Seberapa efektif dan akurat proses koagulasi dan flokulasi yang berjalan di Sistem Anda? Secara prinsip, kedua proses ini bertujuan untuk menjernihkan air limbah sehingga nantinya air limbah dapat menuju proses berikutnya. Salah satu cara untuk meningkatkan efektivitas dan mengoptimalkan proses ini adalah dengan menentukan dosis bahan kimia yang perlu ditambahkan agar partikel - partikel kecil dalam air limbah dapat membentuk koagulan dan flok - flok yang sempurna, yang menjadikan sampel air lebih jernih dari sebelumnya dan disebut sebagai cara Jar atau Jar test. Cara ini pun direkomendasikan dalam beberapa metode standar seperti American Standard Testing Materials (ASTM) D2035 Tahun 2008 dan 2019, serta Standar Nasional Indonesia (SNI)19 - 6449 Tahun 2000.

Cara Jar (Jar Test) merupakan metode yang digunakan untuk mengetahui efektivitas dan optimalitas zat koagulan yang digunakan serta menentukan dosis yang efektif dalam penggunaannya untuk menghilangkan partikel - partikel organik yang terlarut dalam air seperti turbiditas, padatan tersuspensi, koloid serta partikel organik maupun anorganik lainnya. Selain itu, cara ini juga efektif untuk mensimulasikan sistem pada pengolahan air limbah, yakni pada proses koagulasi (coagulation), flokulasi (flocculation) dan sedimentasi (sedimentation).

Dalam proses pengolahan air limbah, tahapan- tahapan seperti koagulasi, flokulasi dan sedimentasi biasanya masuk pada tahap kedua (secondary treatment) atau ketiga (tertiary treatment). Dalam tahap ini, dilakukan pemberian zat kimia dengan dosis tertentu. Salah satu contoh zat koagulan yang masih sering digunakan adalah Poly Aluminum Chloride (PAC). Namun, secara general jenis koagulan dibagi menjadi dua, yakni koagulan anorganik (inorganic coagulant) maupun koagulan organik (organic coagulant). Beberapa zat koagulan anorganik dan organik dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1.  Beberapa Jenis Koagulan

Prinsip dan Faktor yang Mempengaruhi Optimalitas Jar Test

Secara sederhana, dosis suatu zat koagulan ditentukan dengan melakukan percobaan cara Jar (Jar test) dalam kurun waktu tertentu yang diikuti dengan adanya observasi terkait flok - flok yang terbentuk akibat penambahan zat koagulan atau koagulan hasil modifikasi. Observasi ini mencakup zat kimia aditif, pH, suhu dan penambahan zat maupun kondisi pengadukan. Dalam hal ini, partikel - partikel yang terkandung pada sampel memiliki muatan dan akan bereaksi dengan zat koagulan melalui beberapa cara atau mekanisme. Hal ini dijelaskan oleh Sheng, dkk. (2023) bahwa terdapat 4 mekanisme reaksi koagulan dengan partikel yakni dengan membentuk lapisan kedua (double - layer compression), adsorpsi dan netralisasi muatan (adsorption and charge neutralization), adsorpsi dan jembatan antar partikel (adsorption and interparticle bridging) dan dengan menjerat partikel dalam endapan atau "sweep floc". Masing - masing dari cara reaksi ini ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Mekanisme terbentuknya koagulan dengan : a) Jalur pembentukan lapisan kedua (double - layer compression); b) adsorpsi dan netralisasi muatan (adsorption and charge neutralization); c) adsorpsi dan jembatan antar partikel (adsorption and interparticle bridging) dan d) menjerat partikel dalam endapan atau "sweep floc"

Agar tercapai reaksi yang optimal antara zat koagulan dengan partikel - partikel yang terkandung dalam sampel air limbah, analis harus memastikan beberapa faktor penting seperti jenis efluen yang hendak diproses, derajat keasaman (pH), suhu, bahan tambahan (zat aditif), zat koagulan yang dipilih, perbedaan tipe dan konsentrasi logam yang terkandung dalam sampel, jumlah dan tipe kelat dan agen pembentuk kompleks yang ada pada larutan dan urutan penambahan zat - zat kimia. Seluruh faktor ini berpengaruh pada proses koagulasi dan flokulasi yang terjadi, namun beberapa faktor memiliki tingkat pengaruh yang lebih tinggi sehingga observasi terhadap faktor parameter ini wajib untuk dilakukan sesuai dengan yang telah direkomendasikan oleh ASTM D2035 Tahun 2008 dan 2019. Berikut penjelasan singkat terkait faktor - faktor wajib observasi tersebut.

a. Jenis dan Dosis Koagulan 

Telah dijelaskan bahwa terdapat berbagai jenis koagulan yang dapat digunakan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1 dan dapat digolongkan menjadi 2 tipe, yakni koagulan anorganik dan koagulan organik. Masing - masing memiliki efektivitas kerja serta kelebihan yang berbeda. Biasanya, koagulan organik bekerja lebih efektif dibandingkan koagulan anorganik karena perubahan pH lingkungan hampir tidak mempengaruhi kerjanya. Di sisi lain, penggunaan koagulan anorganik pun didukung karena bahannya yang mudah didapat dan harganya lebih terjangkau. Lebih detail terkait keuntungan dan kekurangan dari masing - masing koagulan ditunjukkan pada Tabel 2.

Tabel 2. Kelebihan dan Kekurangan Koagulan Organik dan Koagulan Anorganik

Dari Tabel 2 dapat diketahui bahwa masing masing koagulan memiliki resiko yakni dapat mengakibatkan tidak efektifnya proses koagulasi yang terjadi. Oleh karena itu, analis perlu melakukan optimasi dosis. Sebagai tambahan, selain jenis dan dosis, densitas dan berat molekul koagulan tipe polimer pun perlu diperhitungkan sebab keduanya juga berpengaruh dalam proses koagulasi yang terjadi.

b. Derajat Keasaman (pH)

pH berkaitan dengan kondisi larutan akibat sifat efluen atau penambahan zat aditif. Tidak hanya jenis koagulan, setiap koagulan memiliki kondisi pH optimal yang berbeda - beda. Dalam studi yang dilakukan oleh Naceradska, dkk (2019) disebutkan bahwa pH memberikan efek pada muatan permukaan dan membantu menyempurnakan proses koagulasi - flokulasi yang terjadi, Dalam hal ini, jika pH bukan pada kondisi optimum, maka pembentukan flok - flok akan terganggu atau bahkan tidak terbentuk dimana hal ini karena pH berpengaruh pada tingkat kelarutan koagulan yang digunakan.

Meski beberapa jurnal telah menyebutkan pH optimum untuk beberapa koagulan, namun hal ini tetap bersifat spesifik terhadap setiap aplikasi. Hal ini karena setiap air limbah memiliki karakteristik yang berbeda - beda, sehingga penentuan pH optimum tetap harus dikaji dan dioptimasi terlebih dahulu.

c. Suhu

Suhu sangat erat kaitannya dengan pergerakan ion - ion dalam larutan sampel, aktivitasnya pun sangat erat kaitannya dengan nilai pH. Akibatnya, perubahan suhu akan menggeser nilai pH yang nantinya akan berdampak pada efektivitas kerja dari koagulan yang ditambahkan.

d. Kondisi Pengadukan Campuran

Terdapat dua kondisi pengadukan yakni pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Dalam proses koagulasi, terdapat dua keadaan flok saat proses koagulasi berlangsung yakni destabilisasi (destabilization) dan aglomerasi (agglomeration). Pengadukan cepat harus terjadi sesaat setelah penambahan koagulan agar tercipta larutan yang homogen. Kurangnya pencampuran cepat dapat mengakibatkan kinerja koagulan kurang efektif karena kurangnya dosis atau justru overdosis. Sebaliknya, pengadukan lambat perlu dilakukan setelah pengadukan cepat, dan dimaksudkan untuk meningkatkan penjeratan partikel dan pertumbuhan flok. 

Menurut Tetteh dan Sudesh (2018), pengadukan lambat dalam kasus koagulan polimer memberikan gradien kecepatan untuk partikel dengan ukuran serupa yang bisa lebih besar dari 1 μm. Sehingga hubungan antara agregasi ukuran tertentu dan MW polimer dapat meningkatkan gaya menjembatani atau menghancurkan flok untuk mengendap atau mengapung. Pengadukan yang terlalu cepat (250 rpm) justru dapat menyebabkan kerusakan flok, namun setelah flok dapat terbentuk kembali dengan pengadukan secara lambat (30 rpm).

Cara Uji dan Mengoptimalkan Dosing pada Jar Test

Dalam melakukan dan mengoptimalkan percobaan cara Jar (Jar Test), tidak hanya mempertimbangkan zat koagulan dan variabel parameter yang hendak digunakan tetapi juga mempertimbangkan alat yang perlu digunakan. Berdasarkan ASTM D2035, direkomendasikan alat multi stirrer dengan kriteria sebagai berikut:

