PBPAM

BAB 2 TINJAUAN USTAKA

2.1 PENGERTIAN AIR BERSIH DAN AIR MINUM 2.1.1

Air Bersih

Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari dan akan menjadi air minum setelah dimasak terlebih dahulu. Sebagai batasannya, air bersih adalah air yang memenuhi persyaratan bagi sistem penyediaan air minum, dimana  persyaratan yang dimaksud adalah persyaratan dari segi kualitas air

yang meliputi

kualitas fisik, kimia, biologis dan radiologis, sehingga apabila dikonsumsi tidak menimbulkan efek samping. Persyaratan tersebut juga memperhatikan pengamanan terhadap sistem distribusi air bersih dari instalasi air bersih sampai pada konsumen (Ketentuan Umum Peraturan Pemerintah No.82 Th. 2001). 2.1.2

Air Minum

Air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses  pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum (Kepmenkes RI No 907/MENKES/SK/VII/2002). Pengertian standar kualitas air minum adalah batas operasional dari kriteria kualitas dengan memasukkan pertimbangan non teknis, misalnya kondisi sosial-ekonomi, target tingkat kualitas produksi, tingkat kesehatan yang ada dan teknologi yang tersedia. Sedangkan kriteria kualitas air merupakan  putusan ilmiah yang mengekspresikan hubungan dosis dan respon efek, yang diperkirakan terjadi kapan dan dimana saja unsur-unsur pengotor mencapai atau melebihi batas maksimum yang ditetapkan, dalam waktu tertentu. Dengan demikian maka kriteria kualitas air merupakan referensi dari standar kualitas air. Berdasarkan PP.  No 82 Th. 2001 dan Keputusan Menkes RI No 907/MENKES/SK/VII/200 907/MENKES/SK/VII/2002, 2, yang membedakan antara kualitas air bersih dan air minum adalah standar kualitas setiap  parameter fisik, kimia, biologis dan radiologis maksimum yang diperbolehkan. 2.1.3

Kualitas Air Baku

Berdasarkan Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 pasal 8 tentang tentang Klasifikasi dan Kriteria Mutu Air, kriteria mutu air yang dimaksud untuk setiap kelas air di atas dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut ini :

Tabel 2.1 Kriteria Mutu Air Baku Parameter

Kelas

Satuan

I

II

III

IV

deviasi

deviasi

deviasi

deviasi

3

3

3

5

1.000

1.000

1.000

2.000

Keterangan

FISIKA o

Temperatur

C

Residu terlarut

mg/L

Deviasi temperatur dari keadaan alamiahnya

Bagi Residu

mg/L

tersuspensi

50

50

400

400

pengolahan

air

minum

secara

konvensional,

residu

tersuspensi < 5.000 mg/L KIMIA ANORGANIK

Apabila secara alamiah berada di luar rentang pH

6-9

6-9

6-9

5-9

tersebut, ditentukan

maka berdasarkan

kondisi alamiah BOD

mg/L

2

3

6

12

COD

mg/L

10

25

50

100

6

4

3

0

mg/L

0,2

0,2

1

5

mg/L

10

10

20

20

DO Total

fosfat

sebagai P NO3 sebagai N

Bagi

perikanan,

kandungan NH3-N

mg/L

0,5

-

-

-

ammonia

bebas untuk ikan yang peka < 0,02 mg/L sebagai NH3

Arsen

mg/L

0,05

1

1

1

Kobalt

mg/L

0,2

0,2

0,2

0,2

Barium

mg/L

1

-

-

-

Boron

mg/L

1

1

1

1

Selenium

mg/L

0,01

0,05

0,05

0,05

Kadmium

mg/L

0,01

0,01

0,01

0,01

Khrom (VI)

mg/L

0,05

0,05

0,05

0,01

Tembaga

mg/L

0,02

0,02

0,02

0,2

Tabel 2.2 Kriteria Mutu Air Baku (lanjutan) Parameter

Satuan

Kelas I

II

III

IV

Keterangan

Tabel 2.1 Kriteria Mutu Air Baku Parameter

Kelas

Satuan

I

II

III

IV

deviasi

deviasi

deviasi

deviasi

3

3

3

5

1.000

1.000

1.000

2.000

Keterangan

FISIKA o

Temperatur

C

Residu terlarut

mg/L

Deviasi temperatur dari keadaan alamiahnya

Bagi Residu

mg/L

tersuspensi

50

50

400

400

pengolahan

air

minum

secara

konvensional,

residu

tersuspensi < 5.000 mg/L KIMIA ANORGANIK

Apabila secara alamiah berada di luar rentang pH

6-9

6-9

6-9

5-9

tersebut, ditentukan

maka berdasarkan

kondisi alamiah BOD

mg/L

2

3

6

12

COD

mg/L

10

25

50

100

6

4

3

0

mg/L

0,2

0,2

1

5

mg/L

10

10

20

20

DO Total

fosfat

sebagai P NO3 sebagai N

Bagi

perikanan,

kandungan NH3-N

mg/L

0,5

-

-

-

ammonia

bebas untuk ikan yang peka < 0,02 mg/L sebagai NH3

Arsen

mg/L

0,05

1

1

1

Kobalt

mg/L

0,2

0,2

0,2

0,2

Barium

mg/L

1

-

-

-

Boron

mg/L

1

1

1

1

Selenium

mg/L

0,01

0,05

0,05

0,05

Kadmium

mg/L

0,01

0,01

0,01

0,01

Khrom (VI)

