KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, laporan tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum (PBPAM) dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Laporan “Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum
(PBPAM)” ini ini
dibuat dalam rangka memenuhi tugas besar perencanaan dari mata kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Air Minum untuk menambah menambah pengetahuan pengetahuan mengenai mata kuliah yang terkait. Dan dapat mengaplikasikan ilmu yang telah diajarkan secara teori di perkuliahan tatap muka dengan dosen mata kuliah “Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum
(PBPAM)”.
Laporan ini
disusun dari hasil data-data data- data primer dan sekunder yang penyusun peroleh dari buku panduan dan da n literatur yang berkaitan dengan Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, serta informasi dari media massa yang berhubungan dengan Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum. Dalam penyusunan laporan ini penyusun juga menyampaikan terima kasih kepada: 1. Allah SWT atas segala rahmat, nikmat dan kesempatan yang telah diberikan sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya 2. Kepada Kedua orang tua yang selalu memberikan doa dan dorongan semangat, sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas ini dengan lancar dan tepat waktu 3. Kepada Ibu Euis Nurul Hidayah., ST. MT. Ph.D selaku Dosen pengajar Mata kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum 4. Kepada kelompok 2-C tim penyusun tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum yang beranggotakan: Erdio Maulana W, Vidryani Amri R, Dimas Eka M, Ghassani Nismara, Bayu Faisal A. M, Ragilliya Royana, Hilda Dinda Dinda O, Aldy Fajar N. , dan Wildan Yuhan R. T. yang selalu membantu dan memberi dukungan dalam penyusunan ujian ak hir.
i
5. Teman-teman Teman-teman angkatan 2015 terutama kelas C’15, atas kritik dan saran serta ilmu
yang
telah
dibagi
sehingga
dapat
membantu
mempercepat
penyelesaian tugas ini.
Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan tugas masih terdapat beberapa kesalahan di dalamnya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penyusun harapkan guna penyempurnaan tugas ini sehingga dapat bermanfaat bagi pembaca.
Surabaya, 25 Juni 2018
Tim Penyusun
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR .................................. ................................................... ................................... ................................... .................... ... i
..................................................... ................................... ................................... ..............................iii .............iii DAFTAR ISI .................................... DAFTAR TABEL. .................................. ................................................... .................................... .................................... ..................... .... vi
................................................... .................................... .................................... .................vii DAFTAR GAMBAR .................................. BAB I PENDAHULUAN I PENDAHULUAN .................................. ................................................... .................................... ................................ ............. 1
1.1 LATAR BELAKANG .................................. .................................................... ................................... .................................. .................1 1.2 MAKSUD DAN TUJUAN ................................... .................................................... .................................... ............................. .......... 2 1.3 R UANG ................................................... .................................... .................................... ................... .. 2 UANG LINGKUP .................................. .................................................... ................................... .................... .. 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................... 2.1 K EBUTUHAN ................................................... .................................... .................................... ................... .. 4 EBUTUHAN AIR .................................. 2.2 K UALITAS ................................................... .................................... ................................ ............. 5 UALITAS AIR BAKU .................................. 2.3 PROSES PENGOLAHAN AIR ................................... .................................................... ................................... ....................... ..... 7 2.3.1 Unit Bangunan Intake........................................................................... 8 A. Pintu Air Air ........................................... ............................................................ ................................... ................................. ............... 18 B. Saluran Pembawa atau Canal .............................................................. 21 C. Screen................................. .................................................. ................................... ................................... ............................. ............ 23 D. Bak Pengump Pengumpul ul ................................... .................................................... ................................... .............................. ............ 33 E. Pompa Pompa intake intake .................................. ................................................... ................................... ................................... ................. 34 2.3.2 Unit Unit Aerasi Aerasi .......................................... ........................................................... ................................... .............................. ............ 35 2.3.3 Unit Prasedimentasi ........................................................................... 56 2.3.4 Unit Koagulasi-Flokulasi.................................................................... 82 A. Koagulasi dan Flokulasi...................................................................... 82 B. Koagulan Koagulan ................................. ................................................... .................................... ................................... ....................... ...... 96 2.3.5 Unit Sedimentasi ................................................................................ 99 2.3.6 Unit Unit Filtrasi Filtrasi ................................................. .................................................................... .................................... ................... 105 2.3.7 Unit Desinfeksi ............................................................................. 119 2.3.8 Reservoar Reservoar ................................ .................................................. .................................... ................................... ..................... .... 123 2.3.9 Profil hidrolis ................................................................................... 125 .................................................... ........................ ....... 127 BAB III DAERAH PERENCANAAN ................................... iii
3.1 K ONDISI ........................................... ......... 127 ONDISI EKSISTING DAERAH PERENCANAAN .................................. 3.1.1 Kondisi Umum Kabupaten Kendal ................................................... 127 A. Secara Geografis dan Adminstrasi .................................................... 127 B. Kondisi Topografi ............................................................................. 128 C. Kondisi Geologi ................................................................................ 129 D. Kondisi Hidrologi ............................................................................. 130 3.1.2 Kondisi Kecamatan Kangkung ......................................................... 131 3.2 PENGOLAHAN DAN A NALISIS DATA.................................. ................................................... ........................ ....... 132 3.2.1 Lokasi Pengambilan Sampel ............................................................ 133 3.2.2 Parameter Air Sungai ....................................................................... 133 3.3 DIAGRAM ALIR METODOLOGI PERENCANAAN................................... ............................................ ......... 134 BAB IV KRITERIA IV KRITERIA PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ................. 137
4.1 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN BANGUNAN I NTAKE NTAKE. .......................... .......................... 137 4.1.1 Canal (Saluran Pembawa) ................................................................ 137 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 137 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 137 4.1.2 Perencanaan dan Perhitungan Pintu Air .................. ......... .................. .................. ................. ........ 138 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 138 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 138 4.1.3 Perencanaan dan Perhitungan Bar Screen ......................................... 139 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 139 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 140 4.1.4 Perencanaan dan Perhitungan Bak Pengumpul Pengumpul ................ ....... .................. ................. ........ 141 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 142 B. Perhitung Perhitungan an ................................ ................................................. .................................... .................................... ................... 142 4.1.5 Perencanaan dan Perhitungan Strainer ................... ......... ................... ................. .................. .......... 143 143 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 143 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 143 4.2 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN AERASI .................................... ............................................. ......... 144 A. Kriteria Perencanaan ................... .......... .................. .................. .................. .................. .................. ................. ........ 144 B. Perhitun Perhitungan gan .......................... ............................................ ................................... ................................... ......................... ....... 145
iv
4.3 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN PRASEDIMENTASI .............................. .............................. 145 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 145 B. Perhitun Perhitungan gan .......................... ............................................ ................................... ................................... ......................... ....... 148 4.4 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN K OAGULASI .................... 153 OAGULASI-FLOKULASI .................... 4.4.1 Koagulasi Koagulasi ................................ .................................................. .................................... ................................... ..................... .... 153 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 153 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 154 4.4.2 Flokulasi Flokulasi ................................. ................................................... .................................... ................................... ..................... .... 156 A. Kriteria Perencanaan ................... .......... .................. .................. .................. .................. .................. ................. ........ 156 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 157 4.5 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN SEDIMENTASI ................................... ..................................... 158 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 158 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 161 4.6 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN FILTRASI .................................... .......................................... ...... 167 A. Kriteria Perencanaan ................... .......... .................. .................. .................. .................. .................. ................. ........ 167 B. Perhitungan. Perhitungan................... ................................... .................................. .................................... .................................. ............... 167 ................................................... .................................... .................................. ............... 170 DAFTAR PUSTAKA ..................................
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Keperlu Keperluan an Air Air Per Per Orang Orang Per Hari ................................................................................5 Tabel 2.2 Parameter Fisik Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Keperluan Higiene Higiene Sanitasi................................................................................................6 Sanitasi................................................................................................6 Tabel 2.3 Parameter Biologi Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Keperluan Higiene Higiene Sanitasi................................................................................................6 Sanitasi................................................................................................6 Tabel 2.4 Parameter Kimia Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Keperluan Higiene Higiene Sanitasi................................................................................................6 Sanitasi................................................................................................6
Kriteriaa Desain Desain Untuk Untuk Pintu Pintu Air Air ................................................................................. 20 Tabel 2.5 Kriteri Kriteria Desain Desain Untuk Untuk Saluran Saluran Pembawa Pembawa ............ ...... ............ ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ............ ......... ... 23 Tabel 2.6 Kriteria Tabel 2.7 Kemampuan Penyisihan Fine Penyisihan Fine Screen Screen .......................................................................... 26
Screen ................................................................................................. 27 Tabel 2.8 Faktor Bentuk Screen Tabel 2.9 Kriteria Desain Untuk Bar Untuk Bar Screen .............................................................................. 27 Tabel 2.10 Kriteri Kriteriaa Desain Desain Untuk Untuk Bak Pengumpul Pengumpul ..................................................................... 34 34 Tabel 2.11 Kriteri Kriteriaa Desain Desain Untuk Untuk Strainer Strainer ................................................................................. 35
Tekanan Uap Air Air yang yang Berkontak dengan dengan Udara ............ ...... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ........ 38 Tabel 2.12 Tekanan Tabel 2.13 Pengaruh Suhu terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada Tekanan 1 atm .... 39 Tabel 2.14 Desain dan Karakteristik Operasi Aerator ................................................................. 46
Klasifikasi asi aerator aerator mekanik mekanik ...................................................................................... 55 Tabel 2.15 Klasifik Tabel 2.16 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Berbagai Sumber Sumber .................................................... 74 Tabel 2.17 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Berbagai Sumber Sumber .................................................... 83
Gradien Kecepatan dan dan Waktu Pengadukan ............ ...... ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ...... 86 Tabel 2.18 Nilai Gradien Tabel 2.19 Konstanta K 1 dan K 2 untuk Tangki Tangki Bersekat Bersekat............................................................. 91 Tabel 2.20 Jenis Koagulan berdasarkan berdasarkan pH optimum ............ ...... ............ ............ ............ ........... ........... ............ ............ ............ ............ ...... 98 Tabel 2.21 Perbedaan Kriteria Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Pasir Lambat ........ ............ ...... ............ ............ ........ 111 Tabel 2.22 Perbedaan Kriteria Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Pasir Lambat ........ ............ ...... ............ ............ ........ 114 Tabel 3.1 Luas Wilayah Wilayah Kabupate Kabupaten n Kendal Kendal ............................................................................. 127
Kabupaten Kendal ..... .. ... 131 Tabel 3.2 Panjang Sungai Dan Debit Masing-masing Sungai di wilayah Kabupaten Tabel 3.3 Luas Wilayah Kecamatan Kangkung ................................ .................................... 132 Tabel 3.4 Parameter Air Sungai Blukar Pada Titik Sampel 7 .................................................... 134
Tabel 4.1 Kriteri Kriteriaa Perencan Perencanaan aan Bar Screen Screen ............................................................................... 139 Screen ............................................................................................... 140 Tabel 4.2 Faktor Bentuk Screen Tabel 4.3 Konstanta K T dan K L untuk Tangki Bersekat Bersekat ............................................................ 153 Tabel 4.4 Kriteri Kriteriaa Impeller Impeller ...................................................................................................... 154
vi
DAFTAR GAMBAR yang biasa digunakan dalam proses pengolaha ...... .......7 ...... .7 Gambar 2.1 Unit-unit operasi dan proses yang Macam-macam Design Intake Intake ..................................................................................8 Gambar 2.2 Macam-macam Design Gambar River Intake ................................................................................. 10 Gambar 2.3 Contoh Gambar River Gambar 2.4 River Intake I.........................................................................................................11 Gambar 2.5 River Intake II ....................................................................................................... 12 Gambar 2.6 River Intake III ...................................................................................................... 12 Gambar 2.7 Direct Intake ......................................................................................................... 13 Gambar 2.8 Canal Intake Intake .......................................................................................................... 13 Gambar 2.9 Reservoir (Dam (Dam Intake) Intake) I ....................................................................................... 14 Gambar 2.10 Reservoir (Da Reservoir (Dam m Intake) Intake) II .................................................................................... 14 Gambar 2.11 Spring Intake Intake ....................................................................................................... 15 Gambar 2.12 Pengambila Pengambilan n Air Baku dari Air Air Hujan Hujan .................................................................. 17 Gambar 2.13 Penggunaa Penggunaan n Pintu Air Intake................................................................................ Intake................................................................................ 18 Screen ......................................................................................................... 24 Gambar 2.14 Jenis Screen Gambar 2.15 Screen dengan Screen dengan Pembersihan Secara Manual (a) dan Mekanik (b) ............ ...... ............ ............ ........ .. 25 Gambar 2.16 Jenis Fine Screen : Screen : (a) Inclined (a) Inclined Screen (b) Screen (b) Rotary Rotary Drum Screen Screen (c) (c) Fixed Fixed Parabolic Screen ....................................................................................................................................... 26 Screen di Intake (atas), Potongan Memanjang Saluran Dan Screen Dalam Screen Dalam Suatu Gambar 2.17 Screen di Saluran Saluran ................................................ ...................................................................................... 30 Gambar 2.18 Pembersihan Screen Secara Secara Manual Manual ..................................................................... 32 Gambar 2.19 Pembersihan Screen Secara Secara Mekanik Mekanik ................................................................... 32 Gambar 2.20 Strainer Strainer Tipe Bentuk Jamur Jamur ................................................................................. 34 Gambar 2.21 Macam-macam Tipe Aerator Tipe Aerator ............................................................................... ............................................................................... 35 35 Gambar 2.22 Model Model Tranfer Tranfer Gas Dua-Film Dua-Film .............................................................................. 47 Gambar 2.23 Aerator Tipe Cascade Cascade .......................................................................................... 47 Gambar 2.24 Cascade Aerator tampak atas .............................................................................. 48 48 Gambar 2.25 Submerged Cascade Aerator ................................................................................ 48 Gambar 2.26 Multiple Platform Aerator Aerator ................................................................................... ................................................................................... 49 Gambar 2.27 Tray Aeration ................................................................ Aeration ................................................................ ...................................... 49 49 Gambar 2.28 Spray Aerator ...................................................................................................... 51 Gambar 2.29 Spray Aerator ...................................................................................................... 52 Gambar 2.30 Bubble Aerator .................................................................................................... 56 Sketsa Perforated Wall ............................................................ ............................ 60 Gambar 2.31 Sketsa Perforated Gambar 2.32 Pergerakan Partikel Pada Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Aliran Horizontal Aliran Horizontal ........................... ...........................62 Bak Rectangular Ideal ................................ ....................................... 63 Gambar 2.33 Profil Pada Bak Rectangular Gambar 2.34 Pengendapan Partikel pada Aliran Aliran Laminer dan Turbulen Turbulen ............ ...... ............ ............ ............ ............ ........ 65 Gambar 2.35 Beragam Beragam Susunan Susunan Pelimpa Pelimpah h pada Outlet .............................................................. 75 Gambar 2.36 Contoh Contoh v-notch v-notch .................................................................................................... 75 Gambar 2.37 Hopper pada Hopper pada Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Bentuk Rectangular Bentuk Rectangular ......................................... ......................................... 76 Gambar 2.38 Zona Lumpur pada Tengah Bak ........................................................................... 77 Gambar 2.39 (a) Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight, (b Peralatan Pembersih Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight 3 Dimensi................................................................. Dimensi ................................................................. 78 Gambar 2.40 Sketsa Peralatan Pembersih Pembersih Lumpur Tipe Travelling Bridge................................. Bridge................................. 78 Gambar 2.41 Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Bentuk Circular (a) Tipe Center Feed (b) Tipe Peripheral Tipe Peripheral Feed .................................................................................................................................................. 79 Gambar 2.42 Hopper pada Hopper pada Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Bentuk Circular ............................................... 81
vii
Scraper pada Bak Circular .................. Circular .................. 81 81 Gambar 2.43 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Gambar 2.44 Gaya-gay Gaya-gayaa pada koloid ........................................................................................ 83 Gambar 2.45 Gambaran Gambaran proses proses koagulasi-f koagulasi-flokulas lokulasii ................................................................... 84 Gambar 2.46 Peralatan Jar Peralatan Jar test ........... ........... ...................................................................................... 85 Gambar 2.47 Unit Flokulasi Flokulasi...................................................................................................... 89 Gambar 2.48 Tipe paddle Tipe paddle (a) (a) tampak tampak atas, (b) (b) tampak samping samping ............ ...... ............ ........... ........... ............ ............ ............ ........ .. 90 Gambar 2.49 Tipe turbine dan turbine dan propeller propeller : : (a) turbine blade lurus, blade lurus, (b) turbine blade dengan blade dengan piringan, (c) turbin dengan dengan blade menyerong, blade menyerong, (d) propeller (d) propeller 2 2 blade, blade, (e) propeller (e) propeller 3 3 blade blade ........... 90 Gambar 2.50 Pengaduka Pengadukan n cepat cepat dengan dengan alat -pengaduk -pengaduk............................................................. 91 91 Gambar 2.51 Pengaduka Pengadukan n cepat cepat dengan dengan terjunan terjunan....................................................................... 93 Gambar 2.52 Denah pengadukan lambat dengan baffled channel ............................................... 93 Gambar 2.53 Pengaduka Pengadukan n cepat cepat secara secara pneumatis pneumatis ..................................................................... 94 Gambar 2.54 Unit berulang berulang Al-OH Al-OH (PAC) ................................................................................ 97 Scraper pada Bak Circular .................. Circular .................. 99 99 Gambar 2.55 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Scraper pada Bak Circular ................ Circular ................ 104 Gambar 2.56 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Gambar 2.57 Bagian-ba Bagian-bagian gian filtrasi filtrasi......................................................................................... ......................................................................................... 107 Gambar 2.58 Aliran Aliran air pada saat operasi operasi filter........................................................................ 108 Gambar 2.59 Aliran Aliran air pada saat pencucian filter ................................................................... 108 108 Gambar 2.60 Skema Skema filter filter pasir pasir lambat lambat ................................................................................... 110 Gambar 2.61 Sistem underdrain dengan underdrain dengan model manifold pipe pipe ................................................. 118 Gambar 2.62 Sistem underdrain dengan underdrain dengan model perforated model perforated plate ............................................. 119 Gambar 2.63 Sistem underdrain dengan model nozzle dan nozzle dan strainer strainer .......................................... 119 Gambar 2.64 Bak khlorinas khlorinasii ................................................................................................... 121 Gambar 3.1 Peta Loka si Pengambilan Sampel Air Sungai Kali Blukar ............................... 133 Gambar 3.2 Diagram Diagram Alir Metodologi Metodologi Perencana Perencanaan an ................................ ............................... 134 Gambar 3.3 Bagan Bagan Unit Pengolahan Pengolahan Air ................................................................................ 135 Gambar 4.1 Strainer Strainer Tipe Bentuk Bentuk Jamur Jamur ................................................................................. 143 Spesifikasii V-Notc V-Notch............................................................................................. h............................................................................................. 148 Gambar 4.2 Spesifikas Grafik Perfomace Removal Removal Zon Zonaa Pengenda Pengendapan pan .................................................... 150 Gambar 4.3 Grafik Perfomace Gambar 4.4 Grafik Perfomace Grafik Perfomace Removal Removal Zon Zonaa Pengenda Pengendapan pan .................................................... 162
viii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi kehidupan manusia. Karena itu, jika kebutuhan akan air belum tercukupi maka dapat memberikan dampak yang besar terhadap kerawanan kesehatan maupun sosial. Seiring dengan meningkatnya populasi penduduk maka kebutuhan air dengan sendirinya akan meningkat. Peningkatan ini diiringi pula dengan peningkatan masalah yang berhubungan dengan kualitas air baku yang dapat digunakan sebagai s ebagai sumber air bersih Permasalahan yang timbul yakni sering dijumpai bahwa kualitas air tanah 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 diminum. Air yang 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 harus sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 tentang standar baku mutu kesehatan lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk keperluan higiene sanitasi, kolam renang, solus per aqua , dan pemandian umum. Pemakaian air minum yang tidak memenuhi standar kualitas tersebut dapat menimbulkan gangguan kesehatan, baik secara langsung dan cepat maupun tidak langsung dan secara perlahan. Untuk mendapatkan air bersih yang layak dan aman untuk dikonsumsi (terutama untuk air minum) perlu adanya suatu proses dari air baku menjadi air yang layak digunakan, selalu melalui suatu pengolahan yang yang bertujuan memperbaiki kualitas air. Pengolahan air bisa dimulai dengan menggunakan sistem yang sederhana dan dapat juga dengan pengolahan yang lengkap, sesuai dengan tingkat kebutuhan yang diperlukan tergantung dari kualitas badan air yang akan diolah. Semakin rendah kualitas air maka semakin berat pengolahan yang yang dibutuhkan. 1
Untuk itu dalam perencanaan bangunan pengolahan air limbah kali ini, kami memilih sumber air dari sungai Blukar yang terletak di kabupaten Kendal, Jawa Tengah. Untuk pengambilan sampel dilakukan pada titik 7 di jembatan Desa di Tanjungmojo, Kecamatan Kangkung, Lokasi Pengambilan sampel ini setelah industri pengolahan ikan PT. Sinar Bahari Agung dan PT. Laut Jaya Abadi. Abadi. Dengan mengetahui kriteria perencanaan dan pera ncangan dari suatu bangunan pengolahan air maka tujuan yang hendak dicapai untuk mendapatkan air bersih yang baik aman dan layak (terutama (t erutama untuk pemenuhan kebutuhan air minum) dari segi investasi dan operasi dapat tercapai.
1.2 Maksud dan Tujuan
Maksud dari pelaksanaan tugas ini adalah agar mahasiswa mengetahui permasalahan yang ditimbulkan dan pemecahannya di lapangan pekerjaan pada umumnya dan mampu merencanakan suatu bangunan pengolahan air minum pada khususnya. Sedangkan tujuan disusunnya disusunnya laporan ini adalah agar: a gar: 1. Mampu mengenal prinsip dasar dan memahami tata cara penyusunan dalam merencanakan suatu sistem bangunan pengolahan air minum. 2. Mampu melakukan perhitungan dan mengambil keputusan berdasarkan perhitungan yang yang ada dalam suatu perencanaan. 3. Mampu membuat perencanaan sistem bangunan air minum.
1.3 Ruang Lingkup
Dalam merencanakan unit – – unit unit dalam bangunan pengolahan air minum, diperlukan pertahapan tertentu sebagai berikut : 1. Mendesain suatu Instalasi Pengolahan Air Minum (IPAM) terletak di kabupaten Kendal, Jawa Tengah sesuai tahapan-tahapan pembuatan suatu desain IPAM yang lazim serta modifikasi dan perkembangan tahun-tahun terakhir yang mengambil air dari Sungai Blukar. 2. Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum (PBPAM) ini berdasarkan pemilihan teknologi pengolahan air.minum yang sangat dipengaruhi oleh
2
kualitas air baku yang berasal dari Sungai Kali Blukar, di samping standar kualitas air minum yang ingin dicapai. Untuk perencanaannya meliputi : a) Rencana dasar terdiri dari : - Kebutuhan air agar dapat didesain kapasitas instalasi pengolahan air minum sehingga kebutuhan masyarakat dapat terpenuhi. - Membangun
instalasi
air
minum
secara
bertahap
sesuai
dengan
meningkatnya penduduk. - Analisis kualitas air baku, dengan mengetahui parameter-parameter dalam air bersih dan juga kegunaan tiap parameter. - Alternatif dan pemilihan unit operasi dan unit proses PBAM, dengan menentukan jenis pengolahan yang tepat serta ekonomis. b) Rencana detail terdiri dari Maksud, tujuan, fungsi, criteria perencanaan, perhitungan unit operasi dan unit proses PBAM serta perhitungan hidrolis dan penggunaan bahan kimia. c) Rencana gambar desain meliputi tampak atas (denah) ,depan, samping dan layout. 3. Dasar-dasar teori yang secara langsung mendukung perencanaan dan perhitungan harus diuraikan secara jelas tapi ringkas disertai dengan sumber pustaka selain itu juga menggunakan menggunakan tabulasi yang ada. 4. Lokasi penempatan IPAM pada daerah relatif datar dengan luas yang memadai hingga akhir tahun perencanaan.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Kebutuhan Air
Hal yang menjadi perhatian yang berkaitan dengan kuantitas air bersih adalah mengenai pemakaian dan kebutuhan air. Pemakaian air bertitik tolak dari jumlah air yang terpakai dan sistem yang ada walau bagaimanapun kondisinya. Pemakaian air dapat terbatas oleh karena terbatasnya air yang tersedia pada sistem yang dipunyai dan belum tentu sesuai dengan d engan kebutuhanny kebut uhannya.Pengertian a.Pengertian kebutuhan air adalah jumlah air yang diperlukan secara wajar untuk keperluan pokok manusia dan kegiatan-kegiatan lainnya yang memerlukan air. Kebutuhan air menentukan besaran sistem dan ditetapkan berdasarkan pengalaman pengalaman dan pemakaian air (Chatib, 1996:15). Kebutuhan air bersih berbeda antara kota yang satu dengan kota yang lainnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan air bersih menurut Linsey and Franzini (1986) adalah : 1. Iklim 2. Ciri-ciri penduduk 3. Masalah lingkungan hidup 4. Keberadaan industri dan perdagangan 5. Iuran air dan meteran 6. Ukuran kota
Berdasarkan standar WHO, jumlah minimal kebutuhan air adalah 60 l/jiwa/hari (Chatib, 1996:19). Kebutuhan ini akan meningkat sampai tercapai pemenuhan kebutuhan yang memuaskan atau sampai harga air membatasi pemakaian. Menurut Departemen Kesehatan, standar keperluan air per orang per hari adalah sebesar 150 liter per hari sepert i yang dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut ini :
4
Tabel 2.1 Keperluan Air Per Orang Per Hari (Standar Departemen Kesehatan) No Keperluan Air yang dipakai
1
Minum
2,0 liter
2
Memasak, kebersihan dapur
14,5 liter
3
Mandi, kakus
20 liter
4
Cuci pakaian
13 liter
5 6 7
Air Wudhu Air untuk kebersihan rumah Air untuk menyiram Air untuk mencuci kendaraan
15 liter 32 liter 11 liter
8 9
Air untuk keperluan lainlain
Jumlah Sumber: Rachman, 2005
22,5 liter 20 liter 150 liter
2.2 Kualitas Air Baku
Kualitas air bersih apabila ditinjau berdasarkan kandungan bakterinya menurut SK.Dirjen PPM dan PLP No. 1/PO.03.04.PA.91 dan SK JUKLAK PKA Tahun 2000/2001,dapat dibedakan dibedakan ke dalam 5 kategori sebagaiberikut : 1. Air bersih kelas A ketegori baik mengandung total koliform kurang dari 50. Air yang peruntukannya dapat digunakan digunakan untuk air baku air minum. 2. Air bersih kelas B kategori kurang baik mengandung koliform 51-100 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air air tawar, peternakan, mengairi pertanaman. 3. Air bersih kelas C kategori jelek mengandung koliform 101-1000 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan,mengairi pertanaman. 4. Air bersih kelas D kategori amat jelek mengandung koliform 1001-2400 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman. 5. Air bersih kelas E kategori sangat amat jelek mengandung koliform lebih2400mg/l.
5
Air baku yang berkualitas harus memenuhi syarat – syarat yang mencakup sifat – – sifat sifat fisika dan kimia air. Syarat ini harus sesuai dengan standar yang telah dikeluarkan oleh Permenkes Nomor 32 tahun 2017. Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan untuk media air untuk keperluan higiene sanitasi meliputi parameter fisik, biologi, dan kimia yang dapat berupa parameter wajib dan parameter tambahan.
Tabel 2.2 Parameter Fisik Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No
1 2 3
Parameter Wajib
Unit
Kekeruhan Warna Zat padat terlarut (Total Dissolved Solid)
NTU TCU
4
Suhu
5 6
Rasa Bau
tandar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 25
50
Mg/L
1000
oC
Suhu udara 3 Tidak berasa Tidak berbau
Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017
Tabel 2.3 Parameter Biologi Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No
Parameter Wajib
Unit
1 Total coliform CFU/100 mL 2 E.coli CFU/100 mL Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017
Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 50
0
Tabel 2.4 Parameter Kimia Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No
1 2 3
Parameter Wajib
pH Besi Fluorida
4 Kesadahan (CaCo3) 5 Mangan 6 Nitran sebagai N 7 Nitrit sebagai N 8 Sianida 9 Deterjen Tambahan
Unit
Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L
Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 6,5 – 6,5 – 8,5 8,5
1 1,5 500 0,5 10 1 0,1 0,05
6
No
Parameter Wajib
Unit
11 Air raksa 12 Arsen 13 Kadmium 14 Kromium (valensi 6) 15 Selenium 16 Seng 17 sulfat 18 Timbal Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017
Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L
Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 0,001
0,05 0,005 0,05 0,01 15 400 0,05
Agar baku mutu air minum dapat terpenuhi, maka diperlukan berbagai usahan untuk menjaga kualitas air, yaitu (winarni, 1996:17): a. Kontrol pada sumber air dapat dilakukan dengan pemilihan sumber air, control terhadap sumber polusi yang masuk ke sumber air, perbaikan kualitas sumber, control pertumbuhan biologi. b. Instalasi pengolahan air yang tepat c. Kontrol pada sistem transmisi dan distribusi untuk mencegah kontaminan.
2.3 Proses Pengolahan Air
Menurut Reynolds (1982:1), berdasarkan fungsinya unit-unit operasi dan unitunit proses di teknik lingkungan dapat diklasifikasikan menjadi 3 k lasifikasi, yaitu pengolahan fisik, kimia kimia dan biologi. Unit-unit operasi dan proses yang biasa digunakan dalam proses pengolahan air terdiri dari:
INTAKE
SEDIMENTASI 1
AERASI
PRASEDIMENTASI
FILTRASI
DESINFEKSI
KOAGULASIFLOKULASI
Gambar 2.1 Unit-unit operasi dan proses yang biasa digunakan dalam proses pengolahan (Sumber: Rahman, 2005)
7
2.3.1 Unit Bangunan Intake
Macam-macam Design Intake Gambar 2.2 Macam-macam Design Bangunan intake berfungsi sebagai penyadap atau penangkap air baku yang berasal dari sumbernya, dalam hal ini sungai. River intake menggunakan pipa penyadap dalam bentuk sumur pengumpul. Intake ini lebih ekonomis untuk air sungai yang mempunyai perbedaan level muka air pada musim hujan dan musim kemarau yang cukup tinggi. Lokasi Intake harus memperhatikan beberapa faktor di bawah ini : 1) Kualitas air yang tersedia harus baik. 2) Berlokasi di tempat dimana tidak terdapat arus atau aliran kuat yang dapat merusak intake. 3) Selama banjir, air tidak boleh masuk ke dalam intake. 4) Sebaiknya sedekat mungkin dengan stasiun pemompaan. 5) Pasokan tenaga harus tersedia dan dapat digunakan. 6) Angin yang menyebabkan sedimentasi harus dihindar i. 7) Lokasi harus mudah dijangkau dan dekat tempat pengolahan sehingga meminimalkan biaya perpipaan. 8) Lokasi sebaiknya tidak berada di d i wilayah cekungan. 9) Sebaiknya tertutup untuk mencegah sinar matahari yang bisa menstimulus pertumbuhan pertumbuhan lumut atau ganggang ganggang di air ataupun pengotor-pengotor dari luar. luar. 10) Tanah tempat dibangunnya intake harus stabil.
8
11) Bangunan intake harus kedap air. 12) Pipa inlet ditempatkan dibawah permukaan sungai atau danau untuk mendapatkan air yang lebih dingin dan mencegah masuknya benda-benda yang mengapung. 13) Sebaiknya terletak agak jauh dari bahu sungai untuk mencegah kemungkinan pencemaran. 14) Sebaiknya terletak pada bagian hulu kota.
Menurut sumber air baku yang diambil, Bangunan Penyadap Air terbagi menjadi bangunan penyadap air dari mata air, bangunan penyadap air sungai, dan bangunan peyadap peyadap air tanah atau sumur dalam. 1. Penyadapan dari Mata Air Mata air merupakan prioritas utama dalam sistem penyediaan air minum, karena tidak perlu diproses dan da n hanya perlu pembubuhan desinfektan. Keberlangsungan sumber mata air sangat dipengaruhi oleh daerah resapan (catchment area). area). Oleh karena itu catchment area perlu area perlu dilindungi untuk menjaga kapasitas air sumber. Daerah resapan tersebut harus terjaga kelestariannya dengan melindunginya dari penebangan penebangan liar. Tanaman Tanaman yang tumbuh atau ditanam di wilayah tersebut juga harus dapat menyerap atau at au menyimpan air dengan baik. Dalam merencanakan bangunan pengambil (penyadap) sedapat mungkin tidak mengubah struktur tanah di sekitar mata air, dengan tetap mengikuti kaidah ilmu tentang bangunan air. Karena itu sebaiknya penyadapan dilakukan diluar lokasi mata air sehingga kondisi alam disekitar mata air tetap natural. Air permukaan dekat mata air sebaiknya tidak meresap ke t anah dan bercampur dengan mata air. Untuk itu perlu dibuatkan saluran untuk mengalirkan air permukaan secepat mungkin. Dinding pemotong hendaknya dibuat cukup dalam di lapisan yang mengandung air. Chamber sebaiknya dilengkapi dengan perpipaan, value, manhole, dan overflow weir. Bangunan penyadap air dari mata air sering dikenal dengan istilah “bronkaptering ”. ”. Bangunan penyadap air dari mata air ini umumnya terbua t dari pasangan batu atau pasangan beton. Sedangkan bentuknya disesuaikan dengan
9
jenis dan keadaan sekitar sek itar mata air a ir tersebut, t ersebut, misalnya bangunan penyadap air a ir dari dar i mata air yang keluar dari rekahan batu pada tebing berbeda dengan bangunan penyadap air dari mata air yang keluar dari tanah yang yang datar.
2. Penyadapan dari Air Permukaan Adapun jenis-jenis intake-nya, yaitu : a. River intake b. Direct intake c. Canal intake d. Dam intake (reservoir (reservoir intake) intake) e. Spring intake
a. River Intake I ntake
Gambar River Intake Gambar 2.3 Contoh Gambar River River intake, adalah intake yang digunakan untuk menyadap air baku yang berasal dari sungai atau danau. River danau. River Intake terdiri Intake terdiri atas sumur beton berdiameter 3 – 6 m yang dilengkapi 2 atau lebih pipa besar yang disebut penstock . Pipapipa tersebut dilengkapi dengan katup sehingga memungkinkan air memasuki intake secara berkala. Air yang terkumpul dalam sumur kemudian dipompa dan dikirim kedalam instalasi pengolahan. River Intake terletak Intake terletak pada bagian hulu kota untuk menghidari pencemaran oleh air buangan. Intake ini lebih ekonomis untuk air sungai yang mempunyai perbedaan level muka air pada musim hujan dan musim
10
kemarau yang cukup tinggi. Kelengkapan dan cara kerja River Intake : - Saluran Pembawa
: untuk mengalirkan mengalirkan air dengan elevasi tertentu dan menjaga energi potensial air tetap terjaga
- Screen
: menyisihkan benda – benda – benda benda besar misalnya ranting, daun dan sebagainya.
- Sumur pengumpul
: untuk untuk menampung menampung air dari badan air melalui pipa inlet sesuai dengan denga n debit yang dibutuhkan. dibutuhk an.
- Strainer
: menyaring benda – benda – benda benda kecil misalnya : kerikil, ker ikil, biji bijian.
- Suction Pipe
: mengambil air dari sumur pengumpul setelah melalui strainer strainer kemudian diolah.
-
Gambar 2.4 River Intake I
11
Gambar 2.5 River Intake II
Gambar 2.6 River Intake III
b. Direct Intake Biasanya digunakan untuk sumber air dari danau atau sungai yang dalam dimana kemungkinan terjadinya erosi pada dinding dan pengendapan pada bagian dasar. Kelengkapan dan cara kerja: - Strainer
: menyisihkan benda – benda – benda benda kecil, misalnya kerikil, biji – biji – bijian bijian dan sebagainya.
- Pipa hisap : berguna berguna untuk mengambil air setelah setela h melalui strainer. stra iner.
12
Gambar 2.7 Direct Intake (Sumber: Hadi, W. 2000. Hal 23-24)
c. Canal Intake Digunakan untuk air yang berasal dari Canal . Dinding chamber sebaiknya terbuka ke arah Canal dan dilengkapi dengan saringan kasar. Dari chamber air dialirkan dengan pipa yang ujungnya terdiri dari Bell Mouth yang terbentuk setengah bola yang perforated (berlubang – (berlubang – lubang). lubang). Kelengkapan dan cara kerja Canal Intake : - Screen
: menyisihkan benda – benda – benda benda , misalnya ranting, r anting, daun, batu, dan sebagainya.
- Bell Mouth Strainer : menyisihkan benda-benda kecil, misalnya kerikil, biji – biji – bijian dan sebagainya. - Pipa Supply
: mengambil air dari bak pengumpul setelah set elah Bell Bell Mouth Strainer.
Gambar 2.8 Canal Intake (Sumber: Hadi, W. 2000. Hal 23-24)
13
d. Reservoir (Dam (Dam Intake) Digunakan untuk air yang diambil dari dam, baik yang alamiah maupun dari dam. Menara intake dibuat terpisah dengan dam pada bagian up stream. stream. Beberapa inlet pada beberapa muka air dibuat di menara untuk dapat mengambil air yang berfluktuasi muka muka airnya. Jika air di reservoir dapat mengalir secara gravitasi, maka tidak diperlukan pemompaan dari menara. Kelengkapan dan cara kerja Reservoir kerja Reservoir Intake sebagai Intake sebagai berikut : - Pipa Inlet dengan Screen
: pipa yang mengambil air dari badan air dengan dilapisi penyaring untuk menyisihkan benda besar, misalnya : ranting, batu, daun dan sebagainya.
- Sumur Pengumpul
: tempat air yang diambil dari badan air melalui pipa inlet.
- Pipa Hisap
: pipa yang berfungsi untuk mengambil air dari sumur pengumpul menuju ke pengolahan
Gambar 2.9 Reservoir (Dam Intake) I
Gambar 2.10 Reservoir (Dam (Dam Intake) II
14
e. Spring Intake Digunakan untuk air yang diambil dari mata air dalam pengumpul air dari mata air, haruslah dijaga supaya kondisi tanah tidak terganggu. Air permukaan dekat mata air sebaiknya tidak meresap ke dalam tanah, dan bercampur dengan air dari mata air. Untuk itu perlu dibuat saluran untuk mengalirkan air permukaan ini secepat mungkin. Dinding pemotong hendaknya dibuat cukup dalam dan lapisan yang mengandung air. air. Jika air a ir membawa banyak pasir. Cara kerja Spring Intake: Intake: - Saluran Air
: masuknya air dari mata air ke dalam bak pengumpul. pengumpul.
- Bak Pengumpul
: tempat berkumpulnya berkumpulnya air sebelum diolah
- Presettling
: mengendapkan benda – benda benda kecil, misalnya pasir yang terbawa melalui saluran.
- Pipa Supply dengan Strainer
: dialirkan dialirkan air dari dari bak pengumpul melalui pipa dengan menyalurkan benda – denda kecil seperti pasir
Gambar 2.11 Spring Intake
15
3. Air baku dari Air Tanah Pemilihan bangunan pengambilan air tanah dibedakan menjadi sumur dangkal dan sumur dalam. a) Sumur air tanah dangkal Pemilihan sumur dangkal secara umum dilakukan dengan pertimbangan kebutuhan air di daerah perencanaan kecil, kapasitas sumur mencukupi pada saat kritis atau kemarau. Umumnya dipergunakan dalam kapasitas relatif kecil dan kedalaman air di bawah 30 meter (umumnya 15 meter), dengan diameter paling kecil adalah 60 cm. Bangunan pengambilan umumnya terbuka dan untuk menghindari kontaminasi sekaligus sebagai penguat, bagian dinding sumur dipasang casing beton bertulang.
b) b) Sumur air tanah dalam Pemilihan sumur dalam dilakukan dengan pertimbangan kebutuhan air di daerah perencanaan cukup besar, kapasitas sumur dalam mencukupi sedangkan kapasitas sumur dangkal tidak memenuhi dan potensi mata air tidak memungkinkan. Sumur dalam berupa sumur pompa tangan (SPT) dengan kedalaman maksimal 30 meter, meliputi pipa tegak (pipa hisap), pipa selubung, saringan, dan shock reducer. Sumur pompa benam (submersible pump) meliputi pipa hisap, pipa selubung, saringan, pipa observasi, reducer, dop socket, tutup sumur, kerikil, panel dan energi listrik. Apabila jumlah sumur lebih dari satu, jarak antar sumur perlu dipertimbangkan untuk menghindari pengaruh sumur satu dengan yang lain . c) Pengambilan Air Baku dari Air Hujan Pengambilan air baku dari air hujan biasanya menggunakan atap gabungan rumahrumah penduduk, masjid, kantor desa atau bangunan umum lainnya sebagai penangkap air hujan, dan kemudian di alirkan ke bak penampung. (Lihat Gambar 2.12)
16
Desain bak penampung air hujan (PAH) harus memenuhi volume minimal 15 l/org/hari untuk kebutuhan maksimal jumlah bulan musim kering dalam satu tahun. Bak penampung dibuat sederhana terbuat dari bahan kedap air berupa pasangan bata, beton atau fiberglass atau fiberglass. Menurut UNEP dalam Yulistyorini (2011), beberapa sistem PAH yang dapat diterapkan adalah sebagai berikut: •
Sistem atap (roof (roof system) system) menggunakan atap rumah secara individual memungkinkan air yang akan terkumpul tidak terlalu signifikan, namun apabila diterapkan secara masal maka air yang terkumpul sangat melimpah;
•
Sistem permukaan tanah (land ( land surface catchment areas) areas) menggunakan permukaan
tanah
merupakan
metode
yang
sangat
sederhana
untuk
mengumpulkan air hujan. Dibandingkan dengan sistem atap, PAH dengan sistem ini lebih banyak mengumpulkan air hujan dari daerah tangkapan yang lebih luas. Air hujan yang terkumpul dengan sistem ini lebih cocok digunakan untuk pertanian, karena kualitas air yang rendah. Air ini dapat ditampung dalam embung atau danau kecil. Namun, ada kemungkinan sebagian air yang tertampung akan meresap ke dalam tanah.
Gambar 2.12 Pengambilan Air Baku dari Air Hujan (Sumber: Standar Kebutuhan Air dan Komponen Unit SPAM, I Putu Gustave)
17
Efisiensi air hujan yang ditangkap ditentukan oleh koefisien tangkapan air hujan, dimana koefisien ini merupakan prosentase air hujan yang ditangkap dari sistem PAH yang memperhitungkan ke- hilangan air. Koefisen ini bergantung dari desain sistem PAH dan pemanfaatan air hujan untuk memenuhi kebutuhan air. Untuk kebutuhan indoor koefisien efisiensi sebesar 75-90%, sedangkan untuk kebutuhan outdoor sebesar sebesar 50%.
iver I nta ntake, karena air yang Dalam tugas ini intake yang digunakan adalah R iver digunakan adalah air baku permukaan yang berasal dari sungai. Berikut adalah penjelasan perencanaan dari bagian-bagian bangunan intake yang direncanakan: A. Pintu Air
Gambar 2.13 Penggunaan Penggunaan Pintu Air Intake
Pintu air intake digunakan untuk menyadap dan mengontrol air yang akan dialirkan ke saluran irigasi melalui kantong lumpur. Bagian ini juga dilengkapi dengan pintu yang dapat dibuka dan ditutup, sehingga besar kecilnya air yang akan disadap dapat dikontrol dengan baik. Pada sebuah bendung, tempat pengambilan atau intake ada beberapa: bisa terdiri terdir i dari dua buah, yaitu kiri dan kanan, dan bisa juga hanya sebuah, tergantung dari tata letak daerah yang akan diair Bila tempat pengambilan terdiri dua buah, menuntut adanya bangunan penguras dua buah pula. Terkadang bila salah satu pintu pengambilan tersebut debitnya kecil, maka pengambilan lewat sebuah gorong yang dibuat pada tubuh
18
bendung. bendung. Hal ini menyebabkan tidak perlu membuat dua bangunan penguras pe nguras dan cukup satu saja
Bagian-bagian pintu air intake: Pintu air intake suatu alat yang memiliki beberapa bagian atau part , adapun
bagian-bagian yang terpenting dari dari pintu air antara lain: Daun pintu ( gate leaf )
Adalah bagian dari pintu air yang dapat menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk untuk membuka, membuka, mengatur, dan menutup aliran air frame) Kerangka pengatur arah gerakan ( guide frame) Adalah sebuah alur yang terbuat dari besi maupun baja yang dipasang kedalam beton yang digunakan untuk u ntuk menjaga agar ag ar gerakan dari daun pintu sesuai dengan de ngan yang direncanakan Anchorage) Angker ( Anchorage) Adalah baja atau besi yang ditanam didalam beton dan digunakan untuk menahan kerangka pengatur arah gerakan agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton Hoist
Adalah alat yang digunakan untuk menggerakan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah
Kegunaan Pintu Air Intake:
- Untuk kebutuhan irigasi Dengan adanya pintu air intake dapat digunakan untuk membendung sumber air, yang bertujuan sebagai kebutuhan irigasi yaitu mempermudah dalam pengairan lahan pertanian ataupun perkebunan perkebunan - Pembangkit Pembangkit energi e nergi Air bendungan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga air, yaitu air dialirkan menuju ke turbin kemudian turbin yang dialiri oleh air itu memiliki poros yang sama dengan rotor generator sehingga ketika turbin berputar, rotor generator juga ikut berputar. Dengan berputarnya rotor generator, maka stator
19
generator akan menghasilkan energi listrik yang kemudian dapat disuplai ke jaringan - Pembagi atau pengendali banjir Pintu air intake ini sangat diperlukan untuk pengendalian keluar masuk air, sehingga banjir bisa dicegah. Pintu air yaitu bangunan penunjang pada suatu bendungan. bendungan. Ini datur dan difungsikan untuk mengatur air disungai., bendungan penaha banjir, maupun ditanggul sungai. Bila terjadi banjir, air dikuran dengan cepat. - Pembilas pada berbagai keadaan debit sungai Pintu air intake juga berfungsi untuk pembilas atau mencegah bahan sedimen kasar kedalam saluran irigasi
Tabel 2.5 Kriteria Desain Untuk Pintu Air No 1
2
Bagian-bagian Lebar pintu air (Lp)
Kriteria Kriteri a desain < 3m
Kecepatan aliran (Vp)
< 1 m/s
Persamaan yang dapat dipergunakan untuk menghitung headloss headloss yang terjadi pada pintu air adalah:
HL =
2,746 2/3
............................................................. .............................. ........................................ ......... (2.1)
Keterangan: - HL = Headloss pada pintu air
(m)
- Q
(m3/s)
= Debit air yang masuk melalui pintu air
- Hf = Tinggi bukaan pintu air
(m)
- L p = Lebar pintu air
(m)
20
B. Saluran Pembawa atau Canal
Saluran Pembawa adalah saluran yang mengantarkan air dari satu bangunan ke bangunan pengolah air limbah lainnya. Saluran pembawa ini biasa terbuat dari dinding berbahan beton dengan tampak penampang yang berbentuk persegi. Saluran ini mampu mengalirkan air dengan memerhatikan beda ketinggian atau perbedaan elevasi antara a ntara bangunan yang satu dengan bangunan yang lainnya. (Sri Wahyuni., ST., MT, Andi Setyawan ., ST., MT, Ir. Dwi Jumhariyanto., M.si, 2013)
Rumus-rumus Rumus-rumus yang digunakan
1. Dimensi Lebar Saluran Pembawa
B=2×
............................................ ............ ................................................................. ............................................. ............ (2.2)
Keterangan: -
H
= Ketinggian Air dalam Saluran Pembawa
(m)
-
B
= Lebar Saluran Pembawa
(m)
2. Kemiringan Saluran (Slope ( Slope))
Sd =
Δhsaluran Ld
................................................................ ................................ ................................................. ................. (2.3)
Keterangan: - Sd
= Headloss pada pintu air
(m/m)
- ∆H saluran = kecepatan aliran pada saluran pembawa
(m)\
- Ld
(m)
= Panjang saluran atau pipa
21
3. Jari-jari Hidrolis (R)
R =
2
................................................................ ............................... ............................................................. ............................ (2.4)
Keterangan: - R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- Hair
= Ketinggian air
(m)
4. Kecepatan Air di Saluran Menurut Manning Menurut Manning
V =
1
2 3
1 2
................................................................ ............................... ....................................................... ...................... (2.5)
Keterangan: - V
= Kecepatan air di saluran
(m)
- n
= Kekasaran manning
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- S
= Kemiringan saluran (Slope) Slope)
(m/m)
Saluran pembawa berfungsi untuk menyalurkan air dari intake intake ke bak pengumpul. pengumpul. Saluran ini dapat mengunakan mengunakan pipa atau berupa saluran terbuka. Persamaan yang digunakan adalah menurut rumus Hazen-Williams rumus Hazen-Williams,, yaitu :
HL = 6,82 x
1,85
1,167
......................................................... ............................. ............................ (2.6)
Keterangan: - HL
= Headloss pada pintu air
(m)
- V
= kecepatan aliran pada saluran pembawa
(m/s)\
- L
= Panjang saluran/pipa
(m)
- D
= Diameter pipa saluran
(m)
- C
= koefisien kekasaran Hazen-Williams kekasaran Hazen-Williams
22
Tabel 2.6 Kriteria Desain Untuk Saluran Pembawa No 1
2 3 4
Bagian-bagian Bagian-bagian Kemiringan Kemiringan / slope kisi (θ) (θ)
Kecepatan melalui bar (v) Dimensi Lebar saluran Freeboard
Kriteria desain 1.10- m/m
0,3 – 0,3 – 0,6 0,6 m/s B = 2H 0,3 m
Scre een C. Scr Unit pengolahan pertama yang biasa digunakan pada proses pengolahan air buangan adalah screening adalah screening . Screen merupakan Screen merupakan sebuah alat berongga yang memiliki ukuran seragam yang digunakan untuk menahan padatan yang ada pada influent air buangan agar tidak mengganggu proses pengolahan pada bangunan pengolahan air buangan buangan selanjutnya. (Metcalf & Eddy, 2003) Prinsip dari screening adalah untuk menghilangkan material kasar yang terdapat pada aliran air buangan yang dapat menyebabkan (Metcalf & Eddy, 2003): 1. Kerusakan pada alat pengolahan, 2. Mengurangi efektifitas pengolahan dan biaya pada proses pengolahan, 3. Kontaminasi pada aliran air.
Screen pada Screen pada umumnya dibedakan menjadi tiga tipe screen, screen, di antaranya coarse screen, fine screen screen dan microscreen. microscreen. Coarse screen screen mempunyai bukaan yang berada antara 6-150 mm (0,25-6 inchi). Sedangkan fine screen screen mempunyai bukaan kurang kura ng dari dar i 6 mm (0,25 inchi). Microscreen pada Microscreen pada umumnya mempunyai bukaan kurang dari 50 mikron dan digunakan untuk menghilangkan padatan halus dari effluent. (Metcalf & Eddy, 2003) Screen biasanya Screen biasanya terdiri atas batangan yang disusun secara paralel. Screen pada Screen pada umumnya terbuat dari batangan logam, kawat, jeruji besi, kawat berlubang, bahkan perforated plate plate dengan bukaan yang berbentuk lingkaran atau persegi. (Metcalf & Eddy, 2003)
23
Screening
Coarse Screens (6-150 mm)
Hand Cleaned
Chain-driven
Microscreens (< 0,5 µm)
Mechanically Cleaned
Catenary
Fine Screens (< 6 mm)
Static Wedgewire
Reciprocating rake
Rotary Drum
Continuous Belt
Gambar 2.14 Jenis Screen. ( Sumber:Metcalf Sumber:Metcalf & Eddy, 2003)
1) Coarse Screen (Penyaring Screen (Penyaring Kasar) Screen Screen ini berbentuk seperti batangan paralel yang biasa dikenal dengan bar screen. screen. Screen Screen ini berfungsi untuk menyaring padatan kasar yang berukuran antara 6-150 mm, seperti ranting kayu, kain, dan sampah – sampah – sampah sampah lainnya. Dalam pengolahan air limbah, screen screen ini digunakan untuk melindungi pompa, valve, valve, saluran pipa, dan peralatan lainnya dari kerusakan akibat penyumbatan yang disebabkan oleh benda-benda tersebut. Dalam proses pembersihannya, bar screen terbagi menjadi dua, yaitu secara manual maupun mekanik. Pembersihan secara manual dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia sedangkan pembersihan secara mekanik menggunakan mesin. (Metcalf & Eddy, 2003)
24
Step
(a)
(b)
Gambar 2.15 Screen dengan Screen dengan Pembersihan Secara Manual (a) dan Mekanik (b) (Sumber: Metcalf & Eddy, 2003)
2) Fine 2) Fine Screen ( Penyaring Penyaring Halus ) Penyaring halus ( Fine Screen) Screen) pada umumnya diaplikasikan dalam berbagai kondisi dalam pengolahan air buangan, di antaranya pada pengolahan awal (diaplikasikan setelah penggunaan bar screen) screen) dan pada pengolahan primer (menggantikan fungsi clarifier guna menurunkan Total Suspended Solid (TSS) dan Biological Oxygen Demand (BOD) pada air buangan). Fine Screen Screen juga digunakan untuk menghilangkan padatan dari effluent yang dapat menyebabkan penyumbatan pada proses trickling filter . Adapun ukuran padatan yang dapat disisihkan dalam proses penyaring halus ( Fine Screen) Screen) adalah padatan yang berukuran kurang dari dari 6 mm. (Metcalf & Eddy, 2003) 2003) Penyaring halus ( Fine Screen) Screen ) yang digunakan untuk pengolahan pendahuluan (Premilinary Treatment) adalah seperti ayakan kawat kawat (static wedgewire), drum putar (rotary drum), atau seperti anak tangga tangga (step type). Penyaring halus halus (Fine Screen) pada umumnya memiliki variasi bukaan yang berkisar antara 0,2-6 mm.
25
Sedangkan jenis Fine jenis Fine Screen dapat Screen dapat dibedakan melalui gambar berikut:
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.16 Jenis Fine Screen : Screen : (a) Inclined (a) Inclined Screen (b) Screen (b) Rotary Rotary Drum Screen (c) Screen (c) Fixed Parabolic Screen
Adapun
kemampuan penyisihan dari masing-masing Fine Screen Screen akan
dijelaskan pada tabel berikut: Tabel 2.7 Kemampuan Penyisihan Fine Penyisihan Fine Screen Jenis Screen
Fixed Parabolic Rotary Drum Screen Screen
Ukuran Bukaan
Kemampuan Penyisihan (%)
Inchi 0,0625
mm 1,6
BOD 5-20
TSS 5-30
0,01
0,25
25-50
25-45
Sumber : (Metcalf & Eddy, 2003)
Rotary Drum Screen memiliki Screen memiliki media penyaring yang dibangun dalam silinder yang berputar. Rotary Drum Screen pada umumnya memiliki konstruksi yang berbeda dalam penempatan media penyaring di dalamnya, akan tetapi pada umumnya media penyaring diletakkan mengikuti arah aliran air yang melalui media screen. screen. Air buangan biasanya akan dialirkan melalui rotary drum screen hingga akhir silinder dan melalui screen yang screen yang terpasang pada ujung rotary drum screen. screen. Padatan yang tersaring pada screen screen selanjutnya akan dikumpulkan pada sebuah wadah untuk kemudian disisihkan dari unit proses pengolah air buangan. Rotary Drum Screen pada Screen pada umumnya digunakan pada air buangan yang memiliki debit yang berkisar antara 0,03-0,8 m3/s dengan rata-rata penggunaan pada debit 3
0,13 m /s. Rotary Drum Screen Screen dapat dijumpai pada unit pengolah air buangan dengan diameter antara 0,9-2 m dan panjang antara 1,2-4 m. (Metcalf & Eddy, 2003)
26
3) Microscreen 3) Microscreen Microscreen Microscreen berfungsi untuk menyaring padatan halus, zat / material yang mengapung, serta alga yang berukuran kurang dari 0,5 µm. µm. Jenis padatan tersuspensi yang dapat tersisihkan dengan menggunakan teknologi microscreen berkisar antara 10-80%, dengan rata-rata 50%. (Metcalf & Eddy, Eddy, 2003) Prinsip yang digunakan pada jenis screen screen ini adalah bahan padat kasar dihilangkan dengan sederet bahan baja yang diletakan dan dipasang melintang dari arah aliran. Kecepatan aliran harus lebih dari 0.3 m/s sehingga bahan padatan yang tertahan di depan saringan tidak terjepit dan mengakibatkan microscreen tersumbat. Jarak antar batang biasanya berkisar antara 20-40 mm dengan bentuk penampang batang persegi panjang dengan ukuran 10 mm x 50 mm. Untuk bar screen yang dibersihkan secara manual, biasanya saringan dimiringkan dengan kemiringan 60o terhadap horizontal. (Metcalf (Met calf & Eddy, 2003) Adapun faktor bentuk screen bentuk screen antara antara lain sebagai berikut: Tabel 2.8 Faktor Bentuk Screen No
Jenis Bar
Faktor Bentuk Screen (β)
1
Segi empat dengan sisi runcing runcin g
2,42
2
Segi empat dengan sisi bulat runcing
1,83
3
Segi empat dengan sisi bulat
1,67
4
Bulat
1,79
Bentuk
Sumber : (Qasim, 1985) Tabel 2.9 Kriteria Desain Untuk Bar Untuk Bar Screen No
Bagian-bagian Bagian-bagian
1
Jarak antar kisi (r)
2
Kemiringan Kemiringan / slope kisi (θ)
3 4 5 6 7
Kecepatan melalui bar (v) Ukuran kisi untuk screen untuk screen Lebar (d) Tebal (w) Head loss maksimum oss maksimum bar scree bar screen n (Hf )
Kriteria desain
25 – 25 – 50 50 mm 30 - 45 0,3 – 0,3 – 0,6 0,6 m/dtk 5 – 15 15 mm 25 – 25 – 75 75 mm 0,8 m
27
No 8
Bagian-bagian Bagian-bagian Headloss maksimum saat clogging (Hfc)
Kriteria desain 1,4 m
9
Diameter rotary drum coarse screen (d) screen (d)
0,9 – 0,9 – 2 2 m
Sumber: (Metcalf & Eddy, 2003)
Rumus-rumus Rumus-rumus yang digunakan
1. Dimensi Batang Screen
= .................................................................. ................................. ........................................................ ....................... (2.7) Keterangan: - θ = Kemiringan screen Kemiringan screen pada saluran pembawa
(o)
- h = Ketinggian saluran
(m)
- x = Panjang screen Panjang screen (m)] (m)]
= ................................................................ ................................ ....................................................... ....................... (2.8) Keterangan: o
- θ = Kemiringan screen Kemiringan screen pada saluran pembawa
()
- w = Tebal screen Tebal screen
(m)
- x = Panjang screen Panjang screen
(m)
28
2. Jumlah batang (n)
= × + + 1 × ...................................................... ................................ ...................... (2.9) Keterangan: - Ws = Lebar saluran
(m)
- n
= Jumlah batang screen
- d
= Diameter screen
(m)
- r
= Jarak antar batang screen
(m)
3. Lebar bukaan kisi (Wc)
= − × ................................................................. ................................ ..................................... .... (2.10) Keterangan: - Wc = Lebar bukaan kisi
(m)
- Ws = Lebar saluran
(m)
- n
= Jumlah batang screen
- d
= Diameter screen
(m)
Pada Screen, terdapat Screen, terdapat pada inlet sumur pengumpul berfungsi untuk menyaring padtan atau bentuk lainnya yang terkadang dalam air baku. Penyaringan kasar ( screening screening ) dimaksutkan untuk menyaring benda-benda kasar terapung atau melayang di air agar tidak tidak terbawa ke ke dalam unit pengolahan, pengolahan, contoh benda benda kasar yaitu daun, plastik. Kayu, kain, ka in, botol plastik, p lastik, bangkai binatang, dan da n lain sebagainya. Screening biasanya Screening biasanya menjadi bagian dari sutu bangunan penyadap air yang terdiri atas batang-batang besi yang disusun berjajar atua paralel (selanjutnya disebut screen). screen). Screening juga sering ditempatkan pada saluran terbuka yang menghubungkan menghubungkan sungai (sumber air) a ir) menuju ke bak pengumpul pe ngumpul..
29
Screen di Intake (atas), Potongan Memanjang Memanjang Saluran Dan Gambar 2.17 Screen di Screen Dalam Screen Dalam Suatu Saluran Dalam pengoperasiannya, air akan mengalir melalui bukaan (space) di antara batang besi. Bila air membawa benda kasar, maka benda ini akan tertahan oleh besi berjajar tersebut. Benda kasar yang tertahan dalam batang-batang screen akan menurunkan luas bukaan sehingga menghambat laju aliran air yang berakibat pada terjadinya penyumbatan dan meningkatkan kehilangan energi aliran atau headlossi. Headloss biasanya dihitung pada kondisi screen bersih dan da n pada kondisi screen kondisi screen setengah tersumbat. Rumus untuk menghitung headloss pada headloss pada screen adalah screen adalah sebagai berikut:
30
1. Tekanan saat melalui kisi (hv) dan tekanan saat proses pembersihan (hvc)
= .................................................................. ................................. ..................................................... .................... (2.11) = ................................................................ ............................... .................................................... ................... (2.12) 2
2
2
2
Keterangan: - hv
= Tekanan saat melalui kisi
(m)
- Hvc = Tekanan saat proses pembersihan
(m)
- vi
= Kecepatan saat melalui kisi
(m/s)
- vc
= Kecepatan saat terjadi proses pembersihan
(m/s)
- g
= Percepatan gravitasi
(9,81 m/s2)
2. Hilang tekan atau Headloss Headloss pada kisi (H f ) dan Hilang tekan / Headloss Headloss saat saluran tersumbat (Hfc) 4 = × 3 × × .......................................... ................................ .......... (2.13) 4 = × 3 × × ...................................... ............................. ......... (2.14)
Keterangan: - Hf = Hilang tekan / Headloss pada kisi
(m)
- Hfc = Hilang tekan / Headloss pada saat saluran tersumbat
(m)
- β
= Faktor bentuk screen bentuk screen
- Wc = Lebar bukaan kisi
(m)
- r
= Jarak antar batang screen
(m)
- hv
= Tekanan saat melalui kisi
(m)
- Hvc = Tekanan saat proses pembersihan
(m)
- θ
()
= Kemiringan screen Kemiringan screen pada saluran pembawa
o
31
Perhitungan ini penting dilakukan untuk memastikan air bisa mengalir, yang ditunjukkan dengan nilai headloss yang kecil. Hasil perhitungan juga dapat digunakan untuk menentukan waktu pembersihan screen screen terutama untuk screen yang dibersihkan secara manual. Pembersihan secara manual merupakan pembersihan yang menggunakan tenaga manusia dengan cara mengambil (menggaruk) benda yang tersangkut di screen dibawa ke atas atau disingkirkan dari screen. screen. Pembersihan ini dilakukan secara berkala dan tidak boleh melebihi kondisi setengah tersumbat karena di khawatirkan headlossnya headlossnya melebihi batas yang ditentukan sehingga air tidak mengalir ke unit pengolahan berikutnya. Jenis
pembersihan
lainnya
adalah
pembersihan
secara
mekanik.
pembersihanIni mengandalkan tenaga mekanis, yaitu alat pengambil (penggaruk) benda yang tersangkut t ersangkut di screen yang screen yang berjalan terus-menerus dengan digerakkan oleh motor. Berikut gambar yang menunjukkan screen yang pembersihannya dilakukan secara manual dan mekanis.
Gambar 2.18 Pembersihan Screen Secara Screen Secara Manual
Screen Secara Mekanik Gambar 2.19 Pembersihan Screen Secara
32
D. Bak Pengumpul
Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air baku sebelum disalurkan ke unit pengolahan melalui pipa transmisi. Bak pengumpul pe ngumpul dilengkapi dengan pompa intake dan pengukur debit.
Transmisi
Sistem tranmisi menghubungkan antara intake dengan instalasi pengolahan air minum. Transmisi tergantung pada topografi (perubahan elevasi) sehingga mungkin saja diperlukan pompa.
Pipa Transmisi
Pipa transmisi digunakan untuk menyalurkan air dari lokasi intake ke instalasi pengolahan. Dalam menentukan jenis jenis pipa yang digunakan dalam sistem transmisi transmis i maka perlu dipertimbangkan beberapa hal, yaitu: - Durabilitas dan kondisi air yang dihantarkan - Ketahanan terhadap erosi dan korosi koro si - Harga pipa dan biaya pemasangan - Jenis sambungan yang diperlukan, kekuatannya dan kemudahan konstruksi - Kondisi lokal (mudah didapat, bahan lokal, lokal, dan biaya perawatan)
Pompa Transmisi
Pompa digunakan untuk menyediakan menyediakan head yang cukup untuk mengalirkan air dari satu tempat yang memiliki head lebih rendah daripada tempat yang lain. Klasifikasi pompa yang ada di pasaran adalah: - Reciprocating Pump - Fland Pump - Centrifugal Pump - Air Lift Pump
33
Tabel 2.10 Kriteria Desain Untuk Bak Pengumpul No
Bagian-bagian
1 2 3
Jumlah bak Kedalaman Waktu detensi
4
Dasar bak pengumpul
5 Dinding saluran 6 Bahan Konstruksi Konstruks i 7 Ketebalan Konstruksi Sumber: JWWA (1978)
Kriteria desain
2 bak 3-5 m < 20 menit < 1 m di bawah dasar sungai atau 1,52 m di bawah tinggi muka air minimum Kedap air Beton bertulang bertulan g > 20 cm
Rumus-rumus Rumus-rumus yang digunakan
Volume Bak Pengumpul
V=
× ...................................................... ..................... ............................................................... .............................. (2.15)
Keterangan: - V
= Volume bak pengumpul
(m 3)
- Q
= Debit air
(m3/s)
- Td = Waktu detensi
(detik)
E. Pompa intake
Pompa intake yang digunakan untuk menaikkan dan mengalirkan air. (pelengkap berupa Bell Mouth Strainer, pipa suction, discharge, valve, valve, dan aksesoris lainnya)
Strainer
Gambar 2.20 Strainer Tipe Bentuk Jamur
34
Saringan yang berfungsi untuk menyaring material yang mengapung dan ikanikan kecil sehingga tidak masuk ke dalam pipa, perlu direncanakan strainer pada ujung pipa pipa suction pompa intake. Saringan ( strainer ) gunanya adalah sebagai alat penyaring kotoran baik yg berupa padat, cair atau gas. Alat penyaring ini digunakan pada jalur pipa guna menyaring kotoran pada aliran sehingga aliran yang akan diproses atau hasil proses lebih baik mutunya mutunya
No
Tabel 2.11 Kriteria Desain Untuk Strainer Bagian-bagian Kriteria desain
1 Kecepatan ( v) inlet strainer 2 Diameter Diameter strainer 3 Luas kotor strainer Sumber: Al-Laila (1978)
0,15 – 0,15 – 0,3 0,3 m /s 0,06 – 0,06 – 0,12 0,12 m = 2 x A efektif strainer stra iner
Pompa hisap (pipa suction) dan ruangan pompa berada diatas sumur intake
dengan jarak minimal 1,5 m dari muka air.
2.3.2 Unit Aerasi
Gambar 2.21 Macam-macam Tipe Aerator Tipe Aerator
35
Aerasi merupakan proses penjernihan dengan cara mengisikan oksigen kedalam air. Dengan diisikannya oksigen ke dalam air maka zat-zat seperti karbon dioksida serta hydrogen sulfide dan sulfide dan metana yang yang mempengaruhi rasa dan bau air dapat dikurang dan dihilangkan. Selain itu partikel mineral yang telarut dalam air seperti besi dan mangan mangan akan teroksidasi dan secara cepat akan mebentuk mebentuk lapisan endapan yang yang nantinya dapat dapat dihilangkan melalui melalui proses sedimentasi dan filtrasi. filtrasi. Aerasi merupakan salah satu proses dari transfer gas yang lebih dikhususkan pada transfer oksigen dari fase gas ke fase cair. Fungsi utama aerasi dalam pengolahan air adalah melarutkan oksigen ke dalam air untuk meningkatkan meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam air dan melepaskan kandungan gas-gas yang terlarut dalam air, serta sert a membantu pengadukan air. air. Aerasi dipergunakan pula untuk menghilangkan kandungan gas – gas gas terlarut, oksidasi kandungan besi dan mangan dalam air, mereduksi kandungan ammonia dalam air melalui proses nitrifikasi dan untuk meningkatkan kandungan oksigen terlarut agar air terasa lebih segar. Penyisihan rasa dan bau . Aerasi mempunyai keterbatasan dalam hal penyisihan
rasa dan bau. Sebagian besar rasa dan bau disebabkan oleh bahan yang sangat larut dalam air, sehingga aerasi kurang efisien dalam menyisihkan rasa dan bau ini dibandingkan dengan metoda pengolahan lain, misalnya oksidasi kiiawi atau adsorpsi. Penyisihan besi dan mangan. Penyisihan besi dan mangan dapat dilakukan
dengan proses oksidasi. Aplikasi aerasi dalam proses ini dapat memberikan cukup banyak oksigen untuk berlangsungnya reaksi. Proses ini biasanya digunakan pada air tanah yang kebanyakan mempunyai kandungan oksigen terlarut yang rendah. Oleh karena itu, aerasi dalam aplikasi ini akan menghasilkan endapan dan meningkatkan konsentrasi oksigen ter larut. Mangan sering kali tidak dapat teroksidasi pada pH normal. Peningkatan pH sampai 8,5 dapat memperbesar oksidasi mangan, khususnya jika digunakan menara aerator. volatile. Senyawa organik yang bersifat mudah Penyisihan senyawa organik volatile. menguap (volatile ( volatile)) dapat disisihkan dengan cara aerasi.
36
Penyisihan karbondioksida. Karbondioksida dapat cepat dihilangkan dengan
cara aerasi. Karbondioksida mempunyai kelarutan yang rendah dalam air, sehingga aerasi sangat efisien dalam penyisihannya. Proses ini biasanya diterapkan pada pelunakan air tanah yang umumnya mempunyai kandungan karbondioksida yang tinggi. Tingginya konsentrasi karbondioksida dalam air dapat meningkatkan pemakaian bahan kimia untuk keperluan pelunakan. Penyisihan hidrogen sulfide. Hidrogen sulfida adalah senyawa utama penyebab
rasa dan bau yang dapat diolah cukup efektif dengan aerasi. Mekanisme pengolahannya pengolahannya adalah terjadi oksidasi hidrogen sulfida menghasilkan air dan belerang bebas.
Faktor-faktor yang mempengaruhi perpindahan oksigen adalah (1) suhu, (2) kejenuhan oksigen, oksigen, (3) karakteristik karakter istik air, dan (4) derajat turbulensi. 1. Pengaruh Suhu Koefisien penyerapan oksigen k La La meningkat seiring dengan kenaikan suhu, karena suhu dalam air akan mempengaruhi tingkat difusi, tegangan permukaan dan kekentalan air. Kemampuan difusi oksigen meningkat dengan peningkatan suhu, sedang tegangan permukaan dan kekentalan menurun seiring dengan kenaikan suhu. Pengaruh suhu pada berbagai faktor tersebut dirangkum dalam persamaan dengan koefisien empiris empiris (f) sebagai berikut: ber ikut:
(KLa)20= (KLa) f (20-T)................................................................ ............................... .................................... ... (2.16)
Keterangan: - Nilai f untuk aerasi permukaan permukaan umumnya memiliki memiliki rentang nilai nilai 1,012 –
1,047.
2. Kejenuhan Oksigen Konsentrasi jenuh oksigen dalam air tergantung pada derajat salinitas air, suhu, dan tekanan parsial oksigen yang berkontak dengan air. Eckenfelder dan
37
O’Connor dalam Benefield dan Randal (1982) menyarankan bahwa konsentrasi jenuh dapat ditentukan dari persamaan:
−
475 2,655
(Cs)760=
33,5+T
......................................................................... (2.17)
Keterangan: - (Cs)769 = Nilai kejenuhan oksigen pada tekanan udara 760 mm Hg
(mg/L)
- S
= Konsentrasi padatan terlarut dalam air
(gr/l)
- T
= Suhu
( C)
o
Nilai konsentrasi jenuh oksigen pada persamaan (3.15) dapat dikoreksi untuk tekanan udara barometrik dengan pernyataan:
C= C760
−ρ ................................................................................. (2.18) 760 −ρ P
P menyatakan tekanan barometrik dalam mm Hg dan p menyatakan tekanan jenuh uap air pada suhu air yang diaerasi. Tekanan jenuh uap air pada berbagai suhu disampaikan pada tabel 2.12. Tabel 2.12 Tekanan Uap Air yang Berkontak dengan Udara o
Suhu C
Tekanan uap (mm Hg)
0
4,5
5
6,5
10
9,2
15
12,8
20
17,5
25 30
23,8 31,8
Sumber: Benefie Sumber: Benefield ld L.D & Randall (1982) (1982)
Konsentrasi jenuh oksigen terlarut pada tekanan 1 atm dan kandungan klorida = 0 mg/l yang dipaparkan pada udara dengan kandungan oksigen 21% tergantung pada suhu air (Tabel 2.13).
38
Tabel 2.13 Pengaruh Suhu terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada Tekanan 1 atm o
No 1
Suhu Air C 0
Cs (mg/L) 14.62
2 3
2 4
13.84 13.13
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
12.48 11.87 11.33 10.83 10.37 9.95 9.54 9.17 8.83 8.53 8.22 7.92 7.63
Sumber: Benefie Sumber: Benefield ld & Randall (1982) (1982)
3. Karakteristik Air Dalam praktek ada perbedaan nilai KLa untuk air bersih dengan KLa air limbah yang mengandung materi tersuspensi, surfactant (detergen) dalam larutan dan perbedan temperatur. Faktor-faktor ini juga mempengaruhi nilai Cs. Pengaruh
.
................................................................ ......... (2.19) ......................................................................... ............................................................................ (2.20) =
∝
=
Nilai tipikal α untuk surface untuk surface aerator berkisar berkisar 0,8 – 0,8 – 1,2 1,2 dan nilai β nilai β berkisar berkisar 0,9 – 1. 1. 4. Derajat Turulensi Derajat turbulensi dalam tangki aerasi akan mempengaruhi nilai α sebagai berikut:
39
1.
Turbulensi akan menurunkan derajat tahanan liquid – liquid – film film
2. Turbulensi akan meningkatkan laju perpindahan masa oksigen karena terjadi
percepatan laju pergantian permukaan bidang kontak, yang berakibat pada defisit oksigen (driving-force (driving-force,, oC ) tetap terjaga konstan. 3. Turbulensi secara langsung akan meningkatkan nilai koefis ien perpindahan
oksigen ( K La).
Tujuan Aerasi
Adapun tujuan dari aerasi adalah 1. Penambahan jumlah oksigen 2. Penurunan jumlah karbon dioxide (CO dioxide (CO2) dan 3. Menghilangkan hydrogen sulfide (H2S), methane (CH methane (CH 4) dan berbagai senyawa senyawa organiyang bersifat volatile (menguap) volatile (menguap) yang berkaitan untuk rasa dan bau.
Proses Aerasi Dalam proses aerasi ini yang perlu dilakukan adalah ketika air baku diolah dari
inlet sumur inlet sumur dalam yang berada di sekitar kantor PDAM PDAM dengan memakai pompa submersible yang mengalir ke inlet aerator melalui pipa, kemudian air tersebut disemprotkan melalui pipa utama ut ama dengan pipa belah. Pada saat itu air jatuh melalui tray-tray tray-tray (nampan) yang berlubang yang bertujuan untuk menambah oksigen dalam air baku dan da n mengendapkan besi mengendapkan besi yang ada dalam air. Setelah itu air yang melewati tray selanjutnya air turun melalui pipa outlet aerator dan masuk ke dalam bak filter dan selanjutnya dapat di distribusikan. Sedangkan sumber lain menjelaskan ada 2 macam cara melakukan aerasi ini, yaitu sebagai berikut: 1. Memasukkan udara ke dalam air limbah, dalam limbah, dalam cara ini menggunakan sebuah benda yaitu Porous atau Porous atau nozzle yang nozzle yang digunakan untuk memeasukan udara atau oksigen murni ke dalam air limbah. 2. Memaksa air ke atas untuk berkontak dengan oksigen, Dalam cari ini air limbah dikontakkan dengan oksigen dengan oksigen melalui pemutaran baling pemutaran baling – baling yang kemudian diletakkan pada permukaan air limbah.
40
Teori Transfer Gas Transfer gas didefinisikan sebagai perpindahan gas dari fase gas ke fase cair
atau sebaiknya. Transfer gas melibatkan terjadinya kontak antara udara atau gas lain dengan air yang menyebabkan berpindahnya suatu senyawa dari fase gas ke fase cair atau menguapnya suatu senyawa dari fase cair (dalam bentuk terlarut) menjadi fase gas (lepas ke udara). Perpindahan massa zat dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya (absorpsi – desorpsi), terjadi bila ada kontak antar permukaan cairan dengan gas atau udara. Mekanisme ini terjadi secara difusi. Gaya penggerak perpindahan massa dari udara ke dalam air atau sebaliknya dikendalikan oleh perbedaan konsentrasi zat dalam larutan dan kelarutan gas pada kondisi tertentu. Faktor utama yang mempengaruhi kelarutan gas dalam air adalah: suhu air, tekanan parsial gas dalam fase gas, konsentrasi padatan terlarut dalam fase air dan komposisi kimia gas. Kelarutan gas, tidak seperti kelarutan zat padat dalam air, menurun seiring dengan kenaikan suhu. Pada tekanan parsial sampai 1 atm, konsentrasi keseimbangan gas dalam larutan pada suatu suhu tertentu sebanding dengan tekanan parsial gas dalam air, sesuai dengan hukum Henry hukum Henry::
Cs = H × P .............. ..................... ............... ............... ............... ............... .............. ............... ............... .............. ............ ..... (2.21)
Keterangan: - Cs = Konsentrasi jenuh atau keseimbangan gas dalam larutan - H
= Koefisien kelarutan Henry kelarutan Henry
- P
= Tekanan parsial fase gas dalam air
(mg/L)
(atm)
Hukum Henry Henry banyak digunakan pada gas-gas yang sering dijumpai dalam teknik pengolahan air seperti oksigen, metana, karbondioksida, dan hidrogen sulfida. Dua gas terakhir mengalami reaksi dalam air. CO2 terlarut bereaksi dengan air sebagai berikut:
O ↔ H CO ............................................. ............ ..................................................... .................... (2.22)
CO2 + H2
2
3
41
↔ H + HCO .............................................................. ............................. .................................... ... (2.23) H CO ↔ H + CO .................................................................. (2.24) +
H2CO3 2
+
3
3
2
Dalam kondisi normal konsentrasi H 2CO3 dalam air tidak lebih dari 1% dari konsentrasi CO2. Hidrogen sulfida bereaksi dalam larutan sebagai berikut:
↔ H + HS .......................................................................... (2.25) HS ↔ H + S ........................................................................... (2.26)
H2S
+
-
+
-
2--
Berdasarkan pada persamaan 2.25. dan 2.26. kelarutan dari H 2S tergantung pada derajat pH larutan. Ammonia (NH3) dan klorin (Cl2) memiliki kelarutan gas tinggi dan mudah bereaksi dengan air. Hubungan kelarutan – tekanan gas ini bias bila digunakan hukum Henry hukum Henry.. Bila permukaan air dipaparkan dengan udara atau gas dan belum terjadi kesetimbangan sebelumnya, maka secara serentak dan segera pada bidang kontak antar fase akan jenuh dengan gas dan gas ditransportasikan ke badan air dengan proses difusi molekuler sebagai berikut:
= -D ........................................................................................ (2.27) Keterangan: -
- D
= Laju Laju perpindahan gas melintas melintas permukaan area bidang kontak = Koefisien difusi molekuler = Gradien konsentrasi pada interface
Model secara fisik dari konsep persamaan 2.28 ditunjukkan dalam Gambar 2.22.
42
Gambar 2.22 Model Transfer Gas Dua-Film
Diasumsikan bahwa tahanan pada perpindahan gas berada dalam lapisan tetap ( fixed fixed film) film) gas dan cair pada antar bidang (interface ( interface)) gas - cair. Perpindahan gas melintasi bidang permukaan lapisan gas menunjukkan adanya gradien tekanan dalam lapisan gas dan oleh sebab itu tekanan gas pada bidang permukaan (interface), interface), P i lebih rendah dari tekanan bulk gas, P g . Perpindahan gas terjadi dalam dua langkah (1) perpindahan dari keseluruhan fase gas dengan tekanan gas ( P P g ) ke interface, interface, dengan tekanan parsial gas ( P i), selanjutnya dikonversi ke fase liquid dengan konsentrasi C i, (2) Transformasi dalam fase cair ke bulk liquid dengan konsentrasi (C ( C L). Perpindahan ini dapat terjadi dalam dua arah tergantung pada perbedaan konsentrasi C L dan C i. Jika C L > C i dan P i > P g maka terjadi pelepasan gas dari fase cair ke fase gas. Laju perpindahan gas melintas bidang permukaan A dinyatakan dalam persamaan:
=- − .................................................................. (2.28)
A
Untuk menyatakan massa gas dalam bentuk konsentrasi maka satuan massa gas dibagi dengan volume cairan yang ada dan disederhanakan maka diperoleh persamaan: dc dt
NA =
−K C − C = K − Aρ − ρ ∗ A V
L
s
G
A
A -
........ (2.29)
43
Keterangan: -
=
- K L = Koefisien Koefisien transfer gas dalam dalam fase cair cair - K G = Koefisien Koefisien transfer gas dalam fase gas - NA = Laju perpindahan massa
Persamaan (2.29) dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana, yaitu:
= − ........................................................................ (2.30) Keterangan: -1
- K La La = Koefisien transfer total
(jam )
- Cs = Konsentrasi gas jenuh
(mg/L)
- C
(mg/L)
= Konsentrasi gas di cairan
Aerator untuk perpindahan oksigen ditentukan berdasarkan pada kapasitas oksigenasinya (OC), yang didefinisikan sebagai laju suplai oksigen oleh aerator ke dalam air bersih pada kondisi standar (20 oC, 1 atm). Oxygenation Capacity (OC) Capacity (OC) dapat dituliskan:
dc
OC = V ................................... .. .................................................................. ..................................................... .................... (2.31) dt
atau
OC = K La C20 V ............................................................................ (2.32)
Nilai K La La dapat ditentukan dalam skala percobaan dengan melakukan integrasi terhadap persamaan (2.25) diperoleh persamaan garis lurus:
− c = lnc − c − k t ........................................ (2.33)
ln cS
t
S
I
la
44
Dari data percobaan dengan konsentrasi awal oksigen C i dan konsentrasi oksigen dalam interval waktu percobaan C t, maka dapat diplot ln(C ln( C s-C t t) Vs t , maka diperoleh garis lurus dengan besarnya sudut arah ( slope) slope) adalah K adalah K La. Gas-gas yang menjadi perhatian pada bidang pengolahan air adalah oksigen, karbondioksida, metana, hidrogen sulfida, ammonia, dan klor. Tujuan transfer gas dalam pengolahan air adalah: (1) Untuk mengurangi konsentrasi bahan penyebab rasa da n bau, seperti hidrogen
sulfida dan beberapa senyawa organik, dengan jalan penguapan atau oksidasi (2) Untuk mengoksidasi besi dan mangan (3) Untuk melarutkan gas ke dalam air (seperti penambahan oksigen ke dalam air
tanah dan penambahan karbondioksida karbondioksida setelah pelunakan air) (4) Untuk menyisihkan senyawa yang mungkin dapat meningkatkan biaya
pengolahan (misal: adanya hidrogen sulfida akan meningkatkan kebutuhan klor pada proses diklorinasi; adanya karbondioksida akan meningkatkan kebutuhan kapur pada proses pelunakan, dan sebagainya).
Operasi dan Peralatan Aerasi Peralatan untuk perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya
dapat dibedakan dalam beberapa jenis sesuai dengan sifat operas inya, yaitu: yaitu: 1) Gravitasi atau jatuhan 2) Semprotan 3) Diffuser 4) Mekanik
Perbandingan untuk pelaksanaan berbagai macam bentuk aerasi disajikan pada Tabel 2.14.
45
Tabel 2.14 Desain dan Karakteristik Operasi Aerator Aerator
Penyisihan
Spesifikasi
Aerator Gravitasi: Cascade
20-45% CO2
Tinggi: 1,0-3,0 m 2 2 Luas: 85-105 m /m .det Kecepatan aliran 0,3 m/det
Packing Tower
>95% VOC >90% CO2
Tray
>90% CO2
Diameter kolom maksimum 3 m Beban hidrolik: 2000 m3/m2.hari Kecepatan: 0,8-1,5 m3/m2/menit Kebutuhan udara 7,5 m3/m3 air Jarak rak (tray): 30-75 cm 2
3
Luas: 50-160m /m det Spray
70-90% CO2 25-40 H2S
Tinggi: 1,2-9 m Diameter nozzle: 2,5-4,0 cm Jarak Nozzle: 0,6-3,6 m Debit nozzle:5-10 L/det Luas bak: 105-320 m2/m3 det Tekanan semprot: 70 kPa
Aerator terdifusi
80% VOC
Waktu detensi: 10-30 menit Udara:0,7-1,1 3 3 m /m air Tangki: kedalaman 2,7-4,5 m, lebar 3-9 m Lebar atau kedalaman < 2 3 Volume maksimum =150 m Diameter lubang diffuser: 2-5 mm diameter
Aerator Mekanik
50-80% CO2
Waktu detensi: 10-30 menit Kedalaman tangki: 2-4 m
Sumber: Qasim et al. (2000)
Macam-macam Metoda Aerasi
1. Aerator Gravitasi (Gravity (Gravity Aeration). Aeration). Aerator gravitasi meliputi pelimpah, terjunan air, cascade, cascade, aliran di atas bidang miring, menara (tray ( tray atau packed atau packed ). ). Kontak antara air dan udara terjadi ketika air dijatuhkan dari ketinggian tertentu.
46
Aerasi metoda jatuhan dapat dilakukan dengan berbagai jenis operasi antara lain: a) Aerasi jatuhan bertingkat (Cascade ( Cascade Aeration) Aeration) b) Aerasi aliran dalam talang ta lang dengan pelimpah c) Kombinasi jatuhan dan pengudaraan dengan aliran berlawanan. d) Tray aeration
a) Cascade Aerator Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4-6 step/tangga, setiap step kira-kira ketingian 30 cm dengan kapasitas kira-kira ketebalan 0,01 m3/s permeter. Untuk menghilangkan gerak
putaran (turbulence) turbulence) guna menaikan effesien aerasi,
hambatan sering ditepi peralatan pada setiap step. Dibanding dengan tray aerators, ruang (tempat) yang diperlukan bagi casade aerators agak aerators agak lebih besar tetapi total kehilangan tekanan lebuh rendah. Keuntungan lain adalah tidak diperlukan pemiliharaan.
Gambar 2.23 Aerator Tipe Cascade
Keterangan : - A = Air baku - B = Air sudah diaerasi - C = Inlet - D = Lubang pembersih - E = Outlet.
47
Gambar 2.24 Cascade Aerator tampak atas
Aerasi tangga aerator seperti pada gambar di atas ini peangkapan udaranya terjadi pada saat air terjun dari lempengan-lempengan trap yang membawanya. Oksigen kemudian dipindahkan dari gelembung-gelembung udara kedalam air . Total ketinggian jatuh kira-kira 1,5 m dibagi dalam 3-5 step. Kapasitas bervariasi antara 0,005 dan 05 m 3/s per meter luas.
b) Submerged Cascade Aerator
Gambar 2.25 Submerged Cascade Aerator
48
c) Multiple Platform Aerator
Gambar 2.26 Multiple Platform Aerator Aerator
d) Tray Aeration Memakai prinsip yang sama, lempengan-lempengan untuk menjatuhkan air guna mendapatkankontak mendapatkankontak secara penuh udara terhadap air. air.
Gambar 2.27 Tray Aeration
Jenis aerator terdiri atas 4-8 tray dengan tray dengan dasarnya penuh lobang-lobang pada jarak 30-50 cm. Melalui pipa berlobang air dibagi rata r ata melalui atas tray, tray, dari sini percikan-percikan kecil turun kebawah dengan kecepatan kira-kira 0,02 m /s per
49
m2 permukaan tray. tray. Tetesan yang kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada setiap tray berikutnya. tray berikutnya. Tray-tray ini Tray-tray ini bisa dibuat dengan bahan yang cocok seperti lempengan-lempengan absetos cement berlobang-lobang, pipa plastik yang berdiamter kecil atau lempengan yang yang terbuat dari kayu secara paralel
Operasi aerasi dengan sistem ini, dilakukan dengan memompa air pada ketinggian tertentu kemudian dilepaskan pada titik pancaran pancaran pada bagian paling paling atas dari alat. Suhu udara dan kecepatan angin sangat berpengaruh pada laju aerasi. Waktu kontak ditentukan oleh tinggi jatuhan dan kapasitas aliran air yang direncanakan. Rumus umum efisiensi aerasi dengan metoda jatuhan bertingkat adalah:
K=
− ....................................................................................... (2.34) −
Keterangan: - K
= Koefisien efisiensi
- Cs = konsentrasi jenuh oksigen terlarut pada suhu operasi
(mg/L)
- Ce = Konsentrasi oksigen setelah aerasi
(mg/L)
- Co = Konsentrasi oksigen pada saat awal
(mg/L)
Pengaruh faktor suhu dan tinggi jatuhan pada efisiensi aerasi untuk berbagai jenis air dirumuskan secara empiris sebagai berikut:
Air Tana Tanah h Tak Terpo Terpolus lusi: i: K = 0,45 0,45 1 + 0,02 0,026T 6T H . (2.35)
Air Terce Tercemar mar:: K = 0,36 0,36 1 + 0,046 ,046T T H ........................ (2.36)
Air Limb Limbah ah Dome Domest stik: ik: K = 0,29 0,29 1 + 0,04 0,046T 6T H ....... (2.37)
Keterangan: o
- T
= Suhu Air
( C)
- H
= Tinggi Jatuhan
(m)
50
Waktu kontak antara air dan udara untuk gravity untuk gravity aerator jatuh aerator jatuh bebas:
= .......................................................................................... (2.38) Keterangan: - t
= Waktu kontak
(oC)
- h
= Tinggi Jatuhan
(m)
- g
= Percepatan gravitasi
(m/s )
2
Aerasi dengan weir berganda, weir berganda, secara empiris dirumuskan
Cn
= C − C − C x 1 −
k n
s
s
o
n
......................................... ................................ ......... (2.39)
Keterangan: - n
= Jumlah weir atau cascade untuk jatuhan.
2. Aerator Semprot (Spray (Spray Aerator )
Gambar 2.28 Spray Aerator
Terdiri atas atas nozzel penyemprot penyemprot yang tidak bergerak ( Stationary nozzles) nozzles) dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air disemprotkan ke udara disekeliling pada kecepatan 5-7 m/s. Spray aerator sederhana sederhana diperlihatkan pada gambar, dengan pengeluaran air kearah bawah melalui batang-batang pendek dari pipa yang panjangnya 25 cm dan diameter 15-20 mm. Piringan melingkar 51
ditempatkan beberapa centimeter di bawah setiap ujung pipa, sehingga bisa berbentuk selaput air tipis t ipis melingkar yang selanjutnya menyebar menjadi tetesantetesan yang halus. Nozzel untuk untuk spray spray aerator bentuknya aerator bentuknya bermacam-macam, ada juga nozzel juga nozzel yang yang dapat berputar-putar
Gambar 2.29 Spray Aerator
Aerator semprot (Spray (Spray Aerator) menyemprotkan Aerator) menyemprotkan butiran air ke udara melalui lubang atau nozzle, nozzle, baik yang bergerak maupun diam. Bentuk aerator semprot (Spray) dapat dilihat pada Gambar 2.29. Berikut adalah persamaan yang digunakan dalam perhitungan aerator semprot ( spray ( spray aerator ): ):
Q = nq = nCda2 gh gh ........................................... .......... ..................................................... .................... (2.40)
Keterangan: - Q
= Debit total
(m3/s)
- q
= Debit tiap lubang
(m3/s)
- a
= Luas penampang lubang
(m )
- h
= Head pada Head pada lubang
(m)
- n
= Jumlah lubang
2
- Cd = Koefisien lubang
Nilai C d tergantung pada bentuk lubang. Pada tipe sharp edged , nilai Cd = 0,6, rounded Cd = 0,8, dan streamline dan streamline Cd = 0,85 hingga 0,92.
52
3. Aerasi Terdifusi ( Diffused Aeration) Aeration) Aerator udara terdifusi melakukan transfer oksigen dari udara bertekanan yang diinjeksikan ke dalam air. Injeksi udara berlangsung dalam bak besar melalui difuser berpori berbentuk plat atau tabung. Udara yang keluar dari difuser biasa berbentuk gelembung udara yang akan menyebabkan peningkatan pe ningkatan t urbulensi air. Gelembung yang dihasilkan oleh difuser diklasifikasikan menjadi fine dan coarse bubble. bubble. Efisiensi yang dapat dicapai dengan fine bubble aerator adalah 8 - 12%, sementara untuk coarse bubble aerator adalah 4 - 8%. Periode aerasi berkisar 10 – 30 menit, suplai udara 0,1 – 0,1 – 1 1 m3/menit per m3 volume tangki. Laju perpindahan oksigen untuk aerasi dengan injeksi udara ( diffused aeration) aeration) diformulasikan ( Eckenfelder dan Ford dan Ford dalam Reynolds dalam Reynolds,1996): ,1996):
N = CQ a 1
−n D0,67 Csm − CL x1,02T−20 ∝ ....................... (2.41)
Keterangan: - C dan n
(m3/s)
= Konstanta
- Qa = Debit udara pada 20oC atau 1 atm
(m3/menit)
- D
(m)
= Kedalaman difuser
- Csm = Konsentrasi gas jenuh pada setengah kedalaman bak - α
(mg/L)
= K La La air atau K La La air bersih
Karena kelarutan oksigen bervariasi terhadap tekanan, konsentrasi jenuh oksigen, C sm ditentukan pada setengah kedalaman tangki aerasi yang dapat didekati dengan rumus:
Cm = Cs
Pr 203
+
Oe 42
................................................................... (2.42)
Keterangan: - Cs = Konstantasi gas jenuh
(mg/L)
- Pr = Tekanan absolut pada kedalaman pelepasan udara
(Kpa)
53
- Oe = % gas dalam aliran udara yang dikeluarkan
(m)
Kebutuhan energi untuk suatu kompresor udara dapat dihitung dengan persamaan:
P =.
FRT 1 Cn.E
ρρ − 1................................................................. (2.43) 2
n
1
Keterangan: - P
= Daya
(kW)
- F
= Massa aliran udara
(kg/s)
-
F =. Ga x
ρ
udara
............................................................................ (2.44)
Keterangan: - R
= Konstanta gas
(0,288) o
- T1 = Suhu absolut udara masuk
( K)
- ρ1
= Tekanan absolut udara masuk
(kPa)
- ρ2
=
Tekanan absolut udara keluar
(kPa)
- n
= 0,283
(udara)
- E
= Efisiensi kompresor
(70%-80%)
- C
= 1,0
4. Aerator Mekanik ( Mechanical Aeration) Aeration) Aerator mekanik menggunakan alat pengaduk yang digerakkan motor. Ada beberapa tipe alat pengaduk, yaitu yaitu paddle tenggelam, paddle permukaan, propeller , turbine, turbine, dan aerator draft- tube. tube. Formulasi laju perpindahan oksigen untuk aerasi mekanik adalah:
N = No
− 1,02 − Cs CL 9,17
T 20
......................................................... (2.45)
54
Keterangan: - N
= Laju perpindahan oksigen oksigen pada kondisi operasi
- No = Perpindahan oksigen dalam aerator
(lb/jam) (lb/jam)
Tabel 2.15 Klasifikasi aerator mekanik No 1
Jenis Aerator Mekanik High-speed axial-flow pump
2
Slow speed vertical turbine
3
Submerged slow-speed vertical turbine
4
Rotating brush aerator
Kriteria Kriteri a Design Sering digunakan untuk aerated lagoon Daya motor: 1 - 150 hp (0,75 - 112 kW) Kecepatan putaran: 900 - 1800 rpm Kedalaman air: 0,9 - 5,5 m Kecepatan transfer oksigen: 1,22 - 2,37 kg/kW.jam
- Digunakan untuk activated sludge, aerobic digestion, aerated lagoon - Daya motor: 3 - 150 hp (2,2 - 112 kW) - Diameter turbine: 0,9 - 3,7 m - Speed: 30 - 60 rpm - Kedalaman air: 0,9 - 9,1 m - Kecepatan transfer oksigen: 1,22 - 2,37 kg/kW.jam
-
Ditempatkan pada 0,46 m diatas dasar bak
-
Digunakan untuk oxidation ditch Tersusun atas poros horizontal yang panjang dengan bristle yang tercelup air sebagian Kecepatan transfer oksigen: 1,83-2,13 kg/kW.jam
-
Diameter turbine: 0,1-0,2 kali lebar bak Kecepatan transfer oksigen: 1,22-1,83 kg/kW.jam Diperlukan sumber udara bertekanan
5. Aerator Gelembung Gelembung Udara ( Bubble Bubble aerator ) Jumlah udara yang dipelukan untuk aerasi buble buble (aerasi gelembung udara) tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 0,5 m3 udara / m3 air dan volume ini dengan mudah bisa dinaikkan melalui suatu penyeota udara. Udara disemprotkan melalui dasar dari bak air yang di aerasi.
55
Gambar 2.30 Bubble Aerator Aerator
Keterangan : - A = Out Let - B = Gelembung udara - C = Pipa berlubang buat udara - D = Inlet air baku - E = Bak air
2.3.3 Unit Prasedimentasi Prasedimentasi
Prasedimentasi adalah tempat proses pengolahan air terjadi dimana fungsi Prasedimentasi ini adalah menghilangkan tanah kasar, pasir dan partikel halus mineral dari air yang akan diolah sehingga tidak mengendap dalam saluran ataupun pipa dan melindungi pompa dan mesin dari abrasi. Secara teoretis, partikel yang bisa diendapkan oleh Prasedimentasi ini adalah partikel yang berukuran >200 mm. Prasedimentasi Prased imentasi t erdiri dari campuran lumpur, pasir, kerikil, kulit kerang, dan material lain yang abrsasif yang dapat menyisihkan grit secara secara gravitasi. Grit meliputi pasir, debu, abu, biji, dan bahan lain dalam air limbah yang bersifat nonputrescible nonputrescible dan lebih berat dari bahan organik. Grit removal dapat dikategorikan menjadi dua kategori umum, yaitu penghilangan selektif dari air limbah dan penghilangan diikuti bahan organik dengan degritting . Prasedimentasi dirancang untuk meremoval pasir, kerikil dan bahan – bahan kasar lainnya yang mempunyai berat gravitasi relatif tinggi, sehingga partikel – partikel tersebut dapat mengendap dengan sendirinya.Prasedimentasi dalam
56
pengolahan air limbah diletakkan di letakkan setelah set elah bar screen dan sebelum bak pengendap pe ngendap pertama. Dimana fungsi dari bak pengendap pertama adalah menghilangkan bahan – bahan organik. Adanya screen di depan Prasedimentasi akan membuat proses dan perawatan Prasedimentasi semakin mudah. Pada umumnya apa yang diremoval sebagai grit adalah bahan – bahan yang inert dan kering. Dimana spesifik gravity untuk bahan – bahan bahan yang inert adalah 2.7 meskipun bisa rendah sampai 1.3 dan densitas Bulk yang digunakan untuk grit adalah 1600 kg/m 3 (100 3
lb/ft ). Dan bahan – bahan kasar yang berdiameter 0.2 mm merupakan suatu masalah di badan air. Biasanya bahan – bahan bahan kasar yang berdiameter 0.15 mm dapat diremoval hingga 100 %.
Kegunaan Kegunaan dari Prasedimentasi ini adalah melindungi peralatan mekanis
bergerak (seperti: pompa dan mixer ) dari material abrasif serta untuk mencegah akumulasi grit dalam saluran air baku seta proses pengolahan awal, termasuk tangku kontak ozone karena ia mampu menghilangkan tanah kasar, pasir dan partikel halus mineral dari air yang akan diolah sehingga t idak mengendap dalam dala m saluran ataupun pipa dan melindungi pompa dan mesin dari a brasi.
Dasar Pertimbangan Beberapa
hal
yang
harus
dipertimbangkan
dalam
mendesain
bak
prasedimentasi adalah: a) Lokasi perletakan bak perletakan bak prasedimentasi Penempatan bak prasedimentasi pada lokasi intake akan memaksimalkan kegunaan bak karena grit tersisihkan lebih awal dan menekan kemungkinan akumulasi grit akumulasi grit pada pada saluran/pipa transmisi air baku. b) b) Jumlah bak yang dibutuhkan Bak prasedimentasi dibangun dalam bentuk tunggal yang memiliki dua kompartemen atau dua bak terpisah, sehingga bila satu kompartemen dibersihkan, kompartemen yang lain masih dapat beroperasi sehingga supplai air ke instalasi tidak terganggu.
57
c) Bentuk bak rasedimentasi Bentuk bak persegi panjang memiliki kinerja lebih baik dari bentuk bak bujur sangkar karena memiliki kemampuan untuk meredam terjadinya pusaran air yang akan menurunkan efisiensi pengendapan. Perbandingan panjang dan lebar yang dianjurkan adalah 4 : 1. d) Ukuran grit Ukuran grit yang disisihkan Partikel yang disisihkan pada unit prasedimentasi berukuran 1,2 -1,5 mm. Prasedimentasi akan mengurangi beban pada proses koagulasi dan flokulasi dan kolam sedimentasi, sama halnya mengurangi jumlah koagulan kimia yang dibutuhkan untuk pengolahan air. Sebagai tambahan, prasedimentasi sangat berguna karena air baku memasuki instalasi dari reservoir biasanya reservoir biasanya lebih seragam seraga m dalam kualitas daripada air yang masuk instalasi tanpa ko lam penahan.
Prasedimentasi adalah proses pengendapan partikel diskrit. Partikel diskrit adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada saat mengendap. mengendap. Pengendapan dapat berlangsung dengan efisien apabila syarat-syaratnya terpenuhi. Efisiensi pengendapan tergantung pada karakteristik aliran, sehingga perlu diketahui karakteristik aliran pada unit tersebut (Cancerita, 2012). Dalam pengoperasiannya, terjadi pemisahan yang mana sebagian zat tersuspensi akan menjadi lumpur dan sebagian lagi menjadi fluida. Unit prasedimentasi dibagi menjadi empat empat zone, yaitu: yaitu: a. Inlet Zone, Zone, sebagai tempat untuk memperkecil pengaruh transisi aliran dari influen ke aliran steady yang terjadi di settling zone. zone. Fungsi dari inlet zone ini agar proses settling proses settling yang terjadi di settling di settling zone tidak terganggu. b. b. Settling Zone, Zone, sebagai tempat terjadinya pengendapan partikel diskrit sehingga terpisah dari air baku. c. Sludge Zone, Zone , tempat penampungan sementara dari material yang diendapkan di settling zone. zone. d. Outlet Zone, Zone, sebagai tempat memperkecil pengaruh transisi aliran dari settling zone ke area effluent .
58
Bentuk bak prasedimentasi yaitu persegi panjang yang dibangun dalam bentuk bangunan tunggal dengan dua bak terpisah. Bak persegi panjang memiliki kinerja lebih baik daripada yang berbentuk bujur sangkar. Karena memiliki kemampuan untuk meredam terjadinya pusaran air yang akan menurunkan efisiensi pengendapan. Perbandingan Perbandingan panjang dan lebar yang yang dianjurkan adalah 4:1.
Jenis Prasedimentasi dan Kriteria Desainnya
A. Bak Prasedimentasi Berbentuk Rectangular Berbentuk Rectangular Bak prasedimentasi bentuk rectangular terbagi menjadi empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona outlet, serta zona lumpur. Berikut ini adalah pembahasan untuk untuk masing-masing masing-masing zona tersebut. 1) Zona Inlet Zona inlet berfungsi untuk mendistribusikan air ke seluruh area bak secara seragam, mengurangi energi kinetik air yang masuk, serta untuk memperlancar transisi dari kecepatan air yang tinggi menjadi kecepatan air yang rendah yang sesuai untuk terjadinya proses pengendapan di zona pengendapan. Rostami dkk (2011) melakukan penelitian dengan cara mengatur letak bukaan inlet dan juga mengatur jumlah jumlah bukaan bukaan inlet. inlet. Bukaan inlet (a) terletak di atas, bukaan inlet (b) (b) terletak di tengah bak, bukaan inlet (c) terletak di bawah bawah bak, sedangkan sedangkan bukaan bukaan inlet (d) dan (e) merupakan variasi dari jumlah bukaan inlet. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, apabila digunakan hanya satu bukaan inlet, circulation zone yang terbentuk yang paling kecil adalah apabila bukaan inlet diletakkan di tengah. Hasil penelitian tersebut, memberikan kesimpulan bahwa apabila hanya digunakan satu bukaan saja, maka yang paling baik adalah dengan meletakkan bukaan inlet pada bagian tengah bak. bak. Namun, akan lebih baik apabila bukaan bukaan pada inlet jumlahnya lebih banyak. banyak. Hasil serupa juga juga dihasilkan dihasilkan dari hasil penelitian Tamayol dkk (2008). Tamayol dkk (2008) melakukan penelitian serupa dengan memposisikan inlet pada tiga posisi, yaitu atas bak, tengah bak, dan bawah bak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peletakan bukaan inlet di tengah dapat mengurangi volume circulation zone yang dapat mempengaruhi kondisi pengendapan. Selain melakukan pengaturan pada posisi inlet, hal lain yang
59
dapat
dilakukan untuk mengurangi volume circulation zone dan mengurangi
energi kinetik air adalah dengan memasang baffle. baffle. Namun, perlu diketahui peletakan baffle yang tepat, sebab peletakan baffle yang salah dapat memperburuk kinerja bak. Hasil penelitian Tamayol dkk (2008) menunjukkan bahwa baffle harus diletakkan tidak jauh dari letak terjadinya circulation zone. zone. Baffle harus diletakkan dekat dengan terjadinya circulation zone. zone. Apabila merujuk pada hasil penelitian Rostami dkk (2011) bahwa semakin banyak bukaan inlet dapat mengurangi volume circular zone dan hasil penelitian Tamayol
dkk (2008) bahwa penempatan baffle pada posisi yang tepat dapat
meningkatkan kinerja bak, maka hal ini akan berkaitan dengan hasil penelitian Kawamura (2000) tentang perforated baffle. baffle. Perforated baffle merupakan modifikasi dari baffle yang memiliki lubang-lubang pada dindingnya. Adanya lubang-lubang dengan ukuran seragam pada dinding
baffle menyebabkan
terjadinya perataan aliran, sehingga dapat meminimalisasi terjadinya dead zone. Sketsa perforated Sketsa perforated baffle dapat dilihat pada Gambar 2.31 di bawah ini.
Gambar 2.31 Sketsa Perforate Sketsa Perforated d Wall
Perforated
baffle berfungsi
untuk
meratakan
aliran,
sehingga
dapat
meminimalisasi terjadinya dead zone. zone. Perataan aliran yang terjadi menyebabkan kecepatan aliran hampir merata di semua titik, sehingga kecepatan air yang terjadi seragam di semua titik pada lubang perforated baffle. Namun, perforated baffle bukan berfungsi untuk mengatur agar terpenuhinya bilangan Reynolds aliran, sebab kecepatan aliran yang seragam hanya terjadi pada lubang di perforated baffle, baffle, namun setelah air 6 melalui lubang tersebut, kecepatan air akan mengikuti
60
luas penampang basah bak yang dilalui oleh air, sehingga perforated baffle baffl e bukan berfungsi untuk mengatur mengatur bilangan Reynolds. Reynolds.
1) Zona Pengendapan (Settling ( Settling Zone) Zone) Proses pengendapan pada zona pengendapan pada dasarnya ditentukan oleh dua faktor, yaitu karakteristik partikel tersuspensi dan hidrolika bak. a. Karakteristik partikel tersuspensi Proses
pengendapan
yang
terjadi
di
unit
prasedimentasi
merupakan
pengendapan partikel diskret. Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada saat mengendap. Pada saat mengendap, partikel diskret tidak terpengaruh oleh konsentrasi partikel dalam air karena partikel diskret mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar partikel. Contoh Contoh partikel diskret adalah silika, silt, silt, serta lempung. Partikel diskret memiliki spesifik gravit y sebesar 2,65 dengan ukuran partikel < 1 mm dan kecepatan mengendap < 100 mm/detik. Pengendapan partikel diskret merupakan jenis pengendapan tipe I, yaitu proses pengendapan yang berlangsung tanpa adanya interaksi antar partikel. Selain pengendapan partikel diskret, contoh lain pengendapan tipe I adalah pengendapan partikel grit pada grit chamber. Contoh partikel grit adalah pasir, dengan spesifik gravity antara 1,2-2,65 dengan ukuran partikel ≤ 0,2 mm dan kecepatan pengendapan sebesar 23 mm/detik.
61
b. Overflowrate dan Overflowrate dan Efisiensi Bak
Aliran Horizontal Gambar 2.32 Pergerakan Partikel Pada Bak Prasedimentasi Aliran Horizontal Proses pengendapan partikel pada bak prasedimentasi aliran horizontal. Partikel memiliki kecepatan horizontal , vH dan kecepatan pengendapan V S. Gambar 2.32 menunjukkan bahwa apabila overflow rate atau kecepatan horizontal sebanding dengan kedalaman/panjang bak, maka
= .............................................................................................. (2.46) = ........................................................................................ (2.47) = ........................................................................................ (2.48) Sehingga
= ........................................................................................... (2.49) Persamaan (2.49) menunjukkan bahwa overflow rate merupakan fungsi dari debit dan luas permukaan. Selain persamaan (2.46) hingga (2.49), persamaan persamaan berikut dapat membuktikan membuktikan bahwa Vo =
Q ASurface
= ............................................................................................ (2.50) = .............................................................................................. (2.51)
62
Sehingga
= ........................................................................................... (2.52) = ......................................................................................... (2.53) = ............................................................................................. (2.54) .
Apabila bak prasedimentasi didesain dengan overflow rate, rate, Vo, maka partikel yang memiliki kecepatan pengendapan V s lebih besar daripada Vo akan tersisih seluruhnya. Partikel yang memiliki kecepatan pengendapan lebih kecil daripada Vo akan tersisih sebagian, yaitu partikel yang berada pada kedalaman H 2 (Gambar 2.33).
Gambar 2.33 Profil Pada Bak Rectangular Bak Rectangular Ideal Ideal
.(Sumber: Reynolds dan Richards, 1996)
Untuk menentukan besar penyisihan partikel dengan desain overflow rate v0 pada proses pengendapan partikel, dapat diketahui dari hasil analisa tes kolom. Hasil tes kolom tersebut akan menentukan overflow rate serta dimensi bak, sehingga dapat diketahui waktu detensi yang tepat untuk proses pengendapan. Oleh karena itu, pada dasarnya kriteria desain tidak dapat digunakan untuk menentukan waktu detensi maupun overflow rate. rate. Kolom yang digunakan untuk analisa memiliki beberapa kran pada rentang jarak tertentu. Kran-kran tersebut digunakan untuk mengambil sampel air pada rentang waktu tertentu yang telah ditetapkan. Sebelum tes dilakukan, terlebih dahulu diambil sampel untuk dikeringkan dan dianalisis konsentrasinya untuk diketahui konsentrasi awalnya.
63
Selama proses analisa dengan kolom tes tersebut, setiap rentang waktu tertentu, diambil sampel air untuk di analisis konsentrasinya. Konsentrasi tersebut akan dibandingkan dengan konsentrasi awal agar diketahui besar penyisihan partikelnya. Hal tersebut dilakukan selama rentang waktu tertentu. Untuk menentukan efisiensi penyisihan partikel pada overflow rate tertentu, fraksi yang tersisihkan terbagi menjadi dua, yaitu yang memiliki kecepatan pengendapan lebih besar daripada overflow rate dan yang yang lebih kecil dari dari pada overflow rate. Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan Vs > Vo dapat dituliskan sebagai 1-F o. Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan Vs < Vo tetapi tetap i berada pada kedalaman tertentu,sehingga dapat terendapkan dapat terendapkan dapat ditulis sebagai
1
0
c. Hidrolika Bak Aliran air dalam bak dapat diketahui dari beberapa hal, antara lain kecepatan horizontal (Vh) karakteristik aliran yang ditentukan oleh Bilangan Reynolds Reynolds dan Froude. Froude.
d. Karakteristik Aliran Berdasarkan studi literatur, diketahui bahwa karakteristik aliran dapat diketahui melalui Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds dan dan Froude Froude..
e. Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds Teori dasar dan penerapan Bilangan Reynolds Reynolds pada unit prasedimentasi menunjukkan
korelasi
bahwa
menunjukkan kondisi aliran
fungsi
pada
Bilangan Reynolds Reynolds adalah
untuk
unit prasedimentasi apakah laminer atau
turbulen. Kondisi aliran yang laminer diharapkan terjadi di unit prasedimentasi karena keadaan aliran aliran yang turbulen dapat
menurunkan menurunkan efisiensi kerja unit unit
prasedimentasi. Oleh karena itu, sesuai dengan SNI 6774 Tahun 2008 tentang Tata Cara Perencanaan Unit Paket Instalasi Pengolahan Air, nilai Bilangan Reynolds Reynolds harus kurang dari 2000. Pengaruh jenis aliran yang terjadi pada prasedimentasi terhadap proses pengendapan partikel. partikel. 64
Gambar 2.34 Pengendapan Pengendapan Partikel Part ikel pada Aliran Laminer dan Turbulen (Sumber: Huisman, 1977)
f. Bilangan Froude Bilangan Froude Teori dasar bilangan Froude Froude menunjukkan bahwa bilangan Froude Froude terkait dengan kondisi aliran apakah, subkritis, kritis, atau superkritis. Kondisi aliran subkritis memiliki nilai bilangan Froude Froude kurang dari satu yang menunjukkan bahwa gaya gravitasi lebih mendominasi daripada gaya inersia, inersia, sehingga kecepatan aliran cukup rendah. Penerapan pada unit prasedimentasi menunjukkan bahwa bilangan Froude dapat menunjukkan apakah terjadi aliran pendek atau tidak pada unit prasedimentasi. Aliran pendek dapat terjadi apabila kecepatan aliran cukup besar, sehingga diharapkan kecepatan aliran pada unit prasedimentasi tidak terlalu besar atau dalam keadaan subkritis, sehingga aliran pendek sebisa mungkin dapat dihindari. Oleh karena itu, sesuai dengan SNI 6774 Tahun 2008 tentang Tata Cara Perencanaan Unit Paket Instalasi Pengolahan Air, nilai bilangan Froude Froude harus lebih dari 10 -5. Unit prasedimentasi dirancang sedemikian rupa agar mampu memenuhi Bilangan Reynolds dan Froude dan Froude,, sehingga tercapai keadaan aliran yang sebaik mungkin untuk mendukung proses pengendapan.
g. Overflow rate Overflow rate menentukan proses pengendapan yang terjadi pada zona pengendapan. Overflow rate memiliki keterkaitan dengan kecepatan horizontal serta Bilangan Bilangan Reynolds Reynolds
dan Froude dalam merancang zona pengendapan.
Hubungan antara overflow rate, rate, kecepatan horizontal, serta Bilangan Reynolds
65
dan Froude. Tahapan-tahapan perhitungan untuk tabel simulasi tersebut adalah sebagai berikut.
Menentukan hubungan hubungan antara W, L, dan H untuk Nre = 1 dan Nre = 2000
1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut.
= ............................................................................................. (2.55) Keterangan: - Vo = Overflow rate
(m/s)
- Q
(m /s)
3
= Debit air
- As = Luas Permukaan
(m2)
Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.
3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nre sebagai acuan. Berdasarkan kriteria desain, Nre < 2000. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nre dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr. Bilangan Reynolds dan dan kedalamam bak Menghitung lebar bak dengan acuan Bilangan Reynolds
...................................................................................... (2.56) R =
Nre =
66
W .H 1 . W+2H Q 1 = W+2H =
Nre.
=
Q W+2H Q
W+2H= W=
Q Nre Nre
Nre Nre
................................................................ ................................ .............................................. .............. (2.57)
........................................................................... (2.58)
− 2H ........................................................................... (2.59)
Keterangan: 3
- Ac = Luas penampang
(m )
- Nre = Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
(m)
= Jari-jari hidrolis
- W = Lebar bak
(m)
- H
= Kedalaman bak
(m)
= Viskositas kinematis
(m2/s)
-
Menghitung kecepatan horizontal (Vh)
=
Q WH
......................................................................................... (2.60)
Keterangan: - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- Q
(m /s)
3
= Debit air
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R)
R=
A P
=
WH W+2H
.............................................................................. (2.61)
67
Keterangan: - R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- A
= Luas basah
(m2)
- P
= Keliling basah
(m)
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai Nfr
Nfr =
VH 2 gR
....................................................................................... (2.62)
Keterangan: - Nfr = Bilangan Froude Bilangan Froude - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- g
= Percepatan gravitasi
(m/s2)
Menghitung panjang bak
L=
AS W
.............................................................................................. (2.63)
Keterangan: - AS = Luas Permukaan
(m2)
- L
(m)
= Panjang bak
- W = Lebar bak
(m)
Menentukan hubungan hubungan antara W, L, dan H untuk Nfr > 10 -5
1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari.
68
2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut:
Vo =
Q AS
............................................................................................ (2.64)
Keterangan: - Vo = Overflow rate
(m/s)
- Q
(m3/s)
= Debit air
- As = Luas permukaan
2
(m )
Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.
3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nre sebagai acuan. Berdasarkan kriteria desain, Nre < 2000. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nre dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr. Menghitung lebar bak dengan acuan V H dan kedalamam bak
VH =
= W=
.............................................................. ............................. (2. 65) ........................................................................................... Q V H
Q ...................................................................................... (2.66)
Q H VH
Q .................................................................................... (2.67)
Keterangan: 3
- Ac = Luas penampang
(m )
- Q
(m3/s)
= Debit air
- VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
69
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R)
R=
A P
=
WH W+2H
.............................................................................. (2.68)
Keterangan: - R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- A
= Luas basah
(m )
- P
= Keliling basah
(m)
2
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai Nfr
Nre =
VH R
...................................................................................... (2.69)
Keterangan: - Nre = Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
= Viskositas kinematis
(m2/s)
-
Menentukan hubungan hubungan antara W, L, dan H untuk Nfr > 10
-5
1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut.
70
Vo =
Q AS
............................................................................................ (2.70)
Keterangan: - Vo = Overflow rate
(m/s)
- Q
(m3/s)
= Debit air
- As = Luas permukaan
(m2)
Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.
3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nfr > 10-5. Karena Nfr merupakan kombinasi persamaan yang kompleks, sehingga yang ditetapkan adalah nilai vh agar Nfr > 10 -5. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nfr dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr. Menghitung lebar bak dengan acuan V H dan R
VH =
.............................................................. ............................. (2. 71) ........................................................................................... Q
VH = W=
WH Q H VH
......................................................................................... (2.72) Q .................................................................................... (2.73)
Keterangan: 3
- Ac = Luas penampang
(m )
- Q
(m3/s)
= Debit air
- VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
(m)
= Jari-jari hidrolis
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
71
Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R)
R=
A P
=
WH W+2H
.............................................................................. (2.74)
Keterangan: - R
= Jari-jari hidrolis
(m)
- A
= Luas basah
(m2)
- P
= Keliling basah
(m)
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai Nfr
Nre =
VH R
...................................................................................... (2.75)
Keterangan: - Nre = Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
= Viskositas kinematis
(m /s)
-
Menentukan hubngan
2
terhadap Nfr dan Nre H
Langkah-langkah simulasi untuk menentukan hubungan
terhadap Nfr dan H
Nre adalah sebagai berikut. 1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut.
Vo =
Q AS
............................................................................................ (2.76)
72
Keterangan: - Vo = Overflow rate
(m/s)
- Q
(m3/s)
= Debit air
(m2)
- As = Luas permukaan
Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20 dan 80 m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.
3) Langkah berikutnya adalah menentukan kedalaman bak dan variasi dan
. Jika H H
sudah diketahui, maka dapat ditentukan W bak. H
4) Lalu dihitung kecepatan horizontal (Vh) dan R.
.............................................................. .............................. (2.77) ............................................................................................
VH =
Q
VH = R=
......................................................................................... (2.78)
WH A P
=
WH W+2H
.............................................................................. (2.79)
Keterangan: - Ac = Luas penampang
(m3)
- Q
(m /s)
3
= Debit air
- VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
(m)
= Jari-jari hidrolis
- W = Lebar bak
(m)
- H
(m)
= Kedalaman bak
Menghitung nilai Nfr dan Nre
Nfr = Nre =
VH 2 gR
....................................................................................... (2.80)
VH R
...................................................................................... (2.81)
73
Keterangan: - Nfr = Bilangan Froude Bilangan Froude - Nre = Bilangan Reynolds Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal
(m/s)
- R
= Jari-jari hidrolis
(m)
= Viskositas kinematis
(m /s)
- g
= Percepatan gravitasi
(m/s2)
-
2
3) Zona Outlet Desain outlet biasanya terdiri dari pelimpah yang dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi terjadinya aliran pendek. Weir loading rate adalah beban pelimpah (dalam hal ini debit air) yang harus ditanggung per satuan waktu dan panjangnya. Berikut ini adalah beberapa kriteria desain untuk weir loading rate dari berbagai sumber (Tabel 2.16). Tabel 2.16 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber Weir Loading Sumber Keterangan R ate ate 3 (m /ha /hari ri .m) .m) 186
Katz, 1962
249,6
Katz, 1962
264
Kawamura, Kawamura, 2000
125-500 172,8-259,2
Droste, 1997 Huisman, 1977
Pada daerah yang terpengaruh density current
Berdasarkan sejumlah kriteria desain pada beragam sumber mengenai
weir
loading rate di atas, dapat dilihat bahwa jika pada bak terjadi density current , weir loading rate diharapkan tidak terlalu besar karena dapat menyebabkan terjadinya penggerusan pada partikel yang mengendap di sekitar outlet, sehingga diharapkan d iharapkan weir loading rate dapat sekecil mungkin Pada dasarnya pelimpah,
satu pelimpah sudah cukup, namun jika hanya ada satu
maka weir loading rate akan menjadi besar. Hal tersebut dapat
mengganggu proses pengendapan, sebab terjadi aliran ke atas menuju pelimpah
74
dengan kecepatan cukup besar yang menyebabkan partikel yang bergerak ke bawah untuk mengendap mengendap terganggu. Terdapat beberapa beberapa alternatif untuk mendesain pelimpah agar luas yang dibutuhkan untuk zona outlet tidak terlalu besar dan beban pelimpah juga tidak terlalu besar antara lain dapat dilihat pada Gambar 2.35.
Gambar 2.35 Beragam Susunan Pelimpah pada Outlet (Sumber: Qasim, 1985)
Pemilihan desain outlet sangat tergantung pada lebar bak, debit air yang dialirkan serta weir loading rate, sehingga pada saat menetapkan bentuk outlet, ketiga hal tersebut harus dipertimbangkan. Jenis pelimpah yang umumnya digunakan adalah bentuk rectangular dan v- notch, notch, namun v-notch lebih banyak digunakan karena memiliki kemampuan self cleansing dan dapat meminimalisasi pengaruh angin. angin. Contoh gambar v-notch dapat dilihat pada Gambar 2.35.
Gambar 2.36 Contoh v-notch Sumber: Fair dkk., 1981
75
Selain menggunakan pelimpah, outlet unit prasedimentasi dapat menggunakan perforated baffle karena pada dasarnya outlet berfungsi untuk mengalirkan air yang telah terpisah dari suspended solid tanpa mengganggu partikel yang telah terendapkan di zona lumpur, sehingga perforated baffle dapat digunakan, hanya saja bukaan diletakkan 30-90 cm dari permukaan, dan tidak diletakkan terlalu di bawah, sebab apabila bukaan diletakkan terlalu bawah, partikel yang telah terndapakan dapat ikut terbawa ke outlet.
4) Zona Lumpur (Sludge ( Sludge Zone) Zone ) Zona lumpur merupakan zona dimana partikel-partikel diskret yang telah mengendap berada. Zona ini memiliki kemiringan tertentu menujuh ke hopper yang terletak di bagian bawah inlet. Menurut Qasim (1985), kemiringan dasar bak rectangular adalah sebesar 1-2%. Zona lumpur lumpur didesain memiliki memiliki kemiringan tertentu tertentu agar mempermudah mempermudah pada saat pembersihan lumpur. lumpur. Kemiringan yang cukup terutama untuk pembersihan pembersihan yang dilakukan secara manual, sebab pembersihan secara manual biasanya dilakukan dengan cara menggelontorkan menggelontorkan air air agar lumpur
terbawa oleh oleh air.
Hopper terletak di bagian bawah inlet, sebab sebagian besar partikel besar mengendap di ujung inlet. Selain itu, apabila hopper diletakkan di bawah zona outlet, dikhawatirkan partikel yang telah terendapkan dapat tergerus karena adanya pergerakan air menuju pelimpah. Gambar 2.36 menunjukkan hopper pada hopper pada bak prasedimentasi bentuk rectangular .
Gambar 2.37 Hopper pada Hopper pada Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Bentuk Bentuk Rectangular Rectangular
76
Selain diletakkan dekat dengan inlet, hopper juga dapat diletakkan secara dan juga dapat diletakkan di tengah bak seperti pembersihan lumpur juga dapat dilakukan dengan cara automatis dengan beberapa macam scraper macam scraper . Pada dasarnya, untuk bak rectangular terdapat dua jenis peralatan pembersih lumpur, yaitu tipe chain-and-flight dan travelling bridge dan memiliki scraper untuk mendorong lumpur masuk ke hopper , seperti pada Gambar 2.38 dibawah ini:
Gambar 2.38 Zona Lumpur pada Tengah Bak Sumber: Fair dkk., 1981
Pembersihan lumpur juga dapat dilakukan dengan cara automatis dengan beberapa macam scraper macam scraper . Pada dasarnya, untuk bak rectangular terdapat dua jenis peralatan pembersih pe mbersih lumpur, yaitu tipe chain-and-flight dan travelling bridge dan memiliki scraper memiliki scraper untuk mendorong lumpur masuk ke hopper . Tipe Chain and Flight merupakan tipe pembersih lumpur dengan kecepatan perpindahan yang tidak lebih dari 1 cm/detik. Dasar bak dirancang memiliki kemiringan sebesar 1%.
(a)
77
(b) Gambar 2.39 (a) Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight, (b Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight 3 Dimensi Sumber: (a) Huisman, 1977 dan (b) Finnchain Oy
Gambar 2.40 Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Travelling Bridge (Sumber: Huisman, 1977)
B. Bak Prasedimentasi Berbentuk Circular Pada dasarnya, bak prasedimentasi berbentuk circular terdiri dari dua jenis, yaitu peripheral yaitu peripheral f eed dan dan center feed . Bak circular tipe peripheral tipe peripheral feed memiliki memiliki inlet yang terletak di sekeliling bak, (sedangkan tipe center feed memiliki inlet yang terletak di tengah bak. Gambar 13 menunjukkan bak prasedimentasi tipe pheripheral feed dan dan center feed .
78
(a) (b) Gambar 2.41 Bak Prasedimentasi Bentuk Circular (a) Tipe Center Feed (b) Tipe Peripheral Feed Bak prasedimentasi bentuk circular terbagi menjadi empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona outlet, serta zona lumpur. Berikut ini adalah pembahasan untuk masingmasing- masing zona tersebut.
2) Zona Pengendapan (Settling ( Settling Zone) Zone) Pemilihan inlet maupun outlet untuk bak circular sangat tergantung pada kondisi zona pengendapan, sehingga zona pengendapan yang menentukan penempatan zona inlet maupun zona outlet. Oleh karena itu, perlu ditentukan lebih dahulu kondisi zona pengendapan yang efisien. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengendapan pada bak circular sama dengan pada bak rectangular , hanya saja nilai Bilangan Reynolds dan Froude berubah sepanjang perubahan diameter. Hasil simulasi menunjukkan bahwa Nre dan Nfr akan cukup tinggi di tengah bak, dan akan semakin mengecil saat mendekati pinggir bak, sehingga kedua bilangan tersebut tidak akan dapat dipenuhi secara bersamaan. Penentuan acuan akan berpengaruh pada letak inlet dan outlet. Jika unit prasedimentasi berupa center feed , maka pada saat air masuk, keadaan aliran akan cukup turbulen, mendekati outlet bak, aliran akan menjadi semakin laminer, sebaliknya jika unit prasedimentasi berupa peripheral feed , maka pada saat air masuk, keadaan air akan laminer, semakin mendekati outlet akan semakin
79
turbulen. Letak outlet akan sangat mempengaruhi pemilihan acuan, seperti diketahui bahwa di dekat pelimpah, akan terjadi pergerakan air ke atas yang dapat menghambat partikel untuk mengendap, sehingga keadaan air yang turbulen juga akan menghambat partikel untuk mengendap. Apabila kondisi turbulen terjadi pada saat air masuk, part ikel-partikel besar yang dapat mengendap dengan cepat akan mengalami hambatan untuk mengendap, tapi seiring dengan perubahan kondisi aliran, partikel-partikel tersebut dapat mengendap. mengendap. Sebaliknya, jika kondisi turbulen terletak di dekat outlet, partikel-partikel yang sudah mengendap dapat tergerus kembali akibat kondisi aliran tersebut dan juga terdapat aliran air ke atas menuju pelimpah. Oleh karena itu, bak prasedimentasi tipe center feed merupakan tipe yang paling baik untuk bak prased imentasi bentuk circular
3) Zona Inlet Berdasarkan hasil pembahasan zona pengendapan, maka inlet yang paling tepat adalah terletak di tengah atau tipe center feed . Inlet bak tersebut dapat beragam, misalnya air dibiarkan melimpah melalui inlet di tengah bak atau dinding inlet dirancang berlubang- lubang, sehingga air akan mengalir melewati lubang-lubang tersebut. Selain itu, pada inlet juga dapat dipasang baffle. baffle. Baffle tersebut berfungsi untuk mereduksi energi kinetik air yang keluar melalui inlet.
4) Zona Outlet Berdasarkan hasil pembahasan zona pengendapan, maka outlet yang paling tepat bagi bak presedimentasi bentuk circular terletak di sekeliling bak. Di sekeliling bak dipasang pelimpah, sehingga air yang telah melalui bak prasedimentasi akan melimpah melalui pelimpah tersebut. t ersebut. Pelimpah dapat berupa v-notch atau rectangular weir . prasedimentasi akan melimpah melalui pelimpah tersebut. Pelimpah dapat berupa v-notch atau rectangular weir .
80
5) Zona Lumpur (Sludge ( Sludge Zone) Zone )
Gambar 2.42 Hopper pada Hopper pada Bak Prasedimentasi Prasedimentasi Bentuk Bentuk Circular
Gambar 2.43 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Scraper pada Bak Circular
Scraper yang digunakan untuk bentuk circular adalah tipe radial atau tipe diametral . Scraper tersebut bergerak pada sekeliling bak untuk mendorong lumpur agar masuk ke hopper yang terletak di tengah bak. Berbeda dengan prasedimentasi bentuk rectangular , bentuk circular memiliki hopper yang terletak di tengah bak, sebab pengendapan partikel yang terjadi pada bak circular ini terjadi di segala arah, sehingga untuk mempermudah pembersihan lumpur, hopper diletakkan di tengah bak.
81
2.3.4 Unit Koagulasi-Fl K oagulasi-Flokulasi okulasi A. Koagulasi dan Flokulasi
Air baku dari air permukaan umumnya mengandung partikel tersuspensi. Partikel tersuspensi dalam air dapat berupa partikel bebas dan koloid dengan -6
ukuran yang sangat kecil, antara 0,001 mikron (10 mm) sampai 1 mikron (10
-3
mm). Partikel yang ditemukan dalam kisaran ini meliputi (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012): - Partikel anorganik, seperti serat asbes, tanah liat, dan lanau atau silt atau silt , - Presipitat koagulan, dan partikel organik, seperti zat humat, virus, bakteri, dan plankton.
Pada umumnya, dispersi koloid mempunyai sifat memendarkan cahaya. Sifat pemendaran cahaya ini terukur sebagai satuan kekeruhan. Partikel tersuspensi pada umumnya sangat sulit mengendap secara alami (lihat Tabel 2.17). Hal ini karena adanya stabilitas suspensi koloid. Stabilitas koloid terjadi karena (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012) : Gaya van der Waals
Gaya ini merupakan gaya tarik-menarik antara dua massa, yang besarnya tergantung pada jarak antar keduanya. Gaya Elektrostatik
Gaya elektrostatik adalah gaya utama yang menjaga suspensi koloid pada keadaan yang stabil. Sebagian besar koloid mempunyai muatan listrik. Oksida metalik umumnya bermuatan positif, sedangkan oksida nonmetalik dan sulfida metalik umumnya bermuatan negatif. Kestabilan koloid terjadi karena adanya gaya tolak antar koloid yang mempunyai muatan yang sama. Gaya ini dikenal sebagai zeta sebagai zeta potensial . Gerak Brown Gerak Brown Gerak ini adalah gerak acak dari suatu partikel koloid yang disebabkan oleh kecilnya massa partikel.
82
Pada umumnya, gaya van der Waals dan Waals dan gaya elektrostatik saling meniadakan. Kedua gaya tersebut nilainya makin mendekati nol dengan makin bertambahnya jarak antar koloid. Resultan kedua gaya tersebut umumnya umumnya menghasilkan gaya tolak yang lebih besar (Gambar 2.43). Hal ini menyebabkan partikel dan koloid dalam keadaan stabil. Tabel 2.17 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber Ukuran Partikel (mm)
Tipe Partikel
Waktu Pengendapan (h = 1 m)
10 Kerikil 1s 1 Pasir 10 s -1 10 Pasir Halus 2 menit -2 10 Lempung 2 jam 10 Bakteri 8 hari 10 Koloid 2 tahun 10 Koloid 20 tahun 10 Koloid 200 tahun Sumber: Water Treatment Handbook: 6th edition, Volume 1, Volume 1, 1991
Gambar 2.44 Gaya-gaya pada koloid Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012
83
Koagulasi dan flokulasi merupakan dua proses yang terangkai menjadi kesatuan proses tak terpisahkan. tak terpisahkan. Pada proses koagulasi terjadi destabilisasi koloid dan partikel dalam air sebagai akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan bahan kimia (disebut koagulan). Akibat pengadukan cepat, koloid dan partikel yang stabil berubah menjadi tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang bermuatan positif dan negatif. Pembentukan ion ion positif dan negatif juga dihasilkan melalui proses penguraian koagulan. Proses ini dilanjutkan dengan pembentukan 3+
ikatan antara ion positif dari koagulan (misal ( misal Al ) dengan ion negatif dari partikel part ikel (misal OH -) dan antara ion positif dari partikel (misal Ca 2+) dengan ion negatif dari koagulan (misal SO42-) yang menyebabkan pembentukan inti flok (presipitat). (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012) Setelah inti flok terbentuk, proses selanjutnya adalah proses flokulasi, yaitu penggabungan penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar yang memungkinkan memungkinkan partikel dapat mengendap. Penggabungan Penggabungan flok kecil menjadi flok besar terjadi karena adanya tumbukan antar flok. Tumbukan ini terjadi akibat adanya pengadukan lambat. Proses koagulasi-flokulasi dapat digambarkan secara skematik pada Gambar 2.45.
Gambar 2.45 Gambaran proses koagulasi-flokulasi (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)
84
Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk lambat, terjadi pembentukan flok yang berukuran besar hingga mudah diendapkan pada bak sedimentasi (Ali Masduqi, Abdu Abdu F. Assomadi, 2012). 2012). Koagulan yang banyak digunakan dalam pengolahan air minum adalah aluminium sulfat atau garam-garam besi. Terkadang koagulan-pembantu, seperti polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar agar padatan tersuspensi lebih cepat mengendap. Faktor utama yang mempengaruhi proses koagulasi-flokulasi air adalah kekeruhan, padatan tersuspensi, temperatur, pH, komposisi dan konsentrasi kation dan anion, durasi dan tingkat agitasi selama koagulasi dan flokulasi, dosis koagulan, dan jika diperlukan, koagulan-pembantu. Pemilihan koagulan dan konsentrasinya dapat ditentukan berdasarkan studi laboratorium menggunakan jar test te st apparatus (Gambar apparatus (Gambar 2.46) untuk mendapatkan kondisi optimum (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).
Gambar 2.46 Peralatan Jar Peralatan Jar test
Pengadukan Pengadukan merupakan operasi yang mutlak diperlukan pada proses koagulasiflokulasi. Pengadukan cepat berperan penting dalam pencampuran koagulan ko agulan dan destabilisasi partikel. Sedangkan pengadukan lambat berperan dalam upaya penggabungan penggabungan flok (Ali Masduqi, Abdu F. F. Assomadi, 2012). - Jenis Pengadukam Adapun jenis pengadukan dapat dikelompokkan berdasarkan kecepatan pengadukan dan metoda pengadukan. pengadukan. Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Sedangkan
85
berdasarkan metodenya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis. Kecepatan pengadukan merupakan parameter penting dalam pengadukan yang dinyatakan dengan gradien kecepatan. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 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 kecep atan besar (300 sampai 1000 detik -1) selama 5 hingga 60 detik atau nilai GTd (bilangan (bilangan Champ) berkisar 300 hingga 1700. Secara spesifik, nilai G dan td bergantung pada maksud atau sasaran pengadukan cepat. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).
Tabel 2.18 Nilai Gradien Gradien Kecepatan Kecepatan dan Waktu Waktu Pengadukan Pengadukan Waktu Pengadukan (td) (detik) 20 30
Gradien Kecepatan (L/detik) 1000 900
40 50 >
790 700
Sumber : Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012
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 menit -1
- G = 1000 - 700 detik
86
Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu: (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 1. Pengadukan mekanis 2. Pengadukan hidrolis 3. Pengadukan pneumatis
2) Pengadukan Lambat Tujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan gabungan partikel part ikel hingga berukuran besar. Pengadukan lambat adalah -
pengadukan yang dilakukan dilakukan dengan gradien kecepatan kecil (20 sampai sa mpai 100 detik 1
) selama 10 hingga 60 menit atau nilai GTd (bilangan Champ) 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 -1
- G = 10 - 50 detik 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: -1
- G tidak lebih dari 50 detik
Untuk flokulator 3 kompartemen:
- G kompartemen 1 : nilai terbesar - G kompartemen 2 : 40 % dari G kompartemen 1 - G kompartemen 3 : nilai terkecil
87
Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur atau 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 -1
- G = 20 - 75 detik
- GTd = 10.000 - 100.000
Pengadukan lambat sering juga disebut sebagai flokulasi Flokulasi adalah suatu proses aglomerasi (penggumpalan) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi. Proses flokulasi dalam pengolahan air bertujuan untuk mempercepat proses penggabungan penggabungan flok-flok yang telah dibibitkan pada proses koagulasi. Partikel partikel yang telah distabilkan selanjutnya saling bertumbukan serta melakukan proses tarik-menarik dan membentuk flok yang ukurannya makin lama makin besar serta mudah mengendap. Gradien kecepatan merupakan faktor penting dalam desain bak flokulasi. Jika nilai gradien terlalu besar maka gaya geser yang timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika nilai gradient terlalu rendah/tidak memadai maka proses penggabungan antar partikulat tidak akan terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit dihasilkan. Untuk itu nilai gradien kecepatan proses flokulasi dianjurkan d ianjurkan berkisar antara 90/detik 90/det ik hingga hingga 30/detik. Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen, dimana pada kompertemen pertama terjadi proses pendewasaan flok, pada kompartemen kedua terjadi proses penggabungan penggabungan flok, dan pada kompartemen ketiga terjadi pemadatan flok. Pengadukan lambat (agitasi) pada proses flokulasi dapat dilakukan dengan metoda yang sama dengan pengadukan cepat pada proses koagulasi, perbedaannya terletak pada nilai gradien kecepatan di mana pada proses flokulasi nilai gradien jauh lebih kecil dibanding gradien gradien kecepatan koagulasi.
88
Flokulasi adalah proses pembentukan flok melalui pengadukan lambat. Bangunan flokulasi ditempatkan setelah bangunan koagulasi. Flokulasi berfungsi mempercepat tumbukan antara partikel koloid yang sudah terdestabilisasi supaya bergabung membentuk mikroflok mikroflok ataupun makroflok yang secara teknis dapat diendapkan. 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. Flokulasi disebabkan oleh adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut sebagai flokulan (Rath & Singh, 1997). Mikroflok yang terbentuk pada saat proses koagulasi sebagai akibat penetralan muatan, akan aka n saling bertumbukan dengan adanya pengadukan lambat. Tumbukan Tumbukan tersebut akan menyebabkan mikroflok berikatan dan menghasilkan flok yang lebih besar. Pertumbuhan ukuran flok akan terus berlanjut dengan penambahan flokulan atau polimer
dengan
bobot
molekul
tinggi.
Polimer
tersebut
menyebabkan
terbentuknya jembatan, mengikat flok, memperkuat ikatannya serta menambah berat flok sehingga meningkatkan rate rat e pengendapan flok. Waktu yang dibutuhkan untuk proses flokulasi berkisar antara 15-20 menit hingga 1 jam.
Gambar 2.47 Unit Flokulasi
89
Pengadukan lambat dapat dilakukan dengan beberapa cara antara lain: (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 1. Pengadukan mekanis 2. Pengadukan hidrolis 3. Pengadukan Pneumatis
Pengadukan Mekanis Pengadukan mekanis adalah metode pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri atas motor, poros pengaduk ( shaft ( shaft ), ), dan alat pengaduk (impeller ). ). Peralatan tersebut digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan bentuknya, ada tiga macam impeller , yaitu paddle paddle (pedal) , , turbine, turbine, dan propeller (baling-baling). Bentuk ketiga impeller tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9 dan Gambar 2.47.
(a)
(b) Gambar 2.48 Tipe paddle Tipe paddle (a) (a) tampak atas, (b) tampak samping (Sumber: Qasim, 1985)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
Gambar 2.49 Tipe turbine dan turbine dan propeller propeller : : (a) turbine blade lurus, blade lurus, (b) turbine blade dengan piringan, (c) turbin dengan blade menyerong, blade menyerong, (d) propeller (d) propeller 2 2 blade, blade, (e) propeller (e) propeller 3 blade (Sumber: Qasim, 1985)
Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan cepat umumnya dilakukan dalam waktu singkat dalam satu bak
Faktor penting penting dalam perancangan alat
pengaduk mekanis adalah dua parameter pengadukan, pengadukan, yaitu G dan td. Sedangkan
90
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 paddle yang dimodifikasi hingga membentuk roda (paddle wheel), baik dengan posisi horizontal maupun vertikal. vertikal.
Gambar 2.50 Pengadukan cepat dengan alat -pengaduk (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)
Tabel 2.19 Konstanta K 1 dan K 2 untuk Tangki Bersekat Jenis Impeller
Propeller, Propeller, Pitch of 1, 3 blades Propeller, Propeller, Pitch of 2, 3 blades Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 6 curved blades o Fan Turbine, 6 blades blades at 45 Shrouded Turbine, 6 curved blades Shrouded Turbine, with stator, no baffles Flat Paddles, Paddles, 2 blades (Single Paddle), Paddle), D1 /W 1 =4 Flat Paddles, Paddles, 2 blades, D1 /W 1 = 6 Flat Paddles, Paddles, 2 blades, D1 /W 1 = 8 Flat Paddles, Paddles, 4 blades, D1 /W 1 = 6 Flat Paddles,6 Paddles,6 blades, D1 /W 1 = 8
K L
K T
41,0 43,5 60,0 65,0 70,0 70,0 97,5 172,5
0,32 1,00 5,31 5,75 4,8 1,65 1,08 1,12
43,0
2,25
36,5 33,0 49,0 71,0
1,70 1,15 2,75 3,82
Sumber : Tom D. Reynolds, Paul A. Richard. 1996
1) 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, 91
energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 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 (Gambar 2.12), loncatan hidrolik, dan parshall dan parshall flume. flume . (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan lambat adalah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif lebih tenang dan dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak pecah lagi. Beberapa contoh conto h pengadukan hidrolis untuk pengadukan pengadukan lambat adalah kanal bersekat (baffled channel , Gambar 2.13) , perforated , perforated wall, wall, gravel bed dan sebagainya. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, Asso madi, 2012). Beberapa contoh pengadukan lambat hidrolis adalah gravel bed floculator, baffle channel floculator dan hidraulic hidraulic jet floculator. (GBF) Gravel Bed Flokulator (GBF) GBF
adalah
Flokulator
yang
menggunakan
kerikil
untuk
sistem
pengadukannya. GBF ini ini dapat digunakan sebagai: sebagai: - Pre treatment pada direct filtration karena mempunyai kemampuan untuk mengendapkan flok pada permukaan mediannya - Efluen GBF langsung dialirkan ke filter tanpa melalui Unit Sedimentasi II
Kelemahan Gravel Bed Flokulator : : - Flok dapat menutupi pori pada bed flokulato - Bakteri dapat tumbuh dalam bed flokulator f lokulator - Perlu pembersihan bed secara periodic
Baffled Chanel Flokulator (BCF)
Flokulasi dalam flokulator plat ((baffled baffled flocculator ) dilakukan dengan mengalirkan air melalui plat (baffles). Baik dalam bentuk vertikal atau horizontal,
92
jarak antara ujung tiap plat dan dinding sebaiknya dibuat sama atau 1-1.5 kali jarak antar plat (baffles (baffles). ).
Gambar 2.51 Pengadukan cepat dengan terjunan (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)
Gambar 2.52 Denah pengadukan lambat dengan baffled channel (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)
Hidraulic Jet Flokulator (HJF)
Hidraulic jet flokulator merupakan jenis flokulator hidrolis sederhana dalam konstruksi, operasi dan pemeliharaannya. HJF dapat dioperasikan sebagai unit pengaduk cepat yang diletakkan sebelum unit pengaduk lambat . Dioperasikan dengan gradien kecepatan menurun sehingga proses flokulasi berjalan sempurna. Aliran masuk dapat dilakukan secara horizontal ataupun vertikal (upflow atau downflow) untuk menjadi proses pengadukan menjadi kompak.
2) Pwngadukan Pneumatis Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas) berbentuk
gelembung
sebagai
tenaga
pengadukan.
Gelembung
tersebut
93
dimasukkan ke dalam air dan akan menimbulkan gerakan pada air (Gambar 2.14). Injeksi udara bertekanan ke dalam air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Aliran udara yang digunakan untuk pengadukan cepat harus mempunyai tekanan t ekanan yang cukup besar sehingga mampu menekan dan menggerakkan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula. (Ali Masduqi, Ma sduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).
Gambar 2.53 Pengadukan cepat secara pneumatis (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)
Efektifitas Flokulasi Efisiensi dari proses flokulasi pada prakteknya seringkali dapat dilihat dari kualitas air setelah dilakukan pemisahan flok secara mekanik. Dengan demikian, cara pemisahan zat padat atau flok sangat penting dan sangat dipengaruhi oleh bentuk flok yang ada, misalnya untuk melakukan flotasi diperlukan bentuk flok yang lain berbeda dengan flok untuk sedimentasi. Jika dipakai sedimentasi diperlukan flok dengan berat jenis dan diameter yang besar. Pada proses flotasi dibutuhkan flok yang lebih kecil dan mempunya berat jenis yang lebih ringan tetapi mempunyai sifat untuk bergabung dengan gelembung udara. Untuk filtrasi dibutuhkan flok yang kompak yang cukup homogen dengan struktur yang kuat terhadap abrasi dan dengan sifat mudah melekat diatas partikel media penyaring (filter) untuk menjamin pemisahan yang efisien dan operasional penyaringan yang ekonomis. Untuk efek penjernihan air secara keseluruhan, belum cukup apakah flok bisa dipisahkan dari air secara efektif, karena belum dapat menjamin dengan pasti
94
apakah kualitas air yang diinginkan bisa tercapai hanya dengan kondisi ini saja. Selain itu dibutuhkan bahwa semua zat yang akan dihilangkan dari air juga melekat pada flok
Modifikasi Rancangan Flokulator Pelaksanaan modifikasi disarankan untuk rancangan flokulator yang kurang
baik. Jika jalan air terlalu sempit, lakukan pelebaran sehingga aliran air berada pada jalan yang benar. Jika ada sesuatu yang mengalihkan flok atau mencegah flokulasi, lakukan modifikasi sehingga aliran air menjadi lambat atau mengubah titik injeksi setelah gangguan tersebut. - Mikro Flokulasi Dari teori GCT, jika C tinggi, T bisa diturunkan sedangkan G constant. Dengan kata lain jika kekeruhan tinggi (C), dibutuhkan sedikit waktu (T). Itulah sebabnya mengapa flokulasi gampang terjadi pada air baku dengan kekeruhan tinggi. Sebaliknya, jika kekeruhan air baku kecil, dibutuhkan T (waktu) lama. Biasanya, tidak mungkin memperpanjang waktu flokulasi dengan memperlambat kecepatan pengolahan. Dalam hal ini, flok kecil harus diangkut ke kolam sedimentasi sebelum menjadi cukup besar. Flok dengan ukuran yang tidak terlalu besar ini disebut mikro flok. Flok demikian bisa terkoalugasi tetapi tidak membentuk jembatan supaya mengendap. Mikro flok tidak bisa dihilangkan pada sedimentasi dan akan melayang ke filter. Dalam hal ini, filtrasi mikro flok harus dilakukan. Flok kecil yang berlebih tidak bisa dihilangkan dalam rentang waktu retensi terbatas pada kolam sedimentasi desain normal. Flok kemudian dibawa ke filtrasi.
95
B. Koagulan
Di antara berbagai senyawa koagulan yang dapat digunakan dalam proses koagulasi dan flokulasi, Bahan koagulan atau zat kimia yang sering dipergunakan sebagai koagulan yaitu: a) Alumunium sulfat (Al2(SO4)3.14H2O) Biasanya disebut tawas, bahan ini sering dipakai karena efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Tawas berbentuk kristal atau bubuk putih, larut dalam air, tidak larut dalam alkohol, tidak mudah terbakar, ekonomis, mudah didapat dan mudah disimpan. Penggunaan tawas memiliki keu ntungan yaitu harga relatif murah dan sudah dikenal luas oleh operator water treatment. Namun terdapat juga kerugiannya, yaitu umumnya dipasok dalam bentuk padatan sehingga perlu waktu yang lama untuk proses pelarutan. b) b) Sodium aluminate (NaAlO2) Digunakan dalam kondisi khusus karena harganya yang relat if mahal. Biasanya digunakan sebagai koagulan sekunder untuk menghilangkan warna dan dalam proses pelunakan air dengan lime lime soda ash. c) Ferrous sulfate ( FeSO 4.7H2O ) Dikenal sebagai Copperas, bentuk umumnya adalah granular. Ferrous Sulfate dan lime sangat efektif untuk proses penjernihan air dengan pH tinggi (pH >10). d) Chlorinated copperas Dibuat dengan menambahkan klorin untuk mengioksidasi Ferrous Sulfate. Keuntungan penggunaan koagulan ini adalah dapat bekerja pada jangkauan pH 4,8 hingga 11. e) Ferrie sulfate (Fe2(SO4)3) Mampu untuk menghilangkan warna pada pH rendah dan tinggi serta dapat menghilangkan Fe dan Mn. f) Ferrie chloride (FeCl3.6H2O) Dalam pengolahan air penggunaannya penggunaannya terbatas karena bersifat korosif dan tidak tahan untuk penyimpanan yang terlalu lama.
96
g) Polimer aluminium Sebagai unsur dasarnya ialah aluminium dan ini berhubungan dengan unsur lain membentuk unit yang berulang dalam satu rantai molekul yang panjang. Pada poly – aliminium – chlorida (PAC) unit yang berulang adalah Al-OH seperti digambarkan berikut ini:
Gambar 2.54 Unit berulang Al-OH (PAC)
Jadi, dengan demikian PAC menggabungkan netralsiasi dan menjembatani partikel – – partikel koloid sehingga koagulasi berlangsung efisien. Adapun dosis koagulan yang ditambahkan kedalam air biasanya tergantung penelitian Laboratorium dengan percobaan Jar percobaan Jar Test . h) Ozon Bila air yang akan diolah mengandung banyak zat organik yang menutup besi dan mangan maka diperlukan ozon yang memancing koagulas/flokulasi. Senyawa organic tersebut akan dirusak oleh ozon dan ion logam yang terbebaskan tersebut akan dioksidasi dan membentuk flok. i) Copper Sulfat (CuSO 4) Banyak digunakan sebagai algicide (anti lumut) j) j) Gas Klor Banyak digunakan untuk untuk koagulasi air laut
97
Tabel 2.20 Jenis Koagulan berdasarkan pH optimum Nama
Formula
Bentuk
Reaksi dengan air
Aluminium sulfat, alum sulfat,salum
Al2(SO4)3.xH2O
Bongkah bubuk
Asam
6,0-7,8
Sodium aluminat
NaAlO2 atau Na2Al2O4
bubuk
Basa
6,0-7,8
Poli aluminium klorida (PAC)
Aln(OH)mCl 3n-m
Cairan,bubuk
Asam
6,0-7,8
Ferri sulfat
Fe2(SO4)3.9H2O
Kristal halus
Asam
4,0-9,0
Ferri klorida
FeCl3.6H2O
Bongkah,cairan
Asam
4,0-9,0
Ferri sulfat
FeSO4.7H2O
Kristal halus
Asam
>8,5
Rumus-rumus Rumus-rumus yang digunakan
1. Kebutuhan koagulan
Koagulan = Dosis x Q .............. ...................... ............... .............. ............... ............... .............. ............ ..... (2.82)
Keterangan: - Koagulan = Kebutuhan Koagulan (kg/hari) - Dosis = Dosis Koagulan (mg/L) - Q = Debit Limbah (m3/s)
2. Kadar Kebutuhan Koagulan
Kadar Koagulan = C Koagulan x Koagulan.............. .................... ...... (2.83)
Keterangan: - Kadar Kebutuhan Koagulan = Kadar Koagulan yang Dibutuhkan (kg/hari) - C Koagulan = Kadar Koagulan (%) 3
- Koagulan = Kebutuhan Koagulan (kg/hari)m /s)
98
pH optimum
3. Volume Koagulan
Volume Koagulan Koagulan =
Kada Kadarr kebu kebutu tuha han n koagu koagulan lan
ρ koagulan
.................. (2.84)
Keterangan: - V Koagulan = Volume Koagulan yang Dibutuhkan (L/hari) - Kadar Kebutuhan Koagulan = Kadar Koagulan yang Dibutuhkan (kg/hari) - Koagulan = Densitas Koagulan (kg/L)
2.3.5 Unit Sedimentasi
Gambar 2.55 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Scraper pada Bak Circular
Pada umumnya, sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum, pengolahan air limbah, dan pada pengolahan air li mbah 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 gravitasi Ada beberapa pengertian mengenai Sedimentasi, yaitu : 1. Sedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan menyisihkan suspended suspended solid .
99
2. Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan ( slurr slurr y) y) menjadi cairan beningan dan sludge ( slurry slurry yang lebih pekat konsentrasinya). 3. 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 sistem pengolahan. Jika kekeruhan dari influent tinggi sebaiknya dilakukan proses sedimentasi awal ( primary sedimentation) sedimentation) didahului dengan koagulasi dan flokulasi, dengan demikian akan mengurangi beban pada treatment berikutnya. Sedangkan secondary sedimentation sedimentation yang terletak pada akhir treatment gunanya untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur dari proses sebelumnya ( activated sludge, sludge, OD, dsb) dimana lumpur yang terkumpul tersebut dipompakan ke unit pengolahan lumpur 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) solid-liquid) dengan menggunakan gaya gravitasi untuk mengendapkan partikel suspensi, baik dalam pengolahan air bersih (IPAM), maupun dalam pengolahan air air limbah (IPAL).
Fungi 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 : a. Mengurangi beban kerja unit filtrasi dan memperpanjang umur pemakaian unit penyaring selanjutnya b. Mengurangi biaya operasi instalasi pengolahan.
100
c. Memisahkan partikel utuh (discreet ( discreet ) seperti pasir dan juga untuk memisahkan padatan melayang (suspensi) yang sudah sudah menggumpal.
Pada pengolahan air minum, terapan sedimentasi khususnya untuk: 1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan filter pasir cepat. 2. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat. 3. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur. 4. Pengendapan lumpur pada penyisihan besi dan mangan. 5. Pada pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan d igunakan untuk untuk : 6. Penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau). 7. Penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama. 8. Penyisihan flok/lumpur biologis hasil proses activated sludge pada clarifier akhir. 9. Penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter. .
Faktor-faktor yang mempengaruhi sedimentasi sedimentasi
1. Ukuran partikel, bentuk partikel, dan konsentrasi partikel Semakin besar semakin cepat mengendap dan semakin banyak yang terendapkan 2. Viskositas cairan, pengaruh sedimentasi
yaitu
viskositas
cairan
terhadap
kecepatan
dapat mempercepat proses sedimentasi dengan cara
memperlambat cairan supaya partikel tidak lagi tersuspensi. 3. Temperatur, bila temperatur t emperatur turun, tur un, laju pengendapan berkurang. Akibatnya waktu tinggal di dalam kolam sedimentasi menjadi bertambah. 4. Berat jenis jenis partikel partikel
101
Proses sedimentasi didesain untuk memisahkan sejumlah padatan yang mudah mengendap secara gravitasi. Efisiensi bak sedimentasi yang ideal adalah fungsi dari kecepatan pengendapan partikel untuk dipisahkan (Vs), area permukaan bak (A), dan angka aliran melalui basin (Q), yang dapat ditunjukkan dengan
Persamaan Vs= Vs= , dimana
lebih dikenal sebagai beban permukaan atau angka
overflow rate. Bangunan clarifier berfungsi untuk memisahkan lumpur aktif dari activated sludge dari MLSS. Lumpur yang mengandung bakteri yang masih aktif akan diresirkulasi kembali ke activated sludge dan lumpur yang mengandung bakteri yang sudah mati atau tidak aktif lagi dialirkan ke pengolahan lumpur. Langkah ini (pengolahan lumpur) merupakan langkah terakhir untuk menghasilkan efluen yang stabil dengan konsentrasi BOD dan suspended solid (SS) yang rendah. Bangunan clarifier ini terdiri dari empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona lumpur, zona outlet. Adapun faktor – faktor – faktor faktor yang menjadi pertimbangan dalam desain adalah: - Tipe tangki yang digunakan - Karakteristik pengendapan sludge pengendapan sludge - Rate dari Rate dari surface surface loading dan solid dan solid loading - Kecepatan aliran - Penempatan weir dan dan weir loading rate
Zona inlet dihubungkan dengan pipa dari outlet tangki aerasi dan dipasang valve sebagai pengatur debit yang akan masuk ke clarifier . Pada bagian dasar bak dibuat miring agar Lumpur yang sudah mengendap dapat dikumpulkan ke ruang Lumpur melalui bantuan scrapper . Ruang Lumpur pada clarifier berbentuk circular terletak pada bagian tengah bak. Lumpur yang terkumpul pada ruang lumpur akan dipompa dengan pompa sludge, sludge, sedangkan supernatant akan akan keluar melalui sistem pelimpah dan akan mengalami proses selanjutnya. Berdasarkan proses operasionalnya, bangunan clarifier ini memiliki dua fungsi, yaitu memisahkan MLSS dari air buangan yang diolah dan memadatkan return sludge. Kedua fungsi tersebut sangat berpengaruh dalam desain bangunan 102
clarifier. Sedangkan area yang dibutuhkan didasarkan pada overflow rate dari pertikel terkecil. Sedangkan berdasarkan jenis tangkinya, clarifier dapat dibedakan atas dua bentuk, yaitu rectangular dan circular . Untuk tangki circular , inlet baffle memiliki diameter antara 15 – 15 – 20 20 %, dari diameter tangki clarifier dan dan maksimum berada 1 meter di bawah level muka air untuk mencegah scouring mencegah scouring (penggerusan). Diameter circular clarifier tergantung tergantung pada debit aliran dan surface settling area. Efisiensi bak juga tidak terlepas dari kedalaman bak dan waktu detensi, meskipun kedalaman yang rendah secara teoritis menguntungkan pengendapan partikel. Waktu detensi mempengaruhi efisiensi bak karena partikel flokulan menjadi besar dan berat akibat pencampuran dan mengendap lebih cepat (Kawamura, 1991). Perbandingan panjang dan lebar bak sedimen yang sesuai dengan kriteria adalah 6:1 - 4:1, sedangkan perbandingan lebar dengan ketinggian bak yaitu 3:1 - 6:1 (Kawamura,1991). (Kawamura,1991). Pada zone pengendapan terjadi proses pengendapan dari flokulen. Aliran laminar sangat berpengaruh dalam proses ini karena aliran tersebut dapat menjaga keutuhan flokulen agar tidak terpecah (Nre <2000). Agar aliran tetap stabil maka -5
diperlukan nilai Nfr <10 . Bak sedimentasi memiliki beberapa zone, yaitu inlet, pengendapan, lumpur, dan outlet. Air yang masuk ke bak pengendap dengan tidak merata dapat menimbulkan turbulensi sehingga dapat meruntuhkan bentuk flok yang telah terbentuk di flokulator. Inlet yang dapat dibuat salah satunya berupa pipa lateral yang berlubang dengan arah ke bawah, sehingga air yang keluar dapat dibagi merata sepanjang bidang pengendapan (Rich, 1961). Aliran pengendapan tidak dapat terjadi secara ideal pada lapangan, sehingga dibutuhkan faktor keamanan pada kurva graflk performance (Gambar 2.56) agar didapatkan perbandingan antara nila Vs hasil analisa dan beban permukaan (Q/A).
103
Gambar 2.56 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Scraper pada Bak Circular
Aliran air unit sedimentasi mempunyai kecepatan horizontal (Vh) dan untuk pengendapan partikel memiliki memiliki tipikal kecepatan mengendap (Vs). Overflow rate (Vo) mengambarkan besarnya kecepatan pengendapan adalah fungsi dari laju alir (Q) dibagi dengan luas permukaan basin (As), dimana semakin besar surface area, maka kecepatan pengendapan akan semakin cepat dan efisiensi pengendapan flok flok semakin baik (Kawamura,1991). Pada zone pengendapan, flok yang sudah terbentuk diharapkan dapat mengendap secara gravitasi. Bak sedimentasi yang digunakan berupa bak persegi panjang atau sirkular dan dilengkapi dengan tube settler atau plate settler untuk meningkatkan efisiensi pengendapan. Settler merupakan komponen terpenting dalam proses mempercepat pengendapan dengan cara memperpendek area pengendapan (Darmasetiawan, 2001). Zone outlet harus dirancang sedemikian rupa sehingga air yang keluar dari bak pengendapan dapat ditampung ditampung secara merata dan tidak mengganggu a liran dalam bidang pengendapan. Struktur outlet dapat berupa pelimpah datar memanjang
104
yang terletak di atas settler, atas settler, pelimpah pelimpah dan pipa pipa berlubang dengan weir loading rate 3
2
(WLR) 150 m /m .day (Kawamura,1991).
2.3.6 Unit Filtrasi
Filtrasi adalah pembersihan partikel padat dari suatu fluida dengan melewatkannya pada medium penyaringan, atau septum, yang di atasnya padatan akan terendapkan. Filtrasi adalah suatu operasi atau proses dimana campuran heterogen antara fluida dan partikel-partikel padatan dipisahkan oleh media filter yang meloloskan fluida tetapi menahan partikel padatan. Filtrasi adalah pemisahan koloid atau partikel padat dari fluida dengan menggunakan media penyaringan atau saringan. Air yang mengandung mengandung suatu padatan atau koloid dilewatkan pada media saring dengan ukuran pori-pori yang lebih kecil dari ukuran suatu padatan tersebut.
Tujuan Filtrasi Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)
yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan koloid. Pada pengolahan air minum, filtrasi digunakan untuk menyaring air hasil dari proses koagulasi – flokulasi – sedimentasi sehingga dihasilkan air minum dengan kualitas tinggi. Di samping mereduksi kandungan zat padat, filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa, bau, besi dan mangan. Perencanaan suatu sistem filter untuk pengolahan air tergantung pada tujuan pengolahan dan pretreatment yang telah dilakukan pada air baku sebagai influen filter.
Mekanisme Filtrasi Pada filtrasi dengan media berbutir, terdapat mekanisme filtrasi sebagai
berikut: a) Penyaringan secara mekanis (mechanical (mechanical straining ) b) Sedimentasi
105
c) Adsorpsi atau gaya elektrokinetik d) Koagulasi di dalam filter dalam filter bed e) Aktivitas biologis
Jenis Tipe Filtrasi Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, filter pasir dapat
dibedakan menjadi dua, yaitu filter pasir cepat dan filter pasir lambat. 1) Filter Pasir Cepat Filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi cepat, berkisar 4 hingga 21 m/jam. Filter ini selalu didahului dengan proses koagulasi – flokulasi dan pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspensi. Jika kekeruhan pada influen filter pasir cepat berkisar 5 – 10 10 NTU maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 – 98%. Bagian-bagian dari filter pasir cepat meliputi (Gambar 2.57): 1. Bak filter, merupakan tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung debit debit pengolahan (minimum dua bak). 2. Media filter, merupakan bahan berbutir/granular yang membentuk pori-pori di antara butiran media. Pada pori-pori inilah air mengalir dan terjadi proses penyaringan. 3. Sistem underdrain. underdrain. Underdrain Underdrain merupakan sistem pengaliran air yang telah melewati proses filtrasi yang terletak di bawah media filter. Underdrain terdiri Underdrain terdiri atas: - Orifice, Orifice, yaitu lubang pada sepanjang pipa lateral sebagai jalan masuknya air dari media filter ke dalam pipa. - Lateral , yaitu pipa cabang yang terletak di sepanjang pipa manifold . - Manifold , yaitu pipa utama yang menampung air dari lateral dan mengalirkannya ke bangunan penampung air.
106
Gambar 2.57 Bagian-bagian Bagian-bagian filtrasi
Pengoperasian filter pasir cepat adalah sebagai berikut: 1. Selama proses filtrasi berlangsung, partikel yang terbawa air akan tersaring di media filter. Sementara itu, air terus mengalir melewati media pasir dan penyangga, masuk lubang/orifice lubang/orifice,, ke pipa lateral, terkumpul di pipa manifold, dan akhirnya air keluar menuju bak penampung (lihat Gambar 2.2). 2. Partikel yang tersaring di media lama kelamaan akan menyumbat pori-pori media
sehingga
terjadi
clogging (penyumbatan).
Clogging ini
akan
meningkatkan headloss aliran headloss aliran air di media. Peningkatan headloss dapat headloss dapat dilihat dari meningkatnya permukaan air di atas media atau menurunnya debit filtrasi. Untuk menghilangkan clogging , dilakukan pencucian media. 3. Pencucian dilakukan dengan cara memberikan aliran balik pada media (backwash) backwash) dengan tujuan untuk mengurai media dan mengangkat kotoran yang menyumbat pori- pori media filter. Aliran air dari manifold , ke lateral , keluar orifice, orifice, naik ke media hingga media terangkat, dan air dibuang melewati gutter yang yang terletak di atas media ( lihat Gambar 2.3). 4. Bila media filter telah bersih, filter dapat dioperasikan kembali.
107
Gambar 2.58 Aliran air pada saat operasi filter
Gambar 2.59 Aliran air pada saat pencucian filter
Filter pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori: a. Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi b. Menurut arah aliran c. Menurut sistem pengaliran
Tipe Filtrasi Cepat
Tipe filtrasi berdasarkan sistem kontrol kecepatan Berdasarkan sistem kontrol kecepatannya, filter dikelompokkan menjadi:
- Constant rate : Debit hasil proses filtrasi konstan sampai pada level tertentu. Hal ini dilakukan dengan memberikan kebebasan kenaikan level muka air di atas media filter. - Declining rate atau rate atau constant head : Debit hasil proses filtrasi menurun seiring dengan waktu filtrasi, atau level muka air di atas media filter dirancang pada nilai yang tetap.
108
Tipe filtrasi berdasarkan arah aliran Berdasarkan arah alirannya, filter dikelompokkan menjadi :
- Filter aliran down flow (kebawah). flow (kebawah). - Filter aliran upflow (keatas). upflow (keatas). - Filter aliran horizontal
Tipe filtrasi berdasarkan sistem pengaliran Berdasarkan sistem pengalirannya, filter dikelompokkan menjadi:
- Filter dengan aliran secara grafitasi ( gravity gravity filter ). ). - Filter dengan aliran bertekanan ( pressure filter ). ).
2) Filtrasi Pasir Lambat Filter pasir lambat atau slow sand filter adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi lambat, yaitu sekitar 0,1 hingga 0,4 m/jam. Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan ukuran media pasir lebih kecil ( effective size = size = 0,15 – 0,15 – 0,35 mm). Filter pasir lambat merupakan sistem filtrasi yang pertama kali digunakan untuk pengolahan air, dimana sistem ini dikembangkan sejak tahun 1800 SM. Prasedimantasi dilakukan pada air baku mendahului mendahului proses filtrasi. Filter pasir lambat cukup efektif digunakan untuk menghilangkan kandungan bahan organik dan organisme o rganisme patogen pato gen pada air baku yang mempunyai kekeruhan relatif rendah. Filter pasir lambat banyak digunakan untuk pengolahan air dengan kekeruhan air baku di bawah 50 NTU. Efisiensi filter pasir lambat tergantung pada distribusi ukuran partikel pasir, ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan filtrasi. Filter pasir lambat bekerja dengan cara pembentukan lapisan biofilm di beberapa milimeter mili meter bagian atas lapisan pasir halus yang disebut lapisan hypogeal atau schmutzdecke atau schmutzdecke.. Lapisan ini mengandung bakteri, fungi, protozoa, rotifera, dan larva serangga air. Schmutzdecke Schmutzdecke adalah lapisan yang melakukan pemurnian efektif dalam pengolahan air minum. Selama air melewati schmutzdecke, schmutzdecke, partikel akan terperangkap dan organik terlarut akan teradsorpsi, diserap dan dicerna oleh bakteri, fungi, dan protozoa. Proses yang terjadi dalam schmutzdecke dalam schmutzdecke sangat sangat
109
kompleks dan bervariasi, tetapi yang utama adalah mechanical straining terhadap terhadap kebanyakan bahan tersuspensi dalam lapisan tipis yang berpori-pori sangat kecil, kurang dari satu mikron. Ketebalan lapisan ini meningkat terhadap waktu hingga mencapai sekitar 25 mm, yang menyebabkan aliran mengecil. Ketika kecepatan filtrasi turun sampai tingkat tertentu, filter harus dicuci dengan mengambil lapisan pasir bagian atas setebal sekitar 25 mm.
Keuntungan filter filter lambat antara lain: - Biaya konstruksi rendah - Rancangan dan pengoperasian lebih sederhana - Tidak diperlukan tambahan bahan kimia - Variasi kualitas air baku tidak t idak terlalu mengganggu - Tidak diperlukan banyak air untuk pencucian, pencucian tidak menggunakan backwash, hanya dilakukan dilakukan di bagian atas media
Kerugian filter pasir lambat adalah besarnya kebutuhan lahan, yaitu sebagai akibat dari lambatnya kecepatan filtrasi. Secara umum, filter pasir lambat hampir sama dengan filter pasir cepat. Filter lambat tersusun oleh bak filter, media pasir, dan sistem underdrain underdrain (Gambar 2.60). Perbedaan filter pasir cepat dan filter pasir lambat dapat dilihat pada Tabel 2.21.
Gambar 2.60 Skema filter pasir lambat
110
Tabel 2.21 Perbedaan Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Lambat Kriteria Kriteri a
Filter Pasir Cepat
Filter Pasir Lambat
Kecepatan filtrasi
4 – 21 – 21 m/jam
0,1 – 0,1 – 0,4 0,4 m/jam
Ukuran bed
Kecil, 40 – 40 – 400 400 m2
Besar, 2000 m2
Kedalaman bed
30 – 30 – 45 45 cm kerikil, 60 – 60 – 70 70 cm pasir, tidak berkurang saat saat pencucian
30 cm kerikil, 90 – 90 – 110 110 cm pasir, berkurang 50 – 50 – 80 80 cm saat pencucian
Ukuran pasir
Effective size >0,55 size >0,55 mm, uniformity coefficient <1,5 <1,5
Effective size 0,25-0,3 size 0,25-0,3 mm, uniformity coefficient 2-3 2-3
Distribusi ukuran media
Terstratifikasi
Tidak terstratifikasi
Sistem underdrain underdrain
Pipa lateral berlubang yang mengalirkan air ke pipa utama
Sama dengan filter cepat atau batu kasar dan beton berlubang sebagai saluran utama
Kehilangan energi
30 cm saat awal, hingga 275 cm saat akhir
6 cm saat awal, hingga 120 cm saat akhir
Filter run (jarak run (jarak waktu pencucian)
12 – 12 – 72 72 jam
20 – 20 – 60 60 hari
Metoda pembersihan
Mengangkat kotoran dan pasir ke atas dengan backwash
Jumlah air untuk pembersihan
1 – 6% – 6% dari air tersaring
0,2 – 0,2 – 0,6% 0,6% dari air tersaring
Pengolahan pendahuluan
Koagulasi-flokulasi-sedimentasi Koagulasi-flokulasi-sedimentasi
Biasanya tidak ada bila kekeruhan kurang dari 50 NTU
Biaya konstruksi
Relatif tinggi
Relatif rendah
Biaya operasi
Relatif tinggi
Relatif rendah
Biaya depresiasi
Relatif tinggi
Relatif rendah
Mengambil lapisan pasir di permukaan dan mencucinya mencucinya
Sumber: Schulz dan Okun (1984)
Media Filter dan Distribusi Media Bagian filter yang berperan penting dalam melakukan penyaringan adalah
media filter. Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet. Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia. Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan ( sieve analysis). analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif ( effective size) size) dan keseragaman media yang diinginkan (dinyatakan sebagai uniformity coefficient ). ). Effective Size (ES) Size (ES) atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media filter bagian atas yang dianggap dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang yang
111
besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 % dari fraksi berat, ini sering dinyatakan sebagai d10 (diameter (diameter pada persentil 10). Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran efektif atau dapat ditulis: ( UC = d60/d10. d60 adalah diameter diameter butiran pada persentil 60 ). Berdasarkan jenis dan jumlah media yang digunakan dalam penyaringan, media filter dikategorikan menjadi : 1) Single Single media : Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja. Filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian 2) Dual media: misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit. Filter dual media sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas. Keuntungan dual media: - Kecepatan filtrasi lebih tinggi t inggi (10 – (10 – 15 15 m/jam) - Periode pencucian lebih lama - Merupakan peningkatan filter single media (murah) 3) Multi media: misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet atau dolomit. Fungsi multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring.
Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi:
Seragam (uniform (uniform), ), ukuran butiran media filter relatif sama dalam satu sat u bak.
Gradasi ( stratified ), ), ukuran butiran media tidak sama dan tersusun bertingkat.
Tercampur (mixed (mixed ), ), ukuran butiran media tidak sama dan bercampur.
Kriteria nilai ukuran efektif dan keseragaman media untuk beberapa jenis dan jumlah media filter dapat dilihat pada Tabel 2.22. Bila suatu stok pasir tidak memenuhi kriteria, maka harus dilakukan pemilihan ukuran hingga memenuhi
112
kriteria tersebut. Perhitungan persentase pasir yang dapat digunakan, pasir yang terlalu kecil, pasir yang terlalu besar dapat dihitung dihitung sebagai berikut: 1. Presentase stok pasir yang dapat digunakan
Puse = 2(Pst60
−P
................................................. ................ (2.85) st10 ) .................................
2. Presentase pasir yang terlalu kecil
Pf = Pst10
− 0,1P
use
= Pst10
− 0,2(P − P st60
st10 ) ......... (2.86)
3. Presentase ukuran pasir yang terlalu besar
Pc = 100
− P − P f
use
.............................................................. ............................. .................................... ... (2.87)
Keterangan: - P st10 adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES sesuai kriteria yang diminta - P st60 adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES x UC sesuai kriteria yang diminta
Setelah dilakukan pemilihan ukuran butiran pasir stok, maka pasir stok dapat digunakan sebagai media filter yang memenuhi kriteria.
113
Tabel 2.22 Perbedaan Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Lambat No
1
Nilai
karakteristik
Rentang
Tipikal
610-760
685
0,35-0,70
0,60
<1,7
<1,7
610-760
685
0,70-0,75
0,75
<1,75
<1,75
1,36-3,40
2,72
Single Media A. Media Pasir
Kedalaman
ES (mm)
UC
B. Media Antrasit
Kedalaman
ES (mm)
UC 2
C. Rate Filtrasi (l/det.m ) 2
Dual Media A. Antrasit
Kedalaman
460-610
610
ES (mm)
0,9-1,1
1,0
UC
1,6-1,8
1,7
150-205
150
0,45-0,55
0,50
1,5-1,7
1,6
2,04-5,44
3,4
420-530
460
B. Pasir
Kedalaman
ES (mm)
UC 2
C. Rate Filtrasi (l/det.m ) 3
Multi Media A. Antrasit
Kedalaman
ES (mm)
0,95-1,00
1,00
UC
1,55-1,75
<1,75
150-250
230
B. Pasir
Kedalaman
ES (mm)
0,45-0,55
0,50
UC
1,50-1,65
1,60
75-115
75
0,20-0,35
0,20
1,6-2,0
<1,6
2,72-6,80
4,08
C. Garnet
Kedalaman
ES (mm)
UC
C. Rate Filtrasi (l/det.m2)
Sumber: Reynolds dan Richards (1996)
114
Dimensi Bak Filter Luas permukaan bak filter tergantung pada jumlah bak, debit pengolahan, dan
kecepatan (rate (rate)) filtrasi. Jumlah bak ditentukan berdasarkan debit pengolahan dengan rumus pendekatan: N = 1,2 Q 0,5 dengan Q adalah debit pengolahan (mgd). Jumlah bak juga dapat ditentukan dengan batasan luas permukaan maksimum 100 2
m per bak. Jumlah bak minimum adalah dua.
Luas permukaan bak dihitung dengan rumus:
A=
Q V
............................... ............................................... .................................. ............................ .......... (2.88)
Keterangan: - A
= Luas permukaan bak filtrasi
(m2)
- V
= Kecepatan filtrasi
(m/s)
- Q
= Debit air
(m/s )
3
Berdasarakan luas permukaan bak, ukuran bak (panjang dan lebar, atau diameter) dapat ditentukan. Ratio lebar terhadap panjang berkisar 1 : 1 hingga 1 : 2. Tinggi bak filter ditentukan dari tinggi total bahan yang terdapat di bak, meliputi underdrain, media penyangga, media filter dan air di atas media ditambah dengan tinggi jagaan ( freeboard ). ). Timggi air di atas media direncanakan sekitar 90 sampai 120 cm.
Bidrolika Filtrasi Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai
aliran dalam pipa berjumlah banyak. Kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan aliran mengikuti persamaan Darcy persamaan Darcy – – Weisbach berikut: Weisbach berikut:
HL =
² ................................. ................................................. .............................. ..............(2.89) 2
115
Keterangan: - h L
= kehilangan tekanan akibat gesekan
(m)
- f
= koefisien kekasaran
- L
= panjang pipa
(m)
- V
= kecepatan aliran
(m/s)
- D
= diameter pipa
(m)
Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang diturunkan dengan rumus:
Nre =
. . = . . . ................................. ...................................... ..... (2.90) µ
Keterangan: - ρ = berat jenis
(m3/s)
- υ = viskositas dinamis dinamis
(N/ms )
2
- µ = viskositas kinematis
C D adalah koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds. Nilai C D dihitung sebagai berikut : 24
........................................ ......... (2.91) ...............................
1. Untuk Nr Nre < 1, CD = 2. Untuk ntuk 1 <
< 10 , C 4
D
=
24
+
3
0,34 .... (2.92) + 0,34
3. Untuk ntuk Nre > 104 , CD = 0,4 .............................. .................................... ...... (2.93)
Hidrolika Pencucian ( Backwashing ) Filter pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan
mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh : 1. Penurunan kapasitas produksi (untuk filter (untuk filter constant head ). ). 2. Peningkatan kehilangan energi (head ( head loss) loss) yang diikuti oleh kenaikan muka air di atas media filter (untuk filter (untuk filter constant rate). rate). 116
3. Penurunan kualitas kualitas air a ir produksi. Jika keadaan ini tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang negatif, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (backwashing ( backwashing ), ), dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan aliran air. Untuk meningkatkan kinerja backwashing , sering didahului dengan pencucian di permukaan ( surface washing washing ) dan/atau memberikan tekanan udara dari bawah dengan blower (air ( air washing ). ). Tujuan pencucian filter adalah melepaskan kotoran yang menempel pada media filter dengan aliran ke atas (upflow ( upflow)) hingga media terekspansi. Umumnya tinggi ekspansi sebesar 15 sampai 35% (Droste, 1997). Lama pencucian sekitar 3 hingga 15 menit. Ada beberapa sistem pencucian filter, yaitu: - Menggunakan menara air - Interfilter - Pompa backwash
Untuk menghitung head pompa pencucian atau tinggi menara, maka harus dihitung headloss melalui headloss melalui media, dasar filter (under (under drain), drain), dan sistem perpipaan pada saat awal backwash. backwash. Saat awal backwash, backwash, tekanan air backwash backwash harus mampu memecahkan media yang kemungkinan memadat akibat adanya kotoran yang melekat pada permukaan media. Tekanan air backwash backwash juga harus mampu mengangkat pasir hingga ketinggian tertentu (terfluidasi).
117
Sistem Underdain Sistem underdrain underdrain adalah sistem pengaliran air di bawah media filter setelah
air melewati proses penyaringan. Persyaratan sistem underdrain adalah underdrain adalah : 1. Dapat mendukung media media di atasnya. 2. Distribusi merata pada saat pencucian.
Kriteria untuk sistem underdrain adalah underdrain adalah sebagai berikut : a. Dasar filter dapat terdiri dari sistem perpipaan yang tersusun dari lateral dan manifold , dimana air diterima melalui lubang orifice yang orifice yang diletakkan pada pipa lateral . b. Kecepatan pencucian ± 36 m/jam (600 l/m2.menit), dengan tinggi ekspansi sebesar 15 cm sehingga headloss = headloss = 25 cm. c. Manifold dan dan lateral ditujukan agar distribusi merata, headloss 1 headloss 1 – – 3 3 m dengan kriteria sistem manifold – lateral – lateral : - Perbandingan luas orifice/filter orifice/filter = 0,0015 – 0,0015 – 0,005 0,005 - Perbandingan luas lateral/ orifice = orifice = 2 – 2 – 4 4 - Perbandingan luas manifold /lateral /lateral = 1,5 – 1,5 – 3 3 - Diameter orifice = orifice = 0,6 – 0,6 – 2 2 cm. - Jarak antara orifice = orifice = 7,5 – 7,5 – 30 30 cm -
Jarak antara lateral = orifice. orifice.
Gambar 2.61 Sistem underdrain dengan underdrain dengan model manifold pipe
118
Gambar 2.62 Sistem underdrain dengan underdrain dengan model perforated model perforated plate
Gambar 2.63 Sistem underdrain dengan model nozzle dan nozzle dan strainer strainer
2.3.7 Unit Desinfeksi
Desinfeksi merupakan salah satu proses dalam pengolahan air minum yang berfungsi untuk membunuh organisme patogen yang masih terdapat dalam air olahan. Yang terjadi dalam proses ini adalah dengan membubuhkan bahan kimia yang mempunyai kemampuan membasmi bakteri patogen seperti klor. Dalam perencanaan ini digunakan bahan kimia klor sebagai desinfektan. desinfekt an. Bak ini sebagai sebaga i tempat kontak antara chlor dengan air hasil pengolahan sehingga persyaratan bakteriologis dapat terpenuhi. Senyawa chlor yang sering digunakan adalah Ca(OCl2)2 yang ada dipasaran dikenal dengan kaporit. Senyawa ini mengandung kurang lebih 60% chlor. Untuk dapat merencanakan bak chlorinasi maka terlebih dahulu harus ditentukan dosis chlor yang dibutuhkan. Bak ini sebagai tempat pembubuhan pembubuhan desinfektan sehingga terjadi kontak antara air yang telah diolah dengan desinfektan. Chlorin Ca(OCl2)2 merupakan salah satu desinfektan kimia 119
yang umum digunakan dalam pengolahan air bersih maupun air buangan. Karakteristik desinfektan yang baik: 1. Efektif membunuh mikroorganisme patogen 2. Tidak beracun bagi manusia/hewan domestik 3. Tidak beracun bagi ikan dan spesies akuatik lainnya 4. Mudah dan aman disimpan, dipindahkan, dibuang 5. Rendah biaya 6. Analisis yang mudah dan terpercaya dalam air 7. Menyediakan perlindungan sisa dalam air minum
Ada banyak hal yang mempengaruhi proses proses desinfeksi, desinf eksi, diantaranya adalah a) oksidan kimia b) b) iradiasi c) pengolahan termal dan d) pengolahan elektrokimia. elektrokimia.
Jenis-jenis desinfeksi :
Desinfeksi kimiawi, berupa oksidator seperti chlorine, ozon dan kaporit
Desinfeksi fisik, misalnya sinar ultraviolet
1) Desinfeksi Kimiawi Desinfektan yang paling sering digunakan adalah kaporit (Ca(OCl) 2)dan gas chlor (Cl2). Pada proses desinfeksi menggunkan kaporit, terjadi reaksi persamaan sebagai berikut:
⤑ + OCl− ............................... .......................................... ........... (2.94) H + OCl− ↔ HOCl− ............................... ................................................ .................(2.95)
Ca OCl
2+
2
+
120
Sebagai suatu proses kimia yang menyangkut reaksi antara biomassa mikroorganisme perlu dipenuhi 2 syarat : - Dosis yang cukup - Waktu kontak yang cukup, minimum 30 menit Selain itu diperlukan proses pencampuran yang sempurna agar desinfektan benar-benar tercampur. Desinfeksi menggunakan ozon lazim digunkan untuk desinfeksi hasil pengolahan waste water treatment .
2) Desinfeksi Fisik Desinfeksi menggunkan ultraviolet lebih aman daripada menggunakan klor yang beresiko membentuk trihalometan yang bersifat karsinogenik, tetapi jika digunakan ultraviolet sebagai desinfektan maka instalasi distribusi harus benar benar aman dan menjamin tidak akan ada ad a kontaminasi set elah desinfeksi. Apabila kontaminan masuk setelah air didesinfeksi, maka kontaminan tersebut akan tetap berada dalam air dan sampai ke tangan konsumen. Selain itu, biaya yang diperlukan juga lebih besar dibandingkan dengan desinfeksi menggunakan kaporit. Umumnya desinfeksi dilakukan sesaat sebelum air didistribusikan kepada konsumen.
3)
Gambar 2.64 Bak khlorinasi
121
Beberapa hal yang perlu dipertimbangkan dalam perencanaan, yaitu:
Dosis chlorine
Senyawa chlorine yang biasa digunakan
Metode aplikasi
Desain bak
Meteran air klorinasi
Filter
Pipa pengadukan
Koneksisitas air
Out valve
Cloryne clynder
Manometer
Relay Rela y
Senyawa chlorine yang digunakan digunakan dalam pengolahan air minum adalah: a) Chlorine (Cl2) - Merupakan gas yang sangat beracun dan sangat korosif sehingga ventilasi pada permukaan atau level lantai diperlukan. - Liquid dan gas chlorin ditangani dalam pipa besi tempa, tetapi larutan chlorin dengan korosif tinggi ditangani dengan pipa plastik. - Storage disediakan untuk supplay untuk supplay 30 30 hari.
b) b) Calsium Hypochlorite (Ca(OCl)2) - Merupakan senyawa chlor yang yang paling sering dipakai untuk desinfektan. - Mengandung 70% Chlorine
c) Sodium Hypochlorite (Na(OCl)) - Tersedia dengan jumlah 1,5 - 15% - Larutan dapat didekomposisi lebih cepat pada konsentrasi tinggi
122
2.3.8 Reservoar
Reservoir pada Instalasi Pengolahan Air Minum mempunyai fungsi untuk menampung air hasil olahan IPAM sebelum didistribusikan ke konsumen. Bangunan ini selain digunakan untuk keperluan konsumen juga digunakan untuk keperluan instalasi. Maksud dari keperluan instalasi disini misalnya untuk proses backwash, pembersihan instalasi, pelarutan bahan kimia dll. Reservoar bisa berupa ground berupa ground reservoar dan elevated reservoar . Jenis-jenis reservoir berdasarkan perletakannya antara lain:
levated d R eservo servoar ar (menara reservoar) 1) E levate Menara reservoar dapat direncanakan dari kebutuhan air minum yang diperlukan untuk instalansi pengolahan air minum tersebut, dengan mengetahui jumlah dan pemakaian air untuk instalansi dapat direncanakan dimensi menara instalansi dan ketinggiannya. Reservoir ini digunakan bila head yang tersedia dengan menggunakan ground reservoir tidak mencukupi kebutuhan untuk distribusi. Dengan menggunakan menggunakan elevated reservoir maka air dapat didistribusikan didistr ibusikan secara gravitasi. Tinggi menara tergantung ter gantung kepada head yang dibutuhkan. 2) Ground Reservoar Ground reservoar berfungsi sebagai penampung air bak filtrasi, sebelum masuk ke dalam ground reservoar, air tersebut harus diinjeksi dengan chlor yang sudah dilarutkan. Ground reservoir dilengkapi dengan baffle baffle untuk mencampur dan mengaduk chlor dalam air. Ground reservoir dibangun di bawah tanah atau sejajar dengan permukaan tanah. Reservoir ini ini digunakan bila head yang dimiliki mencukupi untuk distribusi air minum. Jika kapasitas air yang didistribusikan tinggi, maka diperlukan ground diperlukan ground reservoir lebih dari satu. 3) Stand Pipe Reservoir jenis ini hampir sama dengan elevated reservoir , dipakai sebagai alternatif terakhir bila ground reservoir tidak dapat diterapkan karena daerah pelayanan datar. Untuk dapat merencanakan menara instalansi perlu diperhitungkan terlebih dahulu kebutuhan air untuk instalansi, dengan mengetahui jumlah kebutuhan dan jam-jam pemakaian air untuk instalansi, maka dapat direncanakan direncanakan dimensi menara
123
instalansi dan ketinggiannya. Adapun kebutuhan air untuk instalansi meliputi antara lain: a) Kebutuhan air untuk kantor b) b) Kebutuhan air untuk pelarutan koagulan dan desinfektan c) Kebutuhan air untuk filtrasi d) Kebutuhan air untuk sedimentasi
Hal-hal yang harus diperhatikan dalam merancang reservoir adalah: 1. Volume reservoir Volume ditentukan berdasarkan tingkat pelayanan dengan memperhatikan fluktuasi pemakaian dalam satu hari di satu kota yang akan dilayani. 2. Tinggi elevasi energy Elevasi energi reservoir harus bisa melayani seluruh jaringan distribusi. Elevasi energi akan menentukan sistem pengaliran dari reservoir menuju jaringan distribusi. Bila elevasi energi pada reservoir lebih tinggi dari sistem distribusi maka pengaliran dapat dilakukan secara gravitasi. Untuk kondisi sebaliknya, bila elevasi energi reservoir lebih rendah dari jaringan distribusi maka pengaliran dapat dilakukan dengan menggunakan pompa. pompa. 3. Letak reservoir. Reservoir diusahakan diusahakan terletak di dekat dengan daerah distribusi. Bila topografi daerah distribusi rata maka reservoir dapat dapat diletakkan di tengah-tengah daerah distribusi. Bila topografi naik turun maka reservoir diusahakan diletakkan pada daerah tinggi sehingga dapat mengurangi pemakaian pompa dan menghemat biaya. 4. Pemakaian pompa Jumlah pompa dan waktu pemakaian pompa harus bisa mencukupi kebutuhan pengaliran air. 5. Konstruksi reservoir - Ambang Bebas dan Dasar Bak - Ambang bebas minimum 30 cm di atas at as muka air tertinggi
Dasar bak minimum 15 cm c m dari muka air terendah
124
Kemiringan dasar bak adalah
1 1000
–
1
500
ke arah ar ah pipa penguras penguras
- Inlet dan Outlet
Posisi dan jumlah pipa inlet ditentukan berdasarkan pertimbangan bentuk dan struktur tanki sehingga tidak ada daerah aliran yang mati
Pipa outlet dilengkapi dengan saringan dan diletakkan minimum 10 cm di atas lantai atau pada muka air terendah
Perlu memperhatikan penempatan pipa yang melalui melalu i dinding reservoir , harus dapat dipastikan dinding kedap air a ir dan diberi flexible-joint diberi flexible-joint
Pipa inlet dan outlet dilengkapi dengan gate dengan gate valve
Pipa peluap dan penguras memiliki diameter yang mampu mengalirkan debit air maksimum secara gravitasi dan saluran sa luran outlet harus terjaga dari kontaminasi luar.
1. Ventilasi dan Manhole dan Manhole
Reservoir dilengkapi dilengkapi dengan ventilasi, manhole, manhole, dan alat ukur tinggi muka air
Tinggi ventilasi ± 50 cm dari atap bagian dalam
Ukuran manhole harus cukup untuk dimasuki petugas dan kedap air.
2.3.9 Profil hidrolis
Profil hidrolis digambarkan untuk mendapatkan tinggi muka air pada masingmasing unit instalasi. Profil ini menunjukkan adanya kehilangan tekanan (headloss) headloss) yang terjadi akibat pengaliran pada bangunan. Beda tinggi setiap unit instalasi dapat ditentukan sesuai dengan sistem yang digunakan serta perhitungan kehilangan tekanan baik pada perhitungan yang telah dilakukan pada bab masing – masing bangunan sebelumnya maupun yang langsung dihitung pada bab ini. Profil Hidrolis IPAL adalah merupakan upaya penyajian secara grafis “hydrolic grade line” line” dalam instalasi pengolahan atau menyatakan elevasi unit pengolahan [inffluent-effluent ] dan perpipaan untuk memastikan aliran air mengalir secara gravitasi, mengetahui kebutuhan pompa, memastikan tidak terjadi banjir atau luapan air akibat aliran balik.
125
Profil hidrolis adalah faktor yang penting demi terjadinya proses pengaliran air. Profil ini tergantung dari energi tekan/head tekan (dalam tinggi kolom air) yang tersedia bagi pengaliran. Head ini dapat disediakan oleh beda elevasi (tinggi ke rendah) sehingga air pun akan mengalir secara gravitasi. Jika tidak terdapat beda elevasi yang memadai, maka perlu diberikan head tambahan dari luar, yaitu dengan menggunakan pompa.
126
BAB III DAERAH PERENCANAAN
3.1 Kondisi Eksisting Daerah Perencanaan 3.1.1 Kondisi Umum Kabupaten K abupaten Kendal A. Secara Geografis dan Adminstrasi
Kabupaten Kendal terletak pada 109°40' - 110°18' Bujur Timur dan 6°32' 7°24' Lintang Selatan. Batas wilayah administrasi Kabupaten Kendal meliputi:
Sebelah Utara
: Laut Jawa
Sebelah Timur
: Kota Semarang
Sebelah Selatan
: Kabupaten Semarang dan Kabupaten Temanggung
Sebelah Barat
: Kabupaten Batang
Pusat pemerintahan Kabupaten Kendal berada di Kecamatan Kendal. Beberapa Kendal. Beberapa kota kecamatan lainnya yang memiliki peran cukup signifikan antara lain Kaliwungu, Weleri, dan Cepiring. Jarak terjauh wilayah Kabupaten Kendal dari Barat ke Timur adalah sejauh 40 Km, sedangkan dari Utara ke Selatan sejauh 36 2
Km. Kabupaten Kendal mempunyai luas wilayah sebesar 1.002,23 Km yang terbagi menjadi 19 Kecamatan dengan 265 Desa Des a dan 20 Kelurahan. Dari seluruh luas lahan yang ada di Kabupaten Kendal, 76,12 % digunakan untuk usaha pertanian (sawah, tegalan, tambak, dan kolam). Sedangkan sisanya digunakan untuk permukiman (lahan untuk bangunan rumah tinggal, dan halaman sekitarnya). Luas lahan per kecamatan dapat dilihat dalam Tabei 3.1.
Tabel 3.1 Luas Wilayah Kabupaten Kendal No.
Kecamatan
Luas (Km2)
Persentase (%)
1
Plantungan
48,82
4,87
2
Sukorejo
76,01
7,58
3
Pageruyung
51,43
5,13
4
Patean
92,94
9,27
5
Singorojo
124,55
12,43
6
Limbangan
71,72
7,16
7
Boja
64,09
6,39
8
Kaliwungu
107,69
10,75
127
No.
2
Kecamatan
Luas (Km )
Persentase (%)
9
Brangsong
34,54
3,45
10
Pegandon
31,12
3,11
11
Ngampel
33,88
3,38
12
Gemuh
38,17
3,81
13
Ringinarum
23,50
2,34
14
Weleri
30,28
3,02
15
Rowosari
32,64
3,26
16
Kangkung
38,98
3,89
17
Cepiring
30,08
3,00
18
Patebon
44,30
4,42
19
Kota Kendal
27,49
2,74
1.002,23
100,00
Jumlah Total
Sumber : Kabupaten Kendal Dalam Angka Tahun 2004 B. Kondisi Topografi Topografi
Secara umum kondisi topografi Kabupaten Kendal dapat dikategorikan dalam 2 (dua) kelompok yaitu wilayah selatan berupa daerah dataran tinggi dan kaki pegunungan, pegunungan, serta wilayah utara berupa dataran rendah dan pesisir. Kabupaten Kendal bagian selatan merupakan daerah dataran tinggi yang terdiri dari, perbukitan dan da n kaki pegunungan dengan de ngan ketinggian antara 10 - 2.579 meter dpl, meliputi Kecamatan Plantungan, Pageruyung, Sukorejo, Patean, Boja, Limbangan dan sebagian Kaliwungu. Wilayah Kabupaten Kendal bagian utara merupakan daerah dataran rendah dan pesisir dengan ketinggian antara 0 - 10 meter dpl, meliputi Kecamatan Weleri, Rowosari, Kangkung, Cepiring, Gemuh, Ringinarum, Pegandon, Ngampel, Patebon, Kendal, Brangsong, dan Kaliwungu. Berdasarkan
kemiringan
lahannya,
wilayah
Kabupaten
Kendal
dapat
dikelompokkan dalam 4 (empat) kategori, yaitu :
Kemiringan 0 – 0 – 8 8 % , lahan datar, seluas + 53.976,91 Ha.
Kemiringan 8 – 8 – 15 15 % , lahan landai, seluas + 12.246,56 Ha.
Kemiringan 15 – 15 – 25 25 % , lahan curam, seluas + 7.370,85 Ha.
Kemiringan > 40 % , lahan sangat curam, seluas + 16.249,31 Ha.
128
C. Kondisi Geologi
Kondisi geologi wilayah Kecamatan Kangkung Kabupaten Kendal, dicermati berdasarkan Peta Geolgi Tata Lingkungan Lembar Magelang dan Semarang, Jawa (M Wahib, 1993) yang diterbitkan Direktorat Geologi Tata Lingkungan. Berdasarkan peta tersebut, secara umum kondisi geologi wilayah Kecamatan Kangkung, Kangkung, Kabupaten Kendal dapat dijelaskan secara garis besar sebagai berikut: 1) Wilayah Kabupaten Kendal bagian utara, meliputi wilayah Kecamatan
Rowosari, Kangkung, Cepiring, Patebon, Kendal, Brangsong, sebagian Kaliwungu, Weleri, Ringinarum, Gemuh Pegandon, dan Ngampel merupakan dataran aluvial dengan kemiringan antara 3% - 5%. Litologi daerah ini didominasi oleh batuan lempung pasiran dan pasir lempungan. Sifat fisik batuan dan tanah wilayah w ilayah ini berupa endapan aluvial sungai dan kipas, k ipas, gradasi gradas i jelek dengan kelulusan tinggi, tinggi, daya dukung sedang sedang hingga tinggi. tinggi. 2) Wilayah Kabupaten Kendal bagian tengah, meliputi sebagian wilayah
Kecamatan Pageruyung, Weleri, Ringinanom R inginanom,, dan Kaliwungu, 3) Kondisi geologi sumber mata air sebagai berikut :
Lokasi sumber mata air dan daerah pelayanan di Kecamatan Plantungan dan Sukorejo termasuk ke dalam wilayah kabupaten Kendal bagian tengah, merupakan wilayah perbukitan bergelombang dengan kemiringan antara 3% – 10%. Litologi daerah ini didominasi batu pasir, breksi, tufa, dan aliran lava. Sifat fisik batuan wilayah ini merupakan batuan sedimen, kompak dan keras, komponen mudah lepas, daya dukung tinggi. Sedangkan sifat tanahnya residu lunak, plastisitas sedang, kelulusan sedang mudah luruh dengan ketebalan 2 – 2 – 4 4 m. Lokasi sumber mata air dan daerah pelayanan di Kecamatan Singorojo termasuk ke dalam wilayah Kabupaten Kendal bagian tengah, merupakan daerah perbukitan perbukitan berelief sedang dengan kemiringan kemiringan 15% - 30%. 30%. Litologi daerah ini didominasi batuan lempung, napal, batu pasir yang berselang seling, Sifat fisik batuan dan tanah wilayah ini berupa endapan aluvial sungai dan kipas, gradasi jelek dengan kelulusan tinggi, daya dukung sedang hingga tinggi. Sifat fisik batuan wilayah ini adalah batuan sedimen,
129
agak keras dan berlapis, daya dukung rendah hingga sedang. Sedangkan sifat tanahnya residu sangat lunak hingga lunak, plastisitas tinggi, kelulusan rendah dan mudah luruh dengan ketebalan kurang dari 2 m. Lokasi mata air air dan daerah pelayanan di kecamatan Limbangan Limbangan termasuk ke dalam wilayah kabupaten Kendal bagian selatan, merupakan plato dengan kemiringan lebih dari 30%. Litologi daerah ini didominasi batuan breksi vulkanik, aliran lava dan tufa. Sifat fisik batuan wilayah ini merupakan batuan sedimen, kompak dan keras, daya dukung tinggi. Sedangkan sifat tanahnya residu lunak, plastisitas sedang sampai tinggi, kelulusan rendah sampai sedang, dengan ketebalan lebih besar 4 m.
Berdasarkan uraian di atas dapat disimpulkan sementara ke lima lokasi sumber mata air berikut daerah pelayanannya yang berada di wilayah Kecamatan Plantungan, Sukorejo, Patean, dan Limbangan merupakan daerah dengan kondisi tanah berdaya dukung tinggi. Sehingga tanah di lima lokasi tersebut dinilai layak untuk memberikan kestabilan bagi bangunan penyedia air baku yang dibangun di atasnya.
D. Kondisi Hidrologi
Wilayah Kabupaten Kendal termasuk dalam Wilayah Sungai Jratunseluna, meliputi 3 (tiga) wilayah Daerah Aliran Sungai (DAS), yaitu DAS Kuto, DAS Bodri, DAS Blukar, dan DAS Garang. Kali Kuto, Kali Blukar, Kali Bodri, Kali Kendal, Kali Blorong dan Kali Jonggrang, merupakan sungai yang mengalir di wilayah Kabupaten Kendal menuju pantai Utara. Beberapa informasi ringkas mengenai sistem sungai wilayah Kabupaten Kendal adalah dapat dilihat pada Tabel 3.2 berikut ini.
130
Tabel 3.2 Panjang Sungai Dan Debit Masing- masing Sungai di wilayah Kabupaten Kendal
No.
Nama Sungai
Debit Air (m3/det)
Panjang Sungai (Km)
Musim kemarau
Musim hujan
1 2 3 4 5
Kali Aji/ Slembang Kali Waridin Kali Glodog Kali Blorong Kali Kendal
14,63 125,50 9,00 51,00 51,00 9,50 9,50
0 0 0 0,50 – 0,50 – 4,00 4,00 0,00 – 0,00 – 0,60 0,60
0,00 – 0,00 – 25,00 25,00 0,00 – 0,00 – 20,00 20,00 0,00 – 0,00 – 15,00 15,00 9,00 – 9,00 – 20,00 20,00 3,00 – 3,00 – 25,00 25,00
6 7 8 9
Kali Buntu Kali Bodri Kali Blukar Kali Bulawan/ Pening
10,00 87,00 55,00 55,00 48,00 48,00
0 3,00 – 3,00 – 15,50 15,50 0,02 – 0,02 – 6,00 6,00 0,00 – 0,00 – 2,00 2,00
3,00 – 3,00 – 20,00 20,00 20,00 – 20,00 – 50,00 50,00 4,00 – 4,00 – 12,00 12,00 2,00 – 2,00 – 15,00 15,00
10
Kali Kuto
52,00
2,00 – 2,00 – 20,00 20,00
35,00 – 35,00 – 40,00 40,00
Sumber : Dinas Pengairan Kabupaten Kendal, Kabupaten Kendal Dalam Angka Tahun 2004, BPS kabupaten Kendal
3.1.2 Kondisi Kecamatan K ecamatan Kangkung Kangkung
Sebelum melakukan perancangan suatu instalasi air minum harus mengetahui kondisi eksisting pada daerah yang akan dilayani sebagai dasar dalam perancangan, meliputi daerah pelayanan, kondisi pelayanan, kapasitas produksi, dan sumber air baku. Kecamatan Kangkung terletak di bagian tengah Kabupaten Kendal. Kecamatan Kangkung memiliki batas-batas wilayah sebagai berikut :
Sebelah Utara
: Laut Jawa
Sebelah Selatan
: Kecamatan Gemuh
Sebelah Barat
: Kecamatan Rowosari
Sebelah Timur
: Kecamatan cepiring
Ketinggian Tanah Kecamatan Kangkung merupakan dataran rendah dengan ketinggian 2 – 2 – 5 m dari permukaan laut.
Curah Hujan Curah hujan berkisar antara 1000 mm sampai dengan 1500 mm pertahun (Geografi dan Monografi Kec. Kangkung Kabupaten Kendal Tahun 2005)
131
1. Luas Wilayah Luas wilayah Kecamatan Kangkung dirinci menurut desa dan penggunaan adalah 38,98 ribu Ha terdiri dari tanah sawah, tanah pekarangan, tanah tegalan, tambak dan kolam, hutan, perkebunan, dan lain-lain lebih jelasnya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 3.3 Luas
No 1 2
3 4 5
Wilayah Kecamatan Kangkung
Jenis Tanah Tanah Sawah Sawah Tanah Pekarangan Pekarangan
Kangkung 18,24 7,27
Tanah Tegalan Tambak dan kolam Lain-lain
4,92 1,88 38,98
Total
71,29
Dari tabel di atas diperoleh keterangan bahwa jenis tanah yang paling luas adalah tanah sawah yaitu seluas 18,28 ribu Ha. perlu diketahui pula bahwa dari luas seluruh tanah tersebut sebagian beririgasi teknis 1,827.60 ribu ribu Ha..
3.2 Pengolahan dan Analisis Data
Penentuan prioritas daerah pelayanan dengan pertimbangan – pertimbangan sebagai berikut: 1. Rencana yang disusun PDAM adalah pengembangan areal pelayanan yang diprioritaskan diwilayah kecamatan Kangkung yang merupakan pembentukan baru di wilayah kabupaten Kendal. Kendal. 2. Perkembangan jumlah penduduk yang pesat pada daerah kecamatan Kangkung Kabupaten Kendal.
3.
Sulitnya memperoleh air bersih dari air t anah atau air permukaan pada wilayah kecamatan Kangkung, sehingga tingkat keinginan berlangganan melalui sambungan langsung langsung dari PDAM sangat tinggi. tinggi.
Badan air yang direncanakan akan digunakan sebagai sumber air baku bagi instalasi pengolahan air minum untuk wilayah kecamatan Kangkung ini adalah Sungai Kali Blukar bagian hulu yaitu terletak di Desa Tanjungmojo Kecamatan
132
Kangkung. Sungai Kali Blukar bagian hulu memiliki debit rerata sebesar 2000 3
m /hari.
3.2.1 Lokasi Pengambilan Sampel
Gambar 3.1
Peta Lokasi Pengambilan Sampel Air Sungai Kali Blukar
Pengambilan sampel air pada titik 7 dilakukan di Jembatan Desa Tanjungmojo, o
Kecamatan Kangkung, Kabupaten Kendal pada koordinat 6 55’ 06,88” LS dan 110o 07’ 55,37” BT. Lokasi pengambilan sampel ini setelah industri pengolahan ikan PT. Sinar Bahari Agung dan PT. Laut Jaya Abadi.
3.2.2 Parameter Air Sungai
Dari hasil pemeriksaan kualitas air baku Sungai Blukar yang tertera pada Tabel 3.4, berdasarkan Permenkes Nomor 429 tahun 2010 mengenai Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan untuk media air untuk keperluan higiene sanitasi, dapat diketahui ada 11 parameter yang memerlukan pengolahan air baku untuk dapat -
menjadi air minum yaitu suhu, pH, TSS, BOD, COD, DO, PO 4 , Nitrat, Nitrit, Total Coliform dan timbal.
133
Tabel 3.4 Parameter Air Sungai Blukar Pada Titik Sampel 7 No
Parameter
Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum)
C
34
Suhu udara 3
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
7 3500 15,5 41,85 6,6 0,00778
6,5-8,5 1000 2 10 6 0,2
mg/L mg/L mg/L /100 mL
0,1824 0,0094 <0,03 4375
10 1 0,05 50
o
1
Suhu ()
2 3 4 5 6 7
pH TSS BOD COD DO PO4-
8 9 10 11
NO3 NO2Pb Total Colliform
-
Nilai
Unit
Sumber: Hasil Penelitian dan Permenkes No. 429 Tahun 2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum
3.3 Diagram alir metodologi perencanaan Persiapan Pengumpulan Data
Studi Literatur
Data Primer:
1. Data kualitas 2. Kondisi fisik sumber air baku
Data Sekunder: 1. Lokasi IPAM 2. Geografis
Pengolahan Data
3. Administrasi Administrasi 4. Geologi 5. Topografi
Analisa Data
6.Hidrologi 7.Peta wilayah
Pembahasan Pemecahan Masalah
8. Debit air sungai
9. IPA eksisting 10. Kependudukan
Perencanaan
Dimensi & Gambar Gambar 3.2
Diagram Alir Metodologi Perencanaan
134
Perencanaan instalasi pengolahan air ini merupakan unit-unit pengolahan yang terpilih berdasarkan beberapa pertimbangan yaitu kemudahan operasional dan biaya yang operasional yang murah. Unit-unit pengolahan pada perencanaan ini telah mampu mereduksi parameter yang tidak sesuai baku mutu, sehingga hasil air olahan dibawah batas, berdasarkan Permenkes Nomor 32 tahun 2017 mengenai Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan untuk media air untuk keperluan higiene sanitasi. Pada perencanaan kali ini, terkait waktu pertemuan mata kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum yang terbatas, oleh karena itu untuk tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum ini, kami sepakat untuk tidak mencantumkan perhitungan pompa dan perpipaan perpipaan dan begitu juga
untuk
perhitungan dimensi dan gambar hanya sampai unit filtrasi saja. Berikut adalah bagan urutan unit unit pengolahan air minum yang akan direncanakan: direncanakan:
Intake Aerasi Prasedimentasi Koagulasi-Flokulasi Sedimentasi Filtrasi Desinfeksi Reservoir Gambar 3.3 Bagan Unit Pengolahan Air
135
Rencana lokasi instalasi pengolahan air ini adalah di daerah jalan Pantura, di desa atau Kelurahan Tanjungmojo kecamatan Kangkung kabupaten Kendal. Alasan pemilihan lokasi ini karena pada daerah ini merupakan daerah yang paling dekat Daerah Aliran Sungai Kali Blukar dengan daerah pelayanan dan dekat dengan akses jalan. Luas wilayah yang akan digunakan untuk membangun instalasi ini adalah sebesar 100 Ha. Melihat kondisi yang ada di sekitar Sungai Kali Blukar, lokasi yang dinilai tepat sebagai tempat instalasi pengolahan air minum adalah di tepi Sungai Kali Blukar dengan elevasi +137 meter di atas permukaan air laut. Lokasi tersebut dipilih karena kondisi topografinya yang relatif datar dengan kemiringan kurang dari 5%.
136
BAB IV KRITERIA PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN
4.1 Perencanaan dan Perhitungan Bangunan Intake
Dalam perencanaan ini saluran pembawa akan direncanakan sebanyak 2 buah, karena saat proses perawatan, pembersihan, maupun perbaikan tidak mengganggu proses yang lainnya. Selain Se lain itu perencanaan ini juga untuk investasi masa depan dalam melayani permintaan yang semakin meningkat.
4.1.1 Canal (Saluran Pembawa) A. Kriteria Perencanaan
Direncanakan : Q sungai
= 6,47 m3 / dtk
Q kanal
= 2,16 m3 / dtk ( Q sungai)
b
= 2.Hair
Ld
=8m
Δhsaluran
= 0,005 m
n (beton)
= 0,015
1 3
Dimensi
- hair
= 1,5 m
- b
=2m
- Freeboard
= 0,5 m
B. Perhitungan
1. Kemiringan saluran Sd
= =
Δhsaluran Ld 0,005 8
= 0,00063
137
2. Cek kecepatan aliran (v) berdasarkan persamaan manning V R
= =
2 3
1
1 2
2
2
1
1
1,5 3
0,000632
V
=
V
= 1,38 m/s (sesuai dengan range kecepatan aliran 0,3 – 0,3 – 2,5 2,5 m/s)
0,015 2
4.1.2 Perencanaan dan Perhitungan Pintu Air
Fungsi pintu air salah satunya untuk mengatur banyaknya air dalam bendungan tersebut, dan dalam perencanaan ini fungsi dari pintu air untuk mengatur banyak nya air yang sudah terkumpul didalam bak pengumpul. Selain itu pintu air juga berfungsi jika sewaktu waktu membendung membendung air karena dilakukan perawatan, perbaikan, maupun pembersihan. Adapun jumlah pintu air yang di rencakan jumlahnya 2 buah. buah. A. Kriteria Perencanaan
Direncanakan : Q
= 2,16 m3 / dtk
Dimensi Pintu air
= Dimensi Saluran
b saluran total
=2m
b pintu air (dipecah menjadi 2 saluran)
=1m
h saluran
=2m
Hf (Asumsi tinggi bukaan pintu 50%)
= 1 m ( menyesuaikan menyesuaikan tinggi muka air)
B. Perhitungan
1. Headloss HL
2,746 2,16 2,16 m 3 = 2,746 1 2
=
2 3
2 3
138
= 0,39 m 2. Cek kecepatan Vceks
= = =
hf x Lp 2,16 2x2
= 0,54 m/s (memenuhi kecepatan untuk memasuki barscreen 0,3 – 0,3 – 0,75 m/s)
Dalam perencanaan ini pintu air akan direncanakan sebanyak 2 buah sesuai dengan jumlah saluran pembawa, karena saat proses perawatan, pembersihan, maupun perbaikan tidak mengganggu proses yang lainnya. Selain itu perencanaan ini juga untuk investasi masa depan dalam melayani permintaan yang semakin meningkat.
4.1.3 Perencanaan dan Perhitungan Bar Screen
Tipe Bar Screen pada perencanaan kali ini menggunakan coarse screen yakni tipe bar kasar yang bisa menyaring bendanting benda besar yang ada dalam air seperti sampah, ranting dan dedaunan. Tipe ini termasuk tipe mekanik dimana pengoperasiannya tidak memerlukan operator.
A. Kriteria Perencanaan Tabel 4. 1 Kriteria Perencanaan Bar Screen No 1
Kriteria Kriteri a Perencanan untuk Bar Screen 1
Lebar batang (w) = (
2
−
3 4
Data yang direncanakan untuk Bar Screen 2
) inchi
Lebar batang (w) = inchi 4
= 0,0125 m = 1,25 cm Lebar bukaan (b) = 2 inchi = 0,05 = 5 cm
2
Lebar bukaan (b)= 2-3 inchi
3
Sudut bar screen terhadap horizontal = 30 o 60 Faktor bentuk batang screen.
4
o
o
Sudut bar screen terhadap horizontal = 60 Faktor bentuk batang screen (β) bentuknya Circular
= 1,79
Sumber: Sususmu Kawamura, 1990
139
Tabel 4.2 Faktor Bentuk Screen No 1
2 3 4 5
Bentuk Bar Shape edge rectangular
Faktor Bentuk (β) 2,42
Rectangular with semicircular up stream face circular Circular Rectangular with semicircular up stream and down stream face Tear Shape
1,83 1,79 1,67 0,76
B. Perhitungan
1. Debit Pengolahan (Q)
= (Q pengolahan + pemakaian air di instalasi air) 3
= 2,16 m /detik 2. Lebar bar screen scree n
=1m
3. Tinggi muka air (H)
= 1,5m (+ 0,5m freeboard)
4. Kecepatan air melalui bar screen (Vc)
= =
2,16 m 3 /detik 1
1,5
= 1,44 m2/s 5. Jumlah bar yang diperlukan
6. Lebar efektif (L’)
⤑
L
= (n x w) + (n+1)b
1
= (n x 0,0125) + (n+1)0,05
1
= 0,0125n + 0,05n +0,05
1
= 0,0625n + 0,05
0,95
= 0,0625n
n
= 15,2
n
= 16 batang = (n+1)b =(16+1)0,05 = 0,85
7. Panjang batang terendah (p)
= =
60 2 0,8
= 2,5 m 8. Ac efektif (Ac’)
= p x L’
140
= 2,5 m x 0,85 m = 2,125 m
2
2
9. Penurunan muka air melewati bar (hv)
= =
1,442
2 9,8
= 0,0736 m 10. Headloss (∆
)
=
4 3
60 = 1,79 0,86 = 1,79 0,25 4
1,442
0,0125 3 0,05
2
4 3
1,44 2
19,62
= 1,79 x 0,5 x 0,0736 x 0,86 = 0,0566 m 11. Tinggi air setelah melalui screen (H’)
= H-∆
= 1,5 m – m – 0,0566 0,0566 m = 1,4434 m 12. Lebar total bar screen
= 16 batang bar + 15 bukaan + 2 bukaan (kanan (kanan – – kiri) kiri) = 16 x 1,25 cm + 15 x 5 cm + 2 x 2,5 cm = 20 cm + 75 cm + 5 cm = 100 cm
4.1.4 Perencanaan dan Perhitungan Bak Pengumpul
Untuk mengantisipasi fluktuasi air sungai, maka diperlukan suatu unit yang berfungsi untuk mengumpulkan mengumpulkan air terlebih dahulu sebelum masuk ke IPAM. Unit Unit tersebut disebut bak pengumpul. Bak pengumpul ini sangatlah penting dalam mengatasi terjadinya fluktuasi pada air sungai, yaitu sebagai unit penyesuaian debit yang masuk ke IPAM.
141
A. Kriteria Perencanaan
Dalam perencanaan ini bak pengumpul akan direncanakan sebanyak 2 buah sesuai dengan jumlah saluran pembawa, karena saat proses perawatan, pembersihan, maupun perbaikan tidak mengganggu proses yang lainnya. Selain itu perencanaan ini juga untuk investasi masa depan dalam melayani permintaan yang semakin meningkat. Direncanakan : Td = 2 menit
= 120 detik Q
= 0,023 m3/detik
p
= 2 . lebar
t
=2m
B. Perhitungan
1. Volume
= Q x Td = 0,023 m3/detik x 120 detik = 2,76 m3 3
= 2,8 m 2. Volume
=pxlxt
2,8
= 2 x l2 x 2
l
=
l
= 0,85 m ᵙ 1 m
p
= 1,7 m ᵙ 2 m
t
=2m
3. cek td
=
0,7 0,7
142
=
2 1 2 0,023
= 174 detik = 2,9 menit 4.1.5 Perencanaan dan Perhitungan Strainer A. Kriter K riteria ia Perencanaan Perencanaan Kecepatan ( v) inlet strainer
= 0,15 – 0,15 – 0,3 0,3 m3 / dtk ( Al – Al – laila,1978 laila,1978 )
Diameter strainer
= 0,06 – 0,06 – 0,12 0,12 m ( Al – Al – laila,1978 laila,1978 )
Luas kotor strainer
= 2 x A efektif strainer ( Al – Al – laila,1978 laila,1978 )
B. Perhitungan
1. Debit air ( Q ) masuk
= 2000 m3 / hari 3
= 0,023 m / detik 2. Spesifikasi Strainer - Bentuk strainer - Diameter lubang (d2)
= Jamur = 0,0002 m
- Diameter pipa inlet stainer
= 1 inchi = 0,0254 m
- Tinggi strainer
= 95 mm = 0,095 m
- Diameter strainer (d1)
= 65 mm = 0,065 m
Gambar 4.1 Strainer Tipe Bentuk Jamur
143
4.2 Perencanaan dan Perhitungan Aerasi A. Kriteria Perencanaan 0,14 mg / lt O2 dapat mendegrdasi 1 mg/ lt Fe.
1. konsetrasi O2 yang diperlukan
= konsen Fe inlet x konsen O2 mendegradasi. = 6 mg / lt x 0,14 mg / lt = 0,84 mg / lt. = 0,84 mg / lt x 2000 m 3 / hari
2. Kebutuhan 02
= 1680 gr / hari = 1,68 kg / hari = 0,07 kg / jam Untuk memenuhi O2 yang di butuhkan, menggunakan turbo jet surface aerator seperti spesifikasi berikut ini : Merk
= oxy
Tipe
= OTA 2
O2 transfer
= 2,8 kg O2 / jam
Power motor
= 2 Hp / 3 phase / 2900 rpm / 50 Hz
h
= 2 m – 2,5 2,5 m
max volume
= 80 m
3
diameter propeler pitch 1,3 blades
Diketahui - kt - n
= 0,32 = 2900 rpm = 48 rps
- p
= 2 Hp = 1491,4 ѿ
- -
= 0,8004x10
-3
= 995 ( suhu 30
℃ ) 144
B. Perhitungan
1. d
=
=
d
5
3
1419,4
5
0,32 483 997
= 0,13 m
= 0,13 48 997 = 2
2. Cek Nre
2
0,00089
= 908726, artinya > 10.000 ( t urbulen urbulen ). Dimensi : 2
Volume
= 25 m
p
=2L
h
=2m
v
= 2 x L2 x 2
L
=
25 4
= 2,5 m P
=5m
h
=2m
cek td
=
25 1,39
= 18 menit.
4.3 Perencanaan dan Perhitungan Prasedimentasi A. Kriteria Perencanaan 1. Zona Pengendapan (Setiling) Debit (Q)
= 2000 m3 / hari 3
= 0,023 m / s
145
Jumlah bak
= 2 bush (Hanya dioperasikan 1 bak saja, 1 bak lainnya digunakan untuk maintenance)
Densitas partikel (ρs)
= 2650
Waktu detensi (Td)
= 1 – 2 2 jam ( Qasim : 269 )
∅ patikel yang diendapkan diendap kan
= 0,00001 m
Specific gravity
w s(
= 2,65 o
3
( densitas air ) pada 30 c
= 995 kg / m
densitas massa partikel )
= 2650 kg / m3
absolute
-3
2
= 0,8004 x 10 Ns/m (pada suhu 30
°C ) kinematic
= 0,8039 x 10-6 m2/s (pada suhu 30
°C ) Gravitasi (g)
= 9,81 m / s
2
Vscouring
= 0,03 = 0,05
2. Zona Inlet Menggunakan 5 Saluran Pembawa
⤑ untuk mengurangi kecepatan yang akan
masuk ke bak prasedimentasi Lebar Total (L)
=4m
Lebar tiap saluran
=
4m
5
= 0,2 m Panjang saluran (P)
=4m
Tinggi saluran (h)
=2m
Elevasi (∆h)
= 0,005
146
3. Zona Sludge 3
Debit
= 2000 m / hari
TSS
= 650 mg / L
Efesiensi pengendapan
= 70% removal (50%70%,medcalf:396
Sg (spesifik gravity)
= 2,65 (untuk air limbah)
Sg (spesifik gravity)
=1,03 (untuk lumpur) (primary only, medium – medium – strength strength wastewater hal 411)
td
= 10 – 10 – 30 30 menit
air (30 ) ˚
= 995 kg/m3
Waktu pengurasan
2 hari
4. Zona Outlet Debit ( Q )
= 2000 m3 / hari = 0,023 m3 / s
Weir loading
=150 m3 / m hari (Droste, 1997) = 0,00173 m2/s
L ( panjang total weir )
=
0,023 3
=
0,00173
= 13,29 m Jumlah weir/pelimpah
= 4 buah
Panjang weir/pelimpah
=
2
≈ 14 m
14
4
= 3,5 m Panjang /gutter
=
3,5
2
= 1,75 m Jumlah v-notch tiap gutter
= 6 buah
Total vnotch
=6x8
147
= 48 buah Spesifikasi v-notch
- Lebar
= 0,1 m
- Tinggi
= 0,05 m
- Jarak tiap v-notch
= 0,15 m
Gambar 4.2 Spesifikasi V-Notch (Sumber: (Sumber: Fair dkk, 1981)
5. Bak Pengumpul Prasedimentasi Prasedimentasi Q
= 0,023 m3/s
Td
= 20 menit menit = 1200 detik
Lebar bak (W)
=4m
Tinggi bak (H)
=1m
B. Perhitungan
Seti ling ) 1. Zona Pengendapan ( Set Kecepatan pengendapan (Vs)
= =
18
(
9,81
s –
18 0,8004 10
(0,00001)
w
)d
2
995)x −3 (2650 – 995)x
2
= 0,0001 m / s Luas pengendapan (A s)
=
/ = 0,0001 / 0,023
3
= 230 m2
148
A
=LxW
230 m2 = 4L2 57,5
= W2
57,5 57,5
=W
7,58 m = W 8m
=W
→ 4 x 8 = 32 m
Panjang (L)
= 4W
Tinggi (H)
= 1,5 m
Waktu detensi (Td)
= =
83,33 3
384
3
= 4,6 jam Vh
1,5 = 4,6 =
= 0,32 m / jam = 0,00008 (Vh < Vs)
= =
0,0001 0,00008
= 1,25
149
Gambar 4.3 Grafik Perfom Grafik Perfomace ace Removal Removal Zona Zona Pengendapan (Sumber: (Sumber: Fair dkk, 1981)
Maka, Presentase Removal (%) = 70% (best perfomance) perfomance) Jari-jari hidrolis (R)
+2 8 1,5 = 8 +2 ( 1,5 ) =
= 1,09
Cek NRe
0,00008 1,89 = = 0,8039 10− 4
k
= 108,47 < 2000 ( memenuhi )
2
Cek Nfre
= =
0,00008 2
9,81 1,09
= 5,98 x 10 -10 < 10-5
(tidak memenuhi) Kecepatan penggerusan ( Vsc )
=
− 8
s
w
w
gxd
150
=
8 0,05
2650
0,03
− 995 9,81 x
995
0,00001 m
= 0,000434 0,000434
= 13,333 13,333 1,66 0,0000981
= 0,047 m / s Maka Vh = 0,00008 m / s < VSc = 0,047 0,047 m / s (terjadi penggerusan) penggerusan)
2. Zona Inlet Debit (Q)
=
2000 2000 m 3 /hari
5
3
= 400 m / hari = 0,0047 m3/detik Slope
= =
` Cek V
∆h 0,008 0,008 m 4
= 0,002 = =
×
3/ 0,5 ×2
0,0047 0,0047
= 0,02 m/s Waktu detensi (Td)
= =
Volume
1,6 m 3 0,0047 0,0047
/ 3
= 341 detik = 6 menit
Sludge) 3. Zona Lumpur ( Sludge Sludge yang diendapkan
= Q x % removal x konsentrasi TSS 3
= 2000 m /hari x 0,7 x 650 mg/m
3
= 910.000 gr / hari = 910 kg / hari Q sludge
=
slug sluge e yan yang di endapka apkan n
151
=
1,03 995 910
3
3
= 0,89 m / hari Volume lumpur
= waktu pengurasan pengurasa n x Q sludge = 2 hari x 0,89 m 3 / hari = 1,78
Volume lumpur
1,8 m3
= = =
1,8 3
≈1,8 m
3
′ ) x h ( 4 + 1’ + 4 1 )
1
x h ( A + A’ +
3 1 3 1
x7xh
3
=h
7
h
= 0,77 m
≈ 0,8 m
4. Zona Outlet Q tiap v-notch
=
0,023
3
48 3
= 0,00048 m /s H
air v-notch
3/2
3 2 2 3 = 2 0,6 0,1 2 9,81 Q tiap vnotch
=
3 2
H
H
air v-notch
air v-notch
H air v-notch
0,00048
3 2
=
0,00138
0,12
19,62 19,62
3 2 0,00138
=
0,5316
=
3 2
0,00026 0,00026
= 0,024 m Kecepatan di v-notch
=
=1 2
0,00048 0,00048 m3 /s
0,1 0,05 152
= 0,192 m/s
5. Bak Pengumpul setelah Prasedimentasi Volume
= Q x Td = 0,023 m3/s x 1200 s = 27,6 m3 3
= 28 m Volume
=LxWxH
3
2
28m
=4m
L
=7m
4.4 Perencanaan dan Perhitungan Perhitungan Koagulasi-Flokulasi 4.4.1 Koagulasi
Menggunakan koagulasi dengan cara mekanik, paddle mekanik, paddle.. A. Kriteria Perencanaan 1. Bak Koagulasi Td
= 20 – 20 – 60 60 detik
G
= 1000 – 1000 – 700 700 detik -1
d paddle
= 50 – 50 – 80 80 % lebar bak
tebal paddle tebal paddle
= 0,167 – 0,167 – 0,1 0,1 d paddle
Tabel 1.3 Konstanta K T dan K L untuk Tangki Bersekat Jenis Impeller Propeller, Pitch of 1, 3 blades
K L 41
K T 0,32
Propeller, Pitch of 2, 3 blades Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 6 curved blades
43,5 60 65 70
1 5,31 5,75 4,8
70 97,5 172,5 43 36,5
1,65 1,08 1,12 2,25 1,7
33 49
1,15 2,75
o
Fan Turbine, 6 blades at 45 Shrouded Turbine, 6 curved blades Shrouded Turbine, with stator, no baffles Flat Paddles, 2 blades (Single (Single Paddle), D1 /W 1 = 4 Flat Paddles, 2 blades, D1 /W 1 = 6 Flat Paddles, 2 blades, D1 /W 1 = 8 Flat Paddles, 4 blades, D1 /W 1 = 6
153
Jenis Impeller Flat Paddles,6 blades, D1 /W 1 = 8
K L 71
K T 3,82
Sumber : (Tom D. Reynolds, Paul A. Richards, 1996)
Tabel 4.4 Kriteria Impeller Tipe Impeller
Kecepatan Putaran
Dimensi
Diameter = 50-80% Lebar Bak Lebar = 0,1-0,167 Diameter Paddle Turbine 10-150 rpm Diameter = 30-50% Lebar Bak Proppeller 400-1750 rpm Diameter = Max. 45 cm Sumber : (Tom D. Reynolds, Paul A. Richards, 1996) Paddle
20-150 rpm
2. Bak Koagula K oagulan n Menggunakan 1 bak penampung koagulan (BPK) 3
3
Debit (Q) = 2000 m /hari = 0,023 m /s
= 23 L/s
Periode pembuatan koagulan
= 1 minggu
Volume bak Koagulan 50% alum
= 1000 L
Dosis yang digunakan
= 500 mg/L (alum 50%)
Dosis yang dibutuhkan
= 100 mg/L (alum 10%)
Pembubuhan Koagulan dilakukan menggunakan pompa dossing
B. Perhitungan 1. Bak Koagulasi Debit
/ hari = 0,023 / dtk 3
= 2000
3
= 0,8004 x 10 -3 = 1,5 m =2m = 0,1 m = 995
℃
T
= 30
G
= 700 detik -1
Kecepatan
= 60 rpm
154
= 1 rps td
= 1 menit = 60 dtk
a) Volume Tangki
= Q x Td = 0,023 m3/dt x 60 dt = 1,38 m3 3
= 1,4 m
b) b) Volume bak Koagulasi = L x W x h 3
1,4 m
= L x 1,5 x 2
L
= 0,68 m = 0,7 m
h total
= h + freeboard = 2 + 0,1 = 2,1 m
Dimensi bak Koaglasi = L = 0,7 m ; W = 1,5 m ; h = 2,1 m 3. Gradient 700 /detik P
= =
.
0,00080 0,0008004 04
.det / 1,4 .det 2
3
= 549 watt
c) Diameter Impeller, menggunakan Flat paddles, 2 blades, tanpa sekat buffle tegak, sehingga tenaga yang dibutuhkan 75% dari bak bersekat Di
=
1/5
=
3
549
1,7 0,75 13 995
1/5
= 0,845 m = 0,85 m
=
= 57 % (memenuhi kriteria) 1,5
0,85
Tebal paddle = 0,125 x diameter paddel = 0,125 x 0,85 = 0,1 m
155
Namun, biasanya paddle sudah tersedia di pasaran dengan macam-macam macam-maca m spesifikasi yang diinginkan, hitungan diatas merupakan hitungan dimensi menurut teori dari pendahulu.
= 0,85 1 995 = 2
d) Cek NRE
2
0,0008004
= 898160,29 >>>10.000 (OK)
2. Bak Koagula K oagulan n
V1
= =
V1 x n1 n2
1000 1000 500 100
= 5000 liter
Dari volume tersebut digunakan bak precast yang siap pakai berbahan dasar plastik, dengan ukuran bak 5000 Liter. Selain itu pengaduknya pengaduknya menggunakan menggunakan manual.
4.4.2 Flokulasi
Flokulasi dilakukan dengan cara pengadukan lambat o leh paddle. A. Kriteria Perencanaan Perencanaan Td
= 15 – 15 – 45 45 menit
G
= 10 – 10 – 75 75 detik -1
Debit
= 2000 = 0,023
/ hari / dtk 3
3
= 0,8004 x 10 -3 = 1,5 m =2m = 0,1 m = 995
℃
T
= 30
f
= 0,3
G
= 20 detik -1
td
= 15 menit
156
= 900 dtk B. Perhitungan
1. Volume
= Q x td = 0,023
/ dtk 3
x 900 9 00 dtk
= 20,7 m3 3
= 21 m 2. Volume 21
3
=LxWxh = L x 1,5 m x 2 m
L
=7m
htotal
= h + Freeboard = 2 + 0,1 = 2,1 m
Dimensi Dimens i Flokulasi L = 7 m ; W = 1,5 m ; h = 2,1 m 3. Cek Td
7 1,5 2 =
=
0,023
= 913 detik = 15,2 menit 4. Jumlah sekat n
(section1) 2 =( ( 1,44+ ) ) 2 . 0,8004 10− 900 1,5 7 10 2 ) =( 2
1/3
3
n n 5. Jarak antar sekat
1/3
995 ( 1,44+0,3 )
= 25,88 =
7
0,023
≈ 26 buffle
26
= 0,269 m
6. Head loss
x 0,8004 10 − . 900 = x 10 995 9,81 =
2
3
2
= 0,0073 m
157
Perhitungan Headloss : SECTION 1
- VL
= =
- Vb
- R
Q A 0,023 1,5 x 0,269
= 0,057 3 = 2 x VL = 2 x 0,057 = 0,114 m / s
2 ( W+L ) 1,5 0,269 =
=
2 ( 1,5+0,269 )
= 0,114 - Hf
= =
2
2
3
x L
0,015 0,057 2 0,114
2
3
x 0,269
= 0,00000356 m - HL
=Nx
2
2xg
= 26 x
0,057 2 2 x 9,81
= 0,0043 m 2
- H b
=Nx
Vb
2xg
= 35 x - HL total
0,1142 2 x 9,81
= 0,017 m = hf + hL + hb = 0,00000356 m + 0,0043 m + 0,017 m = 0,021 m
4.5 Perencanaan dan Perhitungan Perhitungan Sedimentasi A. Kriter K riteria ia Perencanaan Perencanaan
1. Zona Pengendapan (Setling ( Setling ) Debit ( Q )
= 2000 m3 / hari = 0,023 m3 / s
158
Jumlah bak
= 2 buah (Hanya dioperasikan 1 bak saja, 1 bak lainnya digunakan digunakan untuk maintenance)
Densitas partikel (ρs)
= 2650
Kecepatan aliran (Vh)
= < 0,15 m/menit (kawamura, 1991) = 0,0007 m / s (Vh < Vs) Vs)
∅ patikel
= 0,00003 m
Specific gravity
w s(
= 2,65 o
3
( densitas air )pada 30 c
= 995 kg / m
densitas massa partikel )
= 2650 kg / m3 -3
2
= 0,8004 x 10 N s/m ( pada suhu 30 °C )
absolute
Viskositas kinematik ( )
= 0,8039 x 10 -6 m2 / s ( pada suhu 30 °C )
Gravitasi ( g )
= 9,81 m / s2
Menggunakan plate settler (Darmasetiawan, 2001) Tinggi plate settler (Hsettler )
= 1 – 1,2 1,2 m =1m
Jarak antar plate settler (W ps)
= 5 – 10 10 cm = 5 cm = 0,05 m
Kemiringan plate settler (α)
= 45o - 60o o
= 60 Tebal plate settler
= 2,5 – 2,5 – 5 5 mm = 5 mm
2. Zona Inlet Menggunakan perforated wall, dengan: Panjang Perforated wall (W)
= Lebar bak sedimentasi =3m
Tinggi Perforated wall (H)
=1m
Diameter lubang
= 10 – 10 – 20 20 cm = 10 cm = 0,1 m
Kecepatan lubang (V)
= 0,3 m/s
159
3. Zona Lumpur (Sludge ( Sludge)) 3
Debit
= 2000 m / hari
TSS TSS yang diremoval di Prasedimentasi
= 650 mg/L x 70% = 455 mg/L
TSS yang akan diremoval di Sedimentasi
= 650 mg/L – mg/L – 455 455 mg/L = 195 mg/L
Efesiensi pengendapan
= 75%
Sg (spesifik gravity)
= 2,65 (untuk air limbah)
Sg (spesifik gravity)
= 1,03 (untuk lumpur) lumpur) (primary only, medium – medium – strength strength wastewater hal 411)
air (30 ) ˚
Waktu pengurasan
= 995 kg / m3 = 7 hari
4. Zona Outlet Debit ( Q )
3
= 2000 m / hari = 0,023 m3 / s
Weir loading
= 3,8 – 3,8 – 7,5 7,5 m3 / m jam (Kawamura, 1991) = 5,175 m3 / m jam 3
= 124,2 m / m hari 2
= 0,0014375 m / s Jumlah pelimpah
= 4 buah gutter
Asumsi Lebar gutter
= 0,1 m
Tinggi gutter
= 0,3 m
Tebal gutter
= 0,005 m
5. Bak Pengumpul Setelah Sedimentasi Q
= 0,023 m3/s
Lebar bak (W)
=3m
Tinggi bak (H)
=1m
160
Td
= 5 menit
Kecepatan
= 0,02 m/s
B. Perhitungan Perhitungan
1. Zona Pengendapan (Settling ( Settling ) Kecepatan pengendapan (Vs)
= 0,001 m / s
Dimensi Bak Sedimentasi: Luas pengendapan (A s)
= =
/ 0,001 /
0,023
3
= 23 m2 Luas pengendapan 2
As
=LxW 2
23 m
= 4L
5,75
= W2
5,75 5,75
=W
2,39 m
=W
3m
=W
Lebar (W)
=3m
Panjang (L)
= 4W
Tinggi (H)
=2m
Kemiringan bak
→ 4 x 3 = 12 m
∆ 2 −1 =
=
12
= 0,0833 Waktu detensi
=
= 0,023 72
3
3
= 3130 s = 0,87 jam = 1 jam
=
161
=
0,001 0,0007
= 1,43 Berdasarkan Grafik Best Grafik Best Perfomance Perf omance,, Maka Presentase Removal Removal (%) = 75 % (best perfomance). perfomance).
Gambar 4.4 Grafik Perfom Grafik Perfomace ace Removal Removal Zona Zona Pengendapan (Sumber: (Sumber: Fair dkk, 1981)
Luas permukaan settler
= =
cos ∝+ ∝ 2
0,023 0,0007
60 0,05
1 cos 60 + 0,05
2
= 13,15 m2 Lebar Plate settler (Wsettler )
= Lebar bak sedimentasi =3m
Panjang Plate settler (Lsettler )
=
13,15 m 2 3
= 4,38 m = 4,4 m Tinggi Plate settler (Hsettler )
=1m
162
Panjang miring settler
Hsettler
=
sin 1
=
∝
sin 60
= 1,15 m Kecepatan aliran settler (Vh)
∝
=
0,023
=
13,15
3
3
s in in 60 -3
= 2,02 x 10 m/s = 7,272 m /jam Headloss (Hf)
(2 ) ) 0,02 4,4 (0,00202 (0,00202 = 0,05 (2 9,81 ) 2
=
2
2
2
= 1,81 x 10 -4 m Panjang plate settler
= jarak antar plate (Wps) (n+1) + (jumlah plate x tebal plate)
4,4 m
= 0,05n + 0,05 + 0,005n
4,4 m
= 0,055n + 0,05
n
=
−
4,4 0,05 0,055
= 79,09 buah = 80 buah Jari-jari hidrolis (R)
+2 0,05 2 = 0,05 +2 ( 2 )
=
= 0,025 Cek NRe
= =
0,025 0,8039 10 −
0,00202
6
= 62,82 < 2000 ( memenuhi )
= 0,00202 = 1,664 x 10 = 9,81 0,025 2
Cek Nfr
2
-8
>10-5 ( memenuhi) 163
2. Zona Inlet Luas tiap lubang (AL)
= x3,14 0,1 1
2
= x 4 1
2
4
= 0,00785 m2 Debit tiap lubang
= AL x v 2
= 0,00785 m x 0,3 m/s = 0,002355 m 3/s Σlubang (n)
0,023 =
=
1
0,00235 0,002355 5
= 9,76 Jarak horizontal
2
2
≈ 10 buah
−( ) +1 3 −(5 0,1 ) = =
5 +1
= 0,416 m Jarak vertikal
= =
−( ) 1
− (2 0,1 )
+1
2 +1
= 0,267 m
3. Zona Lumpur (Sludge ( Sludge)) Sludge yang diendapkan
= Q x % removal x konsentrasi TSS 3
= 2000 m / hari x 75% x 195 gr / m
3
= 292.500 gr / hari = 292,5 kg / hari Q sludge
=
slug sluge e yan yang di endapka apkan n
= 1,03 995 292,5
3
3
= 0,285 m / hari Volume lumpur
= waktu pengurasan pengurasa n x Q sludge 3
= 7 hari x 0,285 m / hari
164
= 1,997 m
3
≈ 2 m
3
Waktu pengurasan dilakukan 7 hari sekali karena volume lumpur yang tidak terlalu besar. Dimensi
Volume lumpur
=
2 m3
=
2 m3
=
3 13,16 2
1 3 1 3 1 3
′ ) x h ( 9 + 1 + 9 1 ) x h ( A + A’ +
x 13,16 m2 x h
3
2
h
=h = 0,456 m
4. Zona Outlet Panjang total weir (L)
≈ 0,5 m
0,023
=
3
=
2
0,0014375
= 16 m Panjang tiap gutter
16
=
8
=2m Lebar bak sedimentasi
= jarak antar weir (jumlah weir+1) + (jumlah gutter x lebar gutter)
jarak antar weir
–
3 m (4 x 0,1 m)
=
5
= 0,52 m
Debit tiap limpahan (QL) =
0,023 8
3
= 0,002875 Tinggi diatas pelimpah (H) =
3
3 2
Q
2
3
2
165
3 2 0,6 0,1 2 9,81
3 2
=
3 2
=
=
0,002875
0,008625
0,12
19,62 19,62
3 2 0,008625
0,531
3 2
= 0,0162 0,0162 = 0,064 m Cek Td
= =
0,002875 0,002875 2
3
0,236 0,1 0,236
= 0,06 s Cek kecepatan air pelimpah=
=
0,00287 0,002875 5 2
3
0,1
= 0,014375 m/s
5. Bak Pengumpul setelah Sedimentasi Volume
= Q x Td 3
= 0,023 m /s x 300 s = 6,9 m3 = 7 m3 Volume 3
=LxWxH 2
7m
= 3L m
L
= 2,33 m = 2,5 m
Kecepatan
= =
0,023 3
3
1
= 0,007 m/s
166
4.6 Perencanaan Perencanaan dan Perhitungan Perhitungan Filtrasi Filtrasi
Jenis filtrasi yang digunakan adalah filtasi slow sand single media.
A. Kriteria Perencanaan
Data yang di rencanakan : Jenis filter yang digunakan
= Slow rapid single media
Debil (Q)
= 2000 m3/hari = 83,3 m3/jam
Keceptan filtasi
= 0,1 – 0,1 – 0.4 0.4 m/jam (Schulz dan Okun, 1984)
Ratio P : L
=3:1
Efective size
= 0,25 – 0,25 – 0,35 0,35 mm (Schulz dan Okun, 1984)
Efisiensi
= < 50 NTU (untuk air yang diolah)
Ukuran bed
= 2000 m2 (Schulz dan Okun, 1984)
Kedalaman bed
= 30 cm kerikil (Schulz dan Okun, 1984) 90 – 90 – 110 110 cm pasir (Schulz dan da n Okun, 1984)
Jarak waktu pencucian
= 20 – 20 – 60 60 hari (Schulz dan Okun, 1984)
Jumlah air pembersihan
= 0,2 – 0,2 – 0,6 0,6 % (untuk 50 – 50 – 80 80 cm dari air tersaring)
Headloss
= 6 cm – cm – 120 120 cm (Schulz dan da n Okun, 1984)
Es
= 610 – 610 – 760 760 (Schulz dan Okun, 1984)
Uc
= < 1,7
Single media pasir silica 1. Kedalaman
= 0,35 – 0,35 – 0,7 0,7 m
2. Es
= 610 – 610 – 760 760
3. Uc
= < 1,7
B. Perhitungan
Pembersihan bak tergantung kondisi di lapangan, jika headloss sudah terlalu tinggi maka dilakukan pembersihan dengan cara mengambil media paling atas setinggi 50 cm. Media yang digunakan lebih baik menggunakan ukuran yang
167
seragam. Sehingga melewati proses pengayakan dengan ukuran mesh yang diinginkan agar mendapatkan diameter media yang diinginkan atau ditentukan. Kemudian air yang telah diolah dalam unit filtrasi ini akan melalui underdrain dan dialirkan melalui pipa menuju Reservoir. 0,5
1. Jumlah Bak (n)
= Q x 12 = 83,30,5 x 0,25 = 2,28 ≈ 2 unit
2. As
=
As
=
As
= 208,25
0
3/ 0,4 /
83,3
≈
208 2
P:L=2:1 As
=PxL
104
= 2L x L
104
= 2L2
72 72
=L
-L
= 8,5 m
-P
= 17 m
-H
=2m -
Underdrain Underdra in = 0,3048 m
- Kerikil Keriki l - Pasir
≈ 0,3 m (katalog)
= 0,3 m = 1,1 m
- Freeboard = 0,3 m -
HL Pasir
=
× × × 1−
2
3
×
∅ × × 6 2
1 2 1
7,96 × 10−5 × = 9,81 × 0,4 m/jam × 7,96 5
= 5 × 0,00 0,001 1
1− 0,37
2
0,37 3
×
× 1,1 × 148, 148,6 6 6
2
0,81
/ × 7,96 7,96 × 10− × 7,938 7,938 × 54,8 54,8 × 1,1 1,1 × 148,6 148,6 5
= 0,0028 m
- HL Kerikil = ×
× × − × ∅ × × 2
1
3
6 2
1 2
1
168
0,000 01 m/d m/dtt × 7,96 ,96 × 10−5 × = 9,81 × 0,00 5
1− 0,4 0,4 3
2
×
6
0,4
2
× 0,3 0,3 × 16
= 0,000025 - HL Total
= 0,0028 + 0,000025 = 0,002825 m
169
DAFTAR PUSTAKA
Al – – Layla, Layla, M.A., Ahmad, S., dan Middle brooks, E. J. 1978. Water Supply Engineering Design. Design. Michigan: Ann Arbor Science.
Al-Layla, M. Anis. 1980. Water Supply Engineering Design. Design. Ann Arbor Science, Inc. Michigan.
Anonim. 2008. SNI 6774 Tahun 2008 2008 Tentang Tata Cara Perencanaan Unit Paket Instalasi Pengolahan Pengolahan Air . Jakarta: Badan Standardisasi Nasional.
ASCE, AWWA, dan CSSE. 1969. Water Treatment Plant Design. Design. United States of America: AWWA Inc.
Benefielf, L.D., Randall, C.W.(1980). Biological Process Design For Wastewater Treatment:Prentice Treatment:Prentice Hall Inc. Englewood Cliffs.
Darmasetiawan, Martin. 2001. Teori dan Perencanaan Instalasi Pengolahan Air . Air . Yayasan Suryono. Bandung.
Dinas Pengairan Kabupaten Kendal, 2004. Kabupaten Kendal Dalam Angka 2004 Kabupaten Kendal : BPS.
Droste, Ronald L. 1997. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment . John Wiley & Sons, Inc. New York.
E.P, Nur Andini and friends. 2017. “Tugas “ Tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum”. Minum”. Jurusan Teknik Lingkungan. UPN Veteran Jawa Timur. Surabaya
Fair, G.M., Geyer, J.C., dan Okun D.A. 1981. Water and Wastewater Engineering Volume 2. 2. New York: John Wiley dan Sons, Inc.
170
Hendricks, D. 2006. Water Treatment Unit Processes Physical and Chemical . London: Taylor dan Francis Group.
JWWA. 1978. Design 1978. Design Criteria for Waterworks Facilities Facilities.. JWWA. Japan.
Kamala, A. , Kanth Rao, DL. 1993. Environmental Engineering . Tata McGraw Hill Publishing Company Limited. New Delhi.
Kawamura, S. 2000. Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities. Kanada: John Wiley dan Sons, Inc.
Kodoatie, R.J. 2009. Hidrolika Terapan, Aliran pada Saluran Terbuka dan Pipa . Yogyakarta: Penerbit Andi.
Linsey, ray. K., et al. 1989. Teknik Sumber Daya Air . Jakarta: Penerbit Erlangga.
Lopez, P.R., Lavin, A.G., Lopez, M.M., dan Heras, J.L. 2008. “ Flow “ Flow Models for Rectangular Sedimentation Tanks”. Tanks ”. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 47, 9-10: 9 -10: 1705-1716.
Masduqi, Ali. Assomadi, Abdu F. 2012. Operasi dan Proses Pengolahan Air . ITS Press. Surabaya
Metcalf and Eddy. 1991. Wastewater Engineering: Treatment, Disposa and l, 4th Edition. New Edition. New York: Mc Graw-Hill. Book Co. Co. Singapore.
Metcalf and Eddy. 2004. Wastewater Engineering: Treatment and Reuse, 4th Edition. New Edition. New York: Mc Graw-Hill.
Montgomery, J.M. 1985. Water Treatment Principles and Design. Design . Canada: John Wiley dan Sons, Inc.
171
Peavy, Howard S. 1985. Environmental Engineering (International edition). edition) . McGraw – McGraw – Hill Hill Book Company. Singapore.
Qasim, S.R. 1985. Wastewater Treatment Plants, Planning DAesign, and Operation. Operation. United States of America: CBS College Co llege Publishing.
Qasim, S.R., Motley, E.M., dan Zhu, G. 2000. Water Works Engineering, Planning, Design, and Operation. Operation. United States of America: Prentice Hall PTR.
Raymond D. (Ed). Water Quality and Treatment . United States of America: McGraw-Hill, Inc.
Razif, M. 1986. “ Diktat Bangunan Pengolahan Air Minum” Jilid 2. Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya
Republik Indonesia, 2017, Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 tentang Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan untuk Media Air Keperluan Higiene Sanitasi, Kolam Renang, Solus Per Aqua, dan Pemandian Umum
Reynolds, T.D. dan Richards, P.A. 1996. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. United States of America: PWS Publishing Company.
Schulz, C.R. dan Okun, D.A. 1984. 1984. Surface Water Treatment for Communities in Developing Countries. Canada: Canada: John Wiley dan Sons, Inc.
Shahrokhi, M., Rostami, F., Said, M.A.M., Yazdi, S.R.S., dan Syafalni. 2011. “The effect of number of baffles on the improvement efficiency of primary
172
sedimentation
tanks”. tanks”.
Applied
Mathematical
Modeling,
In
Press,
Corrected Proof. 1-11.
Triadmojo, Bambang. 1995. Hidrolika I . Beta Offset. Yogyakarta.
Winarni. 2003. Modul I; Sistem Penyediaan Aiir Minum. Minum. Jakarta: Universitas Trisakti.
Wahib, J. 1993. Peta 1993. Peta Geologi Tata Lingkungan Lembar Lembar Magelang dan Semarang. Semarang. Jawa. Direktorat Geologi Tata Lingkungan. Jakarta
Yulianti, Pradita Cancerita. 2012. Studi Literatur Desain Unit Prasedimentasi Instalasi Pengolahan Air Minum. Minum . Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh November. Surabaya.
173