1. Dapat dioperasikan secara kontinu dengan kecepatan bervariasi antara 20 - 150 rpm.

2. Adanya stirring paddle yang ringan dan tahan terhadap korosi, dan memiliki spesifikasi yang sama di setiap posisi. 

3. Adanya dasar iluminasi yang dapat mempermudah analis untuk melakukan observasi terhadap pembentukan flok.

4. Adanya sistem yang mencegah perubahan suhu akibat iluminasi cahaya.

Selain multi stirrer, dibutuhkan gelas kimia 1000 mL atau 1500 mL dan rak reagen untuk proses dosing selama pengujian dilakukan. Selain kedua alat ini, dibutuhkan alat tambahan seperti pH meter ataupun ORP meter yang dapat mendukung proses observasi terbentuknya flok. Dalam perlakuannya, prosedur umum metode Jar test adalah sebagai berikut:

1. Setiap gelas kimia diisi dengan sampel air limbah dengan kuantitas volume yang sama, sisakan 1 gelas sebagai kontrol (pembanding). Kemudian lakukan pengkondisian pH dengan menambahkan reagen yang dapat menurunkan atau menaikan pH. 

2. Lakukan observasi terkait nilai ORP untuk mengidentifikasi muatan.

3. Tambahkan larutan koagulan, lakukan pengadukan cepat dengan durasi antara 1 - 3 menit kemudian biarkan agar keadaan mencapai proses aglomerasi dan lakukan pengadukan lambat dalam kurun waktu tertentu sesuai dengan regulasi atau penambahan larutan koagulan bila diperlukan. Bila perlu, lakukan observasi secara bertahap. 

4. Lakukan observasi terhadap diameter flok yang terbentuk dan catat durasi waktu yang dibutuhkan hingga terbentuknya flok secara sempurna serta lakukan pengukuran suhu pada sampel.

​

Hasil dari metode Jar test dapat dievaluasi berdasarkan berbagai kriteria seperti dimensi flok dengan derajat angka, waktu penambahan zat kimia pertama kali munculnya flok, evaluasi residu kekeruhan dari supernatan setelah waktu sedimentasi ditentukan (dengan turbidimeter), pengukuran potensial elektro-kinetik partikel tersuspensi pada sampel setelah proses penambahan dan pencampuran zat kimia. Bahkan, tidak menutup kemungkinan bahwa Jar Test juga digunakan untuk mengevaluasi kemampuan penyaringan air yang diklarifikasi dengan filter membran standar di bawah tekanan karena indikasi pengurangan aliran air berkaitan dengan tingkat penyumbatan filter akibat adanya sisa-sisa bahan tersuspensi yang tidak dapat diendapkan. 

Gambar 2. Metode Jar Test : A) Proses Koagulasi - Flokulasi dan B) Alat Multi stirrer / Flocculator

Referensi

American Standard Testing Materials. 2008. ASTM D2035-08 : Standard Practice for Coagulation - Flocculation Jar Test Of Water

American Standard Testing Materials. 2019. ASTM D2035-19 : Standard Practice for Coagulation - Flocculation Jar Test Of Water Diakses pada 9 Januari 2023 dari https://www.astm.org/d2035-19.html

Badan Standardisasi Nasional . 2000. Standar Nasional Indonesia (SNI)19 - 6449 tentang “Metode Pengujian Koagulasi dan Flokulasi dengan Cara Jar” diakses pada 9 Januari 2023 dari https://akses-sni.bsn.go.id/viewsni/baca/2463  

Greenwood, James. 2022. How Are Coagulants and Flocculants Used In Water and Wastewater Treatment. Diakses dari https://www.wcs-group.co.uk/wcs-blog/coagulants-flocculants-wastewater-treatment#:~:text=Coagulation%20and%20flocculation%20are%20two,easily%20separated%20from%20the%20liquid. 

IWA Publishing. 2023. Coagulation and Flocculation in Water and Wastewater Treatment Diakses pada 9 Januari 2023 dari https://www.iwapublishing.com/news/coagulation-and-flocculation-water-and-wastewater-treatment 

Naceradska, Jana., dkk. 2019. On The Importance of pH Value in Coagulation. Journal of Water Supply: Research and Technology

Tetteh, Emmanuel Kweinor dan Sudesh Rathilal. 2019. Application of Organic Coagulants in Water and Wastewater Treatment. Organic Polymers, diakses pada 1 Februari 2023 dari https://www.intechopen.com/chapters/65706 

Sheng, Danny Pui Wei. dkk. 2023. Assessment and Optimization of Coagulation Process in Water Treatment Plant: A Review. ASEAN Journal of Science and Engineering, Vol. 3(1), Hal 79-100

S.W, Rachmawati., dkk. 2009. Pengaruh pH pada Proses Koagulasi dengan Koagulan Aluminium Sulfat dan Ferri Klorida, Jurnal Teknik Lingkungan, Vol. 5 No. 2

Velp Scientifica. 2021. The Importance of Jar Test In Water And Wastewater Analysis diakses pada 9 Januari 2023 dari https://www.velp.com/es-us/floculadores-v2.aspx