mg/L

0,05

0,05

0,05

0,01

Tembaga

mg/L

0,02

0,02

0,02

0,2

Tabel 2.2 Kriteria Mutu Air Baku (lanjutan) Parameter

Satuan

Kelas I

II

III

IV

Keterangan

KIMIA ANORGANIK

pengolahan Timbal

mg/L

0,03

0,03

0,03

1

air

minum

konvensional, Pb < 0,1 mg/L

Mangan

mg/L

0,1

-

-

-

Air Raksa

mg/L

0,001

0,002

0,002

0,005

Seng

mg/L

0,05

0,05

0,05

2

Khlorida

mg/L

600

-

-

-

Sianida

mg/L

0,02

0,02

0,02

-

Fluorida

mg/L

0,5

1,5

1,5

-

Pengolahan

air

minum

konvensional, Zn < 5 mg/L

Sumber : Peraturan Pemerintah No. 82 tahun 2001 Keterangan: 1. Bq

= Bequerel 

2. MBAS

= Methylene Blue Active Substance

3. ABAM

= Air Baku untuk Air Minum

4. Logam berat merupakan logam terlarut. 5. Nilai di atas merupakan batas maksimum. 6. Bagi pH merupakan nilai rentang yang tidak boleh kurang atau atau lebih dari nilai yang tercantum. 7. Nilai DO merupakan batas minimum. 8. Arti (-) di atas menyatakan bahwa untuk kelas termaksud, parameter tersebut tidak disyaratkan.

Berdasarkan tabel di atas, air baku tersebut dapat diperuntukkan untuk beberapa kegiatan sebagai berikut:

Tabel 2.3 Peruntukkan Penggunaan Air Berdasarkan Kelasnya Air untuk Kelas Air

Air Baku untuk Minum

Air untuk

Budidaya Menyiram

Sarana Rekreasi

Perikanan dan Peternakan

Kelas 1 Kelas 2 Kelas 3 Kelas 4 Sumber : Peraturan Pemerintah No. 82 tahun 2001 Keterangan:

Air untuk

Boleh digunakan untuk peruntukkan tersebut Tidak boleh digunakan untuk peruntukkan tersebut

Pertamanan

2.1.4

Kualitas Air Minum

Berdasarkan Keputusan Menteri Kesehatan (Kepmenkes) RI No. 907/Menkes/SK/ VII/2010 tentang Syarat-Syarat dan dan Pengawasan Kualitas Kualitas Air Minum menyebutkan bahwa air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Adapun jenis air minum tersebut meliputi : 1. Air yang didistribusikan melalui pipa untuk keperluan rumah tangga. 2. Air yang didistribusikan melalui tangki air. 3. Air kemasan. 4. Air yang digunakan untuk produksi bahan makanan dan minuman yang disajikan kepada masyarakat. Keempat jenis air minum tersebut harus memenuhi syarat kualitas air minum yang meliputi  persyaratan fisik, kimiawi, bakteriologis dan radioaktif. Tabel 2.4 berikut ini merupakan Keputusan Menteri Kesehatan RI Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010, yang merupakan  persyaratan kualitas air minum yang mengacu pada nilai panduan panduan WHO.

Tabel 2.4 Standar Air Minum Kadar Maksimum yang Parameter

Diperbolehkan

Satuan

No

Keterangan

Kepmenkes

USEPA

WHO

-

-

-

mg/L

1.000

500

1.000

NTU

5

5

5

-

-

-

C

30°

-

-

TCU

15

15

15

FISIKA

1 2

Bau Jumlah Zat Padat Terlarut (TDS)

3

Kekeruhan

4

Rasa

5

Temperatur

6

Warna KIMIA a. Kimia Anorganik

1

Air Raksa

mg/L

0,001

-

-

2

Aluminium

mg/L

0,2 0 ,2

0,2

0,2

3

Arsen

mg/L

0,01

0,01

0,01

Tidak berbau

Tidak berasa

Tabel 2.4 Standar Air Minum (lanjutan) Kadar Maksimum yang No

Parameter

Diperbolehkan

Satuan

Keterangan

Kepmenkes

USEPA

WHO

KIMIA a. Kimia Anorganik

4

Barium

mg/L

0,7

2

0,7

5

Besi

mg/L

0,3

0,3

0,3

6

Fluorida

mg/L

1,5

4

1,5

7

Kadmium

mg/L

0,003

0,005

0,003

8

Kesadahan

mg/L

500

-

-

9

Khlorida

mg/L

250

250

250

10

Kromium, Val. 6

mg/L

0,05

0,1

0,05

11

Mangan

mg/L

0,1

0,05

0,4

12

Natrium

mg/L

200

-

-

13

Nitrat, sebagai N

mg/L

50

10

11

14

Nitrit, sebagai N

mg/L

3

1

3

15

Perak

mg/L

0,05

-

-

16

pH

-

6.5 - 8.5

6,5 - 7,5

17

Selenium

mg/L

0,01

0,05

0,01

18

Seng

mg/L

3

5

3

19

Sianida

mg/L

0.07

-

-

20

Sulfat

mg/L

250

250

250

21

Sulfida

mg/L

0,05

-

-

22

Tembaga

mg/L

1

1,3

2

23

Timbal

mg/L

0,01

-

-

6,5 -

Batas min. dan

7,5

maks.

KIMIA b. Kimia Organik

1

Aldrina

ug/L

0,03

-

0,0003

2

Benzene

ug/L

10

0,005

0,01

3

Benzo(a)pyrene

ug/L

0,7

0,0002

0,0007

ug/L

0,2

0,002

0,0002

ug/L

200

-

0,3

4 5

Chlordane (Total Isomer) Chloroform

6

2.4-D

ug/L

30

0,07

0,03

7

DDT

ug/L

2

-

0,001

Tabel 2.4 Standar Air Minum (lanjutan) Kadar Maksimum yang No

Parameter

Diperbolehkan

Satuan

Kepmenkes

USEPA

Keterangan WHO

KIMIA b. Kimia Organik

7

Heptachlor dan Heptachlor Epoxide

ug/L

0,03

0,0004 dan 0,0002

-

8

Hexachlorobenzene

ug/L

0,3

0,3

0,3

9

Pentachlorophenol

ug/L

0,009

4

1,5

0,2

0,005

0,003

mg/L

10

-

0,0003

ug/L

0,002

0,005

0,01

0

0

0

0

0

0

15 pq/L

-

10

2.4.6Tricholorophenol

ug/L

KIMIA c. Bahan Organik

11 12

Zat Organik sebagai (KmnO4) Gamma – HCH (Lindane) MIKROBIOLOGI

Jml/100 1

Coliform Tinja

ml sampel Jml/100

2

Total Coliform

ml sampel

RADIOAKTIVITAS

1

Aktivitas Alpha

Bq/L

0,1

2

Aktivitas Beta

Bq/L

1

4 milirem/year

-

Sumber: Kepmenkes RI No. 492/Menkes/SK/IV/2010, WHO (2006); USEPA (2003) Keterangan:

1. Bq

= Bequerel 

2. Logam berat merupakan logam terlarut. 3. Bagi pH merupakan nilai rentang yang tidak boleh kurang atau lebih dari nilai yang tercantum. 4. Arti (-) di atas menyatakan bahwa untuk kelas termaksud, parameter tersebut tidak disyaratkan

2.2

Syarat-syarat Sistem Penyediaan Air Minum

Syarat-syarat sebuah sarana dan prasarana dalam hal penyediaan air minum publik haruslah memenuhi beberapa kriteria yaitu: syarat kuantitatif, kualitatif dan kontinuitas yang terjaga. Berikut ini akan diberikan tabel 2.5 penjabaran tentang ketiga persyaratan te rsebut: Tabel 2.5 Syarat-Syarat Sistem Penyediaan Air Minum Syarat-Syarat

Kuantitatif

Kualitatif

Kontinuitas

Keterangan

1. Air baku harus mampu memenuhi besar kebutuhan air minum publik. 2. Besarnya kuantitas yang dapat dikonsumsi bergantung pada  jumlah air baku dan kapasitas produksi Instalasi Pengolah Air Minum 1. Parameter fisik merupakan karakteristik air yang dapat diketahui dengan indera penglihatan, penciuman serta r asa. Parameter fisik ini meliputi kekeruhan, warna, bau, rasa, suspended solid, dan temperatur. 2. Parameter kimia meliputi TDS, alkalinitas, ion-ion logam, zat organik, fluorida dan nutrien (nitrogen dan fosfor). 3. Parameter biologi meliputi mikroorganisme patogen yaitu bakteri, virus, protozoa dan cacing parasit. 1. Sumber air minum harus dapat menyediakan debit air yang cukup atau fluktuasi debit yang relatif tetap secara  berkelanjutan. 2. Kontinuitas air minum sangat bergantung pada kemajuan teknologi penyediaan air minum dan juga sosial ekonomi masyarakat baik untuk kebutuhan domestik (rumah tangga) dan juga non domestik (institusi dan industri)

Sumber: Bahan Ajar PB PAM (2005)

2.3

Parameter Kualitas Air Minum

Beberapa parameter fisik, kimia dan biologi yang mempengaruhi kualitas air minum dapat dijabarkan pada tabel-tabel berikut tentang parameter fisik, kimia dan biologi yang terkandung dalam air minum sebagai berikut:

Tabel 2.6 Parameter Fisik, Kimia dan Biologi Air Beserta Pengaruhnya Parameter Fisik

Keterangan

Pengaruh

Suspended Solids

1. Inorganik solid yang meliputi lempung, sil dan minyak 2. Materi organik seperti alga,  bakteri dan materi organik lain

Temperatur

1. Temperatur akan berpengaruh pada reaksi kimia 2. Temperatur juga akan berpengaruh terhadap pertumbuhan mikroorganisme.

Berkurangnya nilai estetika air yang akan dikonsumsi Temperatur

berpengaruh

terhadap toksisitas air karena bahan

pencemar

yang

terkandung di dalamnya

Tabel 2.6 Parameter Fisik, Kimia dan Biologi Air beserta Pengaruhnya (lanjutan) Parameter Fisik

Warna

Bau dan Rasa

Keterangan

1. Air berwarna dihasilkan dari kontak air dengan reruntuhan organik seperti dedaunan 2. Air berwarna bisa juga disebabkan oleh cemaran limbah  bahan kimia pabrik utamanya  pabrik tekstil 1. Bau dan rasa dapat disebabkan oleh bahan organik alamiah yang membusuk dan atau bahan kimia yang menguap 2. Baru dan rasa dapat juga disebabkan oleh cemaran limbah pabrik yang mengandung bahanbahan organik tinggi. Air dinyatakan keruh jika air tersebut banyak

Kekeruhan

Pengaruh

mengandung partikel

bahan

begitu yang

tersuspensi seperti tanah liat, lumpur,

bahan

organik

dan

partikel kecil tersuspensi lainnya

Berkurangnya nilai estetika air yang akan dikonsumsi sehingga tidak dapat diterima oleh masyarakat, tanpa pengolahan untuk menghilangkan warna

Berkurangnya nilai estetika air yang akan

dikonsumsi

 pH

merupakan

istilah

yang

tidak

dapat diterima oleh masyarakat, tanpa

pengolahan

untuk

menghilangkan bau dan rasa

Berkurangnya nilai estetika air yang akan

dikonsumsi

sehingga

tidak

dapat diterima oleh masyarakat, tanpa

pengolahan

untuk

menghilangkan kekeruhan Derajat

pH

sehingga

keasaman

berpengaruh

pada reaksi-reaksi kimiawi seperti

menyatakan intensitas kedaan

proses

koagulasi

asam atau basa suatu larutan.

bergantung

Rentang ph yang baik adalah 6  –

proses

8,5

pencegahan

 – 

jenis

water

flokulasi

koagulannya,

softening

korosi,

dan

dalam juga

desinfeksi. Parameter Kimia

Alkalinitas

Keterangan

Pengaruh

Alkalinitas adalah kandungan ion-

Alkalinitas pada air berperan pada

ion bikarbonat, karbonat, dan

proses-proses koagulasi  –  flokulasi

hidroksida dalam air yang akan

karena

ion-ion

bikarbonat

dan

diolah.

Alkalinitas

dinyatakan

karbonat

dalam mg/L padanan kalsium

koagulan

karbonat.

berupa flok

Kesadahan

disebabkan

keberadaan

Kesadahan

ion-ion

oleh (kation)

logam bervalensi dua seperti 2+

2+

Mg   dan Ca   akibat kontak air baku dengan tanah dan bebatuan

Kalsium

Kalsium

adalah

kedua

setelah

unsur

akan

bereaksi

membentuk

Berpengaruh

dengan koloidal

pada

tingkat

pembentukan flok-flok dari reaksireaksi kimiawi dengan koagulan. Air yang

terlalu

hardness,

sadah,

maka

termasuk

perlu

dilakukan

pelunakan air

mayor

Berpengaruh pada tingkat hardness

bikoarbonat.

air, jika air baku terlalu banyak

Tersusun dalam bentuk CaCO 3,

mengandng ion kalsium karbonat,

CaSO4.H2O, hidrite (CaSO4) dan

maka perlu dilakukan pelunakan air

fluorite (CaF2).

dengan soda abu.

Tabel 2.6 Parameter Fisik, Kimia dan Biologi Air beserta Pengaruhnya (lanjutan) Parameter Kimia

Magnesium

Besi

Keterangan

Konsentrasi magnesium diatas 10-20 mg/L di permukaan air dan diatas 30-40 mg/L di air tanah  jarang ada Magnesium adalah mineral penting untuk manusia dengan tingkat penerimaan 3,64,2 mg/kg/hari.

Konsentrasi magnesium maksimum di air minum dengan konsentrasi 400 mg/L untuk orang yang sensitif dan 1000 mg/l untuk orang normal menyebabkan efek laxative.

Besi ditemukan di batu, tanah

Besi memberikan warna merah

dan air dalam berbagai bentuk.

dan

Umumnya

kesehatan

(Fe2O3)

Mangan

Pengaruh

dan

berupa

hematite

ferric

hydroxida

kuning.

Pada

dapat

kasus

membentuk

batu ginjal jika terlalu banyak

(Fe(OH)3)

mengkonsumsi zat besi.

Mangan sering hadir bersama-

Pada konsentrasi 0,2-0,4 mg/L

sama dengan besi sangat banyak

menyebabkan bau dan rasa pada

terdapat di batu dan tanah.

air serta dapat mempercepat

Umumnya

pertumbuhan mikroorganisme di

terdapat

dalam

konsentrasi 0,1-1 mg/L.

reservoir  dan sistem distribusi.

Kandungan khlorida dalam air 250

Khlorida

mg/L

merupakan

batas

Klorida

dapat

maksimum. Konsentrasi khlorida

korosif

di air minum normalnya relatif

aluminium pada konsentrasi 50

kecil yaitu 0,2 –0,4 mg/L yang

mg/L.

pada

menyebabkan pipa

baja

dan

dibutuhan untuk desinfektan

 Nitrat

Kandungan berlebih nitrat pada

Nitrat akan berpengaruh pada

tanaman akan terbawa oleh air

kesehatan

yang

dapat

yang merembes melalui tanah,

menyebabkan

kasus

penyakit

sebab tanah tidak mempunyai

blue baby.

bereaksi

dengan

kemampuan untuk menahannya oleh sebab itu dalam air tanah kandungan nitrat relatif tinggi. Nitrit Nitrit

 Nitrit

dapat

oksidasi

terbentuk

ammonia

(NH3)

akan

oleh

oksigen

menjadi

oleh

selanjutnya jika terminum dapat menyebabkan

bakteri Nitrosomonas

kasus

nitrat penyakit

blue baby 

Total Dissolved Solids

Merupakan ukuran dari total ion dalam larutan Merupakan

Konduktivitas

Air yang mengandung lebih dari 500 mg/l

akan menyebabkan

rasa asin. parameter

yang

berhubungan dengan TDS. DHL

Umumnya, jika TDS dan DHL

merupakan

meningkat maka korosivitas air

ukuran

mikroumhos/cm)

(dalam

aktivitas

ion

 juga meningkat

dari larutan

Tabel 2.6 Parameter Fisik, Kimia dan Biologi Air beserta Pengaruhnya (lanjutan) Parameter Biologi

Keterangan

Bakteri

Bakteri merupakan mikroorganisme bersel tunggal. Bakteri dapat berbentuk spiral ( spirilla), tongkat (bacillus) dan kotak (coccus) Virus

Pengaruh

merupakan

struktur

mikroorganisme paling kecil dan

Virus

hanya

dapat

dilihat

dengan

bantuan mikroskop. Virus hidup pada tubuh inangnya. Protozoa

Virus patogen yang disebarkan lewat

air

 poliomyelitis 

menyebabkan dan

infeksi

hepatitis.

merupakan

mikroorganisme bersel satu yang

Protozoa

Kolera adalah penyakit yang disebabkan oleh Vibrio comma. Kolera menyebabkan muntahmuntah dan diare.

lebih kompleks dari pada virus dan bakteri. Protozoa secara luas

beberapa Protozoa air bersifat patogen

di distribusikan di air alam, Sumber: 1. Montgomery (1985); 2. Linsley (1996); 3. Totok (2004); 4. Eckenfelder (2000)

2.4 UNIT PROSES

2.4.1

Koagulasi

Koagulasi adalah penambahan dan pengadukan cepat ( flash mixing )dengan koagulan yang bertujuan untuk mendestabilisasi partikel-partikel koloid dan suspended solid (Reynolds, 1982). Sedangkan menurut Kawamura (2001) koagulasi didefinisikan sebagai  proses destabilisasi muatan koloid dan padatan tersuspensi termasuk bakteri dan virus dengan suatu koagulan. Pengadukan dengan terjunan adalah pengadukan yang umum dipakai pada instalasi  pengolahan air dengan kapasitas > 50 Liter/detik. Pembubuhan dilakukan sesaat sebelum air diterjunkan sehingga air yang terjun sudah mengandung koagulan yang siap diaduk. Pengadukan dilakukan setelah air terjun dengan energi (daya) pengadukan sama dengan tinggi terjunan. Tinggi terjunan untuk suatu pengadukan adalah tipikal untuk semua debit, sehingga debit tidak perlu dimasukkan dalam perhitungan. Gradient kecepatan 350 - 1700 /dt /detik. Hubungan antara ketinggian terjun untuk masing-masing tingkat gradien pengadukan dapat dilihat pada grafik berikut:

Gambar 2.1 Grafik Hubungan antara Ketinggian dengan Gradien Pengadukan

Sumber: Darmasetiawan, 2001

Penentuan jenis koagulan sangat penting terutama untuk mendesain sistem pencampuran cepat dan untuk flokulasi dan sedimentasi agar berjalan secara efektif. Kawamura (1991) menyebutkan mengenai jenis koagulan yang sering digunakan adalah koagulan garam metal, seperti alumunium sulfat, ferri klorida, ferri sulfat, serta Synthetic polymers, seperti  polydiallyl dimethyl ammonium (PDADMA) dan natural cation polymers seperti chitosan.

Selain koagulan biasanya dalam pengolahan air bersih ada penambahan bahan kimia lebih dari dua atau tiga bahan kimia yang dibubuhkan dalam pencampuran cepat. Bahan kimia tersebut antara lain alum, cationic polymers,  pottasium permanganate, chlorine, Poly Aluminum Chloride (PAC), ammonia, lime atau caustic soda, dan anionic dan nonionic polymers.

Reaksi-reaksi kimia yang terjadi saat koagulasi dengan contoh penggunaan PAC ( Poly Aluminum Chloride), dapat dijabarkan sebagai berikut: PAC akan membentuk ion-ion alumunium hidroksida setelah beraksi dengan ion-ion bikarbonat dan karbonat dalam air  baku. Reaksi di dalam air dengan ion HCO3-1 air. Mr Al2O3 = 102 g/mol; Mr Al(OH) 3 = 78 g/mol

(Lin, 2007) -

Al2O3  + 3 HCO 3  2 Al(OH)3 ↓ + CO2

Dosis pembubuhan koagulan secara praktis ditentukan di laboratorium menggunakan  jar test . Adapun prosedur  jar test  menurut Darmasetiawan

(2001), terdiri dari tahapan-

tahapan sebagai berikut : 1. Sebelum dilakukan  jar test, terlebih dulu meneliti tentang kualitas air. Minimal  parameter yang diamati adalah pH, kekeruhan dan warna. 2. Ambil sampel air sebanyak 4 atau 6 buah (sebanyak gelas yang ada di  jar test ). Kemudian dimasukkan ke dalam gelas jar test . 3. Setiap gelas kemudian diberi koagulan dengan dosis yang berbeda. 4. Setelah pembubuhan koagulan, dilakukan pengadukan cepat dengan kecepatan  pengadukan diatas 60 rpm selama 1 menit. 5. Setelah diaduk 1 menit, pengadukan diperlambat sampai 10 rpm untuk meniru proses flokulasi. Dari sini mulailah diamati proses pembesaran flok. Pengadukan lambat ini dilakukan selama 5 - 10 menit. Setelah itu dihentikan untuk dilihat proses  pengendapan.

6. Proses pengendapan diamati selama 5 menit, 10 menit dan 20 menit. Dari sini dapat dilihat kemampuan flok untuk mengendap. 7. Setelah itu  supernatant   (bagian-bagian yang tidak mengendap) di filter dengan menggunakan kertas penyaring. Hasil filtrat diambil kembali. 8. Parameter diatas kemudian diamati lagi untuk masing-masing gelas. Dari sini dapat diambil kesimpulan dosis mana yang paling baik.

Setelah melakukan prosedur jar test , hal lain yang perlu dilakukan adalah melakukan  pengesetan  stroke  (bukaan keran) pada instalasi pompa pembubuh koagulan. Pengesetan  stroke  ini dimaksudkan untuk memberikan dosis pembubuhan koagulan yang tepat sesuai hasil jar test  ke instalasi pengolahan air.

Adapun rumus yang dipakai untuk pengesetan  stroke  pompa dosing pembubuh koagulan yaitu:

 Q olah x D x 3.600 detik/jam   x 100% ....................................... (2.1) Q pump x C  

Stroke (%)  

Keterangan: Stroke

= bukaan keran dalam %

D

= dosis rata-rata hasil jartest (mg/Liter)

Qolah

= debit instalasi pengolahan air (Liter/detik)

Q pump

= debit pompa pembubuh koagulan (Liter/jam)

C

= Konsentrasi larutan PAC (biasanya 10 –  11% kg per 1 Liter air)

2.4.2

Flokulasi

Menurut Kawamura (1991), flokulasi merupakan pengadukan lambat yang mengiringi dispersi koagulan secara cepat melalui pengadukan cepat. Tujuannya adalah mempercepat tumbukan yang menyebabkan terjadinya gumpalan partikel koloid yang tidak stabil sehingga dapat diendapkan. Istilah koagulasi-flokulasi kadang-kadang digunakan secara bergantian dalam beberapa literatur. Namun, penggumpalan partikel ini pada prinsipnya terjadi dalam dua tahap proses. Pemilihan proses flokulasi seharusnya berdasarkan kriteria di bawah ini:

1. Tipe proses pengolahan, misalnya konvensional, filtrasi langsung, softening atau  sludge conditioning. 2. Kualitas air baku, misalnya kekeruhan, warna, TSS dan temperatur. 3. Tipe koagulan yang digunakan. 4. Kondisi lokal, seperti ketersediaan petugas lapangan. (Montgomery, 1985)

Flokulator adalah alat yang digunakan untuk flokulasi. Saat ini banyak kita menjumpai berbagai macam flokulator, tetapi berdasarkan cara kerjanya flokulator dibedakan menjadi 3 macam : yaitu pneumatic, mekanik, dan baffle.

Tabel 2.7 Prinsip Kerja Berbagai Jenis Flokulator Jenis Flokulator Flokulator Pneumatic

Flokulator Mekanis

Flokulator Buffle

Prinsip Kerja Mensuplai udara ke dalam bak flokulasi dengan cara kerja hampir sama dengan aerasi, bedanya suplai udara yang diberikan ke bak flokulasi tidak sebesar pada bak aerasi Menggunakan alat serupa paddle atau bisa disebut batang  pengaduk. Bentuk dan desainnya pun bermacam-macam dan sangat familiar bagi seorang engineer . Mengalirkan air baku berjalan dengan cara mengitari sekatsekat yang ada, sehingga sangat jelaslah bahwa flokulator ini tidak bisa menambah atau mengurangi velositas G dan G x Td, tetapi sangat tergantung dari kecepatan overflow dari bak sebelumnya yaitu dari bak koagulasi. Derajat hasil flokulasi ditentukan oleh sifat flok dan velositas gradien G dan G x Td

Sumber: Reynold (1982) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005

Tabel 2.8 Kriteria Desain Flokulator Umum No

1 2 3 4

Keterangan

G Tdair  G x Tdair  Kedalaman  bak

Unit

dtk -1 menit

Kawa mura1 60 – 10 30 – 40

AlLayla2 10 - 75 10 - 90 10 - 10

Reynol ds3 80 - 20

Darmase tiawan4 70 - 20 10 - 20 10 - 10

Peavy5

10 - 30 10 - 10

Montg omery6 > 50 15 - 20

4,8

Sumber : 1. Kawamura (1991); \2. Al-Layla (1980); 3. Reynolds (1982); 4. Darmasetiawan (2001); 5.Peavy (1985); 6. Montgomery (1985) dalam Bahan Ajar PBPAM 2005

Menurut Kawamura (1991), nilai gradien kecepatan dan Kehilangan Tekan  pengadukan Instalasi Pengolahan air dengan menggunakan Baffle Channe Horizontal adalah  sebagai berikut :

 (g. h)  G     (v.Td air )  h

1 2

G 2 .td   g 

....................(2.2)

Keterangan: -6

2

ν

= viskositas kinematis fluida = 0,864 x 10  m /detik pada 27°C

tdair 

= waktu tinggal rata-rata air di dalam instalasi flokulasi (detik)

g

= konstanta percepatan gravitasi (= 9,81 m/detik 2)

Δh

= kehilangan tekanan saat melintasi instalasi flokulasi (m)

Gambar 2.2 Denah Flokulator Baffle Channel 

Sumber: Darmasetiawan, 2001

2.4.3

Desinfeksi

Air yang telah disaring di unit filtrasi pada prinsipnya sudah memenuhi standar kualitas tetapi untuk keperluan menghindari kontaminasi air oleh mikroorganisme saat  penyimpanan dan pendistribusian perlu dilakukan desinfeksi. Desinfeksi yang umum digunakan adalah dengan cara klorinasi, walaupun ada  beberapa cara lain seperti dengan ozon dan ultra violet (UV) yang jarang digunakan. Sebagai desinfektan, pembubuhan klorin dilakukan di lokasi reservoir disebut sebagai  postklorinasi. (Darmasetiawan, 2001)

Tabel 2.9 Metode  – metode Desinfeksi yang Sering Digunakan

Metode Desinfeksi

Keterangan

1. Klorin yang digunakan umumnya berupa gas klorin atau klorin cair atau senyawa klorin yang terdiri dari CaOCl 2 dan Khlorinasi

Ca(OCl)2.

2. Senyawa klor dapat mematikan bakteri karena oksigen yang terbebaskan dari senyawa asam hypochlorous mengoksidasi beberapa bagian yang penting dari sel bakteri sehingga rusak. 1. Merupakan oksidan yang sangat kuat lebih kuat dibanding

Ozonisasi

asam hipoklorit.

2. Air yang diozonisasi dilewatkan pada filter arang aktif yang bertindak sebagai kontraktor biologis agar organisme saphropit membongkar zat yang terbongkar secara biologis. 1. Kekuatannya melebihi klorin. Prinsip desinfeksi ini tidak lain dimaksudkan untuk memperoleh klorin bebas, sedang

Khlorin Dioksida

ClO2 bebas bertahan melebihi HClO. 2. Pada disinfeksi terminal dosis antara 0,1-3 mg/l dan untuk menghilangkan bau dan rasa dosis dipakai sampai 10 mg/L/hari. 1. Digunakan dalam skala besar dan kecil. Sangat efektif dalam mendesinfeksi baik terhadap air maupun air

Pemanasan Ultra Violet

buangan. 2. Berdasarkan pertimbangan teknik, maka desinfeksi yang menggunakan metode ini masih memerlukan sisa klor dalam pengolahan.

Sumber: Reynold (1982) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005

a. Khlorinasi

Senyawa klor dapat mematikan mikroorganisme dalam air karena oksigen yang terbebaskan dari senyawa asam hypochlorous mengoksidasi beberapa bagian yang  penting dari sel-sel bakteri sehingga rusak. Teori lain menyatakan bahwa proses pembunuhan bakteri oleh senyawa chlor, selain oleh oksigen bebas juga disebabkan oleh pengaruh langsung senyawa chlor yang bereaksi dengan protoplasma. Beberapa Percoban menyebutkan bahwa kematian mikroorganisme disebabkan reaksi kimia antara asam hipoklorus dengan enzim pada sel bakteri sehingga metabolismenya terganggu. (Darmasetiawan, 2001)

Tabel 2.10 Faktor-faktor Keefektifan Desinfektan Khlor di IPA Faktor-faktor

Jenis desinfektan

Konsentrasi desinfektan Waktu kontak

Temperatur air

Keterangan

1. Gas khlor memiliki kemurnian hampir 100% akan tetapi mahal operasinya untuk instalasi pengolahan air ukuran kecil; 2. Khlor dalam kaporit memiliki kemurnian sampai 70% akan tetapi mahal operasinya untuk instalasi pengolahan air ukuran besar. Konsentrasi residu minimum desinfektan adalah 0,2 mg/Liter Waktu kontak dengan desinfektan khlor sekitar 20 menit. Titik equilibrium konstan pada temperatur 25° C = 4.48 -4

x 10  untuk desinfektan khlor 1. Pada pH di atas 8, asam hipoklorit (HOCl) akan menjadi

Derajat keasaman (pH)

-

ion hipoklorit (OCl ); 2. Pada pH di kurang 7, asam hipoklorit tidak akan terionisasi. Air terkadang masih mengandung senyawa-senyawa kimia lain yang tersisa dari pengolahan sebelumnya,

Adanya Senyawa Lain

maka khlor akan bereaksi terlebih dahulu dengan senyawa-senyawa ini hingga habis bereaksi. Contohnya persenyawaan nitrogen dan membentuk senyawa khloramin.

Sumber: 1. AWWA (1997) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005 2. Darmasetiawan (2001); 3. White (1972) dalam Lin 2007; 4. Travaglia (2004)

Sedangkan menurut Al-layla (1980), desinfektan yang digunakan dalam desinfeksi haruslah: 1.

Dapat mematikan semua jenis organisme patogen.

2.

Ekonomis dan dapat dilaksanakan dengan mudah

3.

Tidak menyebabkan air menjadi toksik dan berasa

4.

Dosis diperhitungkan agar terdapat residu untuk mengatasi adanya kontaminan dalam bakteri.

Senyawa khlor dapat mematikan mikroorganisme dalam air karena oksigen yang terbebaskan dari senyawa asam hypochlorous mengoksidasi beberapa bagian yang penting dari sel-sel bakteri sehingga rusak.

Senyawa klor yang sering digunakan sebagai desinfektan adalah hipoclorit dari kalsium, natrium, kloramin, klor dioksida, dan senyawa komplek dari khlor. Tabel 2.11 Senyawa Desinfektan Khlor Senyawa khlor

Mol equivalen khlor

Persen berat khlor

Cl2 CaClOCl Ca(OCl)2  NH2Cl  NHCl2 HOCl  NaOCl

Cl2 Cl2 2Cl2 Cl2 2Cl2 Cl2 Cl2

100 56 99.2 138 165 135.4 95.4

Sumber: Bahan Ajar PB PAM (2005)

Senyawa klor dalam air akan bereaksi dengan senyawa organik maupun anorganik tertentu membentuk senyawa baru. Beberapa bagian klor akan tersisa yang disebut sisa klor. Pada mulanya sisa klor merupakan klor terikat, selanjutnya jika dosis klor ditambah maka sisa klor terikat akan semakin besar, dan pada suatu ketika tercapai kondisi “break  point chlorination”. Penambahan dosis klor setelah titik ini akan memberi sisa klor yang sebanding dengan penambahan klor. (Darmasetiawan, 2001)

Gambar 2.3 Grafik Break Point Chlorination

Sumber : Darmasetiawan, 2001

Keuntungan dicapainya break point chlorination yaitu : 1.

Senyawa ammonium teroksidir sempurna

2.

Mematikan bakteri patogen secara sempurna

3.

Mencegah pertumbuhan lumut

Proses klorinasi dapat terjadi sebagai berikut : a. Penambahan khlor pada air yang mengandung senyawa nitrogen akan membentuk senyawa khloramine yang disebut klor terikat. Pembentukan khlor terikat ini  bergantung pada pH, pada pH normal khlor terikat (NCl 3) tidak akan terbentuk kecuali jika break point chlorination telah terlampaui.  NH 3  HOCl

  NH 2 Cl  H 2 O

 NH 2 Cl  HOCl   NHCl 2  H 2 O  NHCl 2  HOCl   NCl2  H 2 O  b. Asam hipoklorus (HOCl) dan ion hipoklorit (OClˉ)  akan terbentuk pada air yang  bebas senyawa organik. Dua senyawa ini berfungsi dalam proses desinfeksi.

Cl 2  H 2 O

 HOCl  H   Cl 

HOCl

 H   OCl

Kondisi optimum untuk proses desinfeksi adalah jika hanya terdapat HOCl, adanya OClˉ akan kurang menguntungkan. Kondisi optimum ini dapat tercapai pada pH < 5. Dosis klorin yang dibubuhkan harus cukup untuk menghasilkan sisa klor mi nimum 0,2 mg/l di akhir distribusi. (Kep Menkes RI No: 907 / MENKES / SK / VII/2010). Sedangkan menurut Kawamura (1991), dosis pembubuhan klorin berkisar antara 1 –  5 mg/L dengan sisa klorin di reservoir 0,5 mg/L dan di distribusi 0,2  –  0,3 mg/L. Klorinasi dapat dilakukan dengan penambahan kaporit sebagai sumber klorinnya atau dengan gas Cl 2. 2.4.4

Pelunakan Air (Softening)

Proses ini bertujuan untuk menghilangkan kesadahan air. Dua metode dasar yang digunakan yaitu proses kapur soda dan proses pertukaran ion. a.  Proses kapur soda Pada proses kapur soda, kapur [Ca(OH 2)] dan abu soda (NaCO 3) ditambahkan ke air, akan bereaksi dengan garam kalsium dan magnesium untuk membentuk endapan kalsium karbonat (CaCO 3) dan magnesium hidroksida [Mg(OH) 2], reaksi kimiawi yang umum adalah : Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2  2CaCO3 + 2H2O Mg(HCO3)2 + 2Ca(OH)2 2CaCO3 + Mg(OH)2 + 2H2O MgSO4 + Ca(OH)2 Mg(OH)2 + CaSO4 CaSO4 + NaCO3  CaCO3 + Na2SO4

b.  Proses pertukaran ion (ion exchange) Suatu perangkat pertukaran ion mirip dengan suatu filter pasir yang medium filternya berupa suatu getah pertukaran ion R, yang dapat bersifat alamiah (zeolit) atau sintesis. Bila air sadah melalui filter penukar ion tersebut maka akan terjadi suatu pertukaran kation : kalsium dan magnesium di dalam air dipertukarkan dengan sodium didalam getah tersebut.

  HCO  ( HCO ) Ca  R SO4   Na2 R   Na2  SO4   Cl   Mg    Mg   Cl  Ca

3

3 2

2

Ca

2

Ca

 R  2 NaCl    Na2 R   Mg 

Cl 2  Mg 

Kelemahan dari metode penghilangan kesadahan ini adalah menghasilkan konsentrasi sodium yang mungkin berbahaya bagi orang yang sakit jantung.

2.5 UNIT OPERASI 2.5.1

Intake

 Intake  adalah bangunan penyadap yang berfungsi untuk menangkap air baku dari sumber sebelum masuk ke instalasi pengolahan. Sebelum air baku masuk ke instalasi  pengolahan, maka partikel-partikel yang ukurannya sangat besar seperti daun, kertas, plastik,  potongan kayu, dan benda-benda kasar lain yang berada dalam air harus disaring terlebih dahulu menggunakan saringan kasar ( Bar Screen). Penyaringan benda kasar bertujuan untuk menghindari rusaknya atau tersumbatnya peralatan seperti pompa, katup-katup, pipa  penyalur, alat pengaduk yang digunakan dalam pengolahan air bersih.

Gambar 2.4 Intake dan Bar Screen

Sumber: PDAM Kota Bekasi, 2001 dalam KP Mufti, 2 009

Menurut Metcalf dan Eddy (1991) saringan kasar dapat berupa kisi-kisi baja, anyaman kawat, kasa baja/plat yang berlubang-lubang dengan dipasang vertikal/miring dengan sudut antara 30°- 80°. Analisis penting dalam perencanaan saringan kasar adalah menentukan kehilangan tinggi ( head loss) selama air melewati kisi saringan. Secara garis besar kehilangan tinggi dipengaruhi oleh bentuk kisi dan tinggi kecepatan aliran yang melewati kisi, seperti dirumuskan oleh Krischoer sebagai berikut:

Beberapa rumus yang digunakan untuk perhitungan intake dan screen a. Tinggi kecepatan aliran air melewati kisi screen (meter)

h 

v2 2.g

  .................................................................................................. (2.3)

b. Kehilangan tekanan air setelah melewati kisi screen (meter) 4

 w  3  h Sin   ........................................................................... (2.4)   b  

H L     .  Keterangan: v

= kecepatan aliran yang melewati kisi (m/det)

2

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/det )

β

= faktor bentuk kisi

w

= lebar kisi (m)

 

= sudut kemiringan kisi ( º )

b

= jarak antar kisi (m)

Berikut ini adalah besar masing-masing faktor bentuk kisi :

Tabel 2.12 Faktor Bentuk Kisi Bentuk kisi

Faktor Bentuk

Persegi panjang dengan sudut tajam

2.42

Persegi panjang dengan pembulatan di depan

1.83

Persegi panjang dengan pembulatan di depan dan belakang

1.67

Lingkaran

1.79

Sumber : Fair (1966)

Tabel 2.13 Kriteria Desain Intake No

Keterangan

Unit

Kawamura

Droste

Layla

Reynolds

1 2 3 4 5 6

Kecepatan Kemiringan Barscreen Tebal barscreen Jarak antar barscreen H:L

m/s

<0.6 60 1.25-2 5-7.5

<0.6

0.4-0.8

30-75 1.25-3.8 2.5-5

0

cm cm cm

2-5 5-15 1:2 7.5-15

2.5-7.5

Sumber  : 1. Kawamura (1991); 2. Droste (1997); 3. Layla (1978); 4. Reynolds (1982) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005

2.5.2 Saringan (Screening  )

Penyaringan dimaksudkan untuk menyisihkan sampah – sampah besar serta materi – materi yang lebih kecil. Ukuran saringan ini bervariasi t ergantung pada besarnya materi yang ingin yang dipisahkan. Sesuai dengan tujuannya saringan dibagi dua yaitu : a. Saringan kasar Bertujuan untuk memisahkan sampah besar yang mengambang dan terapung, misalnya batang-batang dan cabang-cabang kayu yang mungkin ada di tempat

 penyadapan, terutama di sungai-sungai. Terdiri dari batang-batang yang berjarak kira-kira 0,75 hingga 2 inchi. Saringan ini bisa dibersihkan secara manual dan mekanikal. Analisa yang diperlukan dalam perencanaan saringan kasar yaitu menentukan kehilangan tinggi (head loss) selama air melewati kisi saringan. Krischoer merumuskannya sebagai berikut : 4/3

H1 = β . (w/b)  .hv .sin θ .......................................................................(2.5)

dimana : H1

= head loss (m)

w

= lebar kisi (m)

 b

= jarak antar kisi (m)

hv

= tinggi kecepatan V2/2g

θ

= kemiringