untuk pengadukan lambat :

Pengadukan dengan sistem ini memiliki karakteristik antara lain:

a. Turbulensi tergantung dari daya motor, Hal ini berkaitan dengan nilai gradien kecepatan yang dihasilkan dimana semakin besar daya motor maka semakin besar gradien kecepatan yang dihasilkan.

b. Tidak tergantung dari debit aliran. Hal ini merupakan kelebihan dari sistem pengadukan mekanis dimana pengadukan dengan dengan sistem ini tidak dipengaruhi oleh debit aliran. Debit aliran pada umumnya mempengaruhi ketinggian muka air dimana untuk sistem pengadukan hidrolis ketinggian muka air ini mempengaruhi nilai dari gradien kecepatannya.

2.  Pengadukan Hidrolis

Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan aliran air sebagai tenaga pengadukan. Tenaga pengadukan ini dihasilkan dari energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran.
Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan cepat haruslah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang besar. Dalam hal ini dapat dilihat dari besarnya kehilangan energi (headloss) atau perbedaan muka air. Dengan tujuan menghasilkan turbulensi yang besar tersebut, maka jenis aliran yang sering digunakan sebagai pengadukan cepat adalah terjunan, loncatan hidrolik, dan parshall flume.
Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan lambat adalah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif lebih tenag dan dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak pecah lagi. Beberapa contoh pengadukan hidrolis untuk pengadukan lambat adalah kanal bersekat, perforated wall, gravel bed dan sebagainya.
Pengadukan dengan sistem hidrolis memiliki karakteristik sebagai berikut:
a.  Turbulensi bergantung pada tinggi level air
b. Tergantung pada debit aliran

Tenaga pengadukan dalam sistem hidrolis merupakan  fungsi dari debit, percepatan gravitasi, massa jenis fluida dan ketinggian atau headloss yang dapat dirumuskan dalam persamaan di bawah ini :

Penggabungan dari persamaan diatas denga persamaan gradien kecepatan adalah sebagai berikut:

Berikut ini adalah beberapa contoh pengadukan::

a. Pengadukan menggunakan terjunan

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa pengadukan dengan sistem terjunan ini umumnya digunakan untuk pengadukan cepat dimana pada pengadukan ini memanfaatkan ketinggian terjunan dimana ketinggian terjunan ini akan mempengaruhi gradien kecepatan dari air. Berikut ini adalah gambar dari sistem terjunan :

Berdasarkan gambar tersebut turbulensi dari sistem pengadukan ini dihasilkan dari gejolak air yang terjadi pada saat air telah jatuh ke bawah. Kita bisa bayangkan metode pengadukan dengan sistem ini seperti pada air terjun dimana gejolak dari air tejadi pada bagian dasar atau pada muka air yang lebih rendah.
b. Pengadukan menggunakan Parshal Flume

Pengadukan dengan parshal flume digunakan pada pengadukan cepat dimana proses pengadukan ini memanfaatkan perbedaan muka level air sama seperti terjunan serta penyempitan saluran untuk menghasilkan turbulensi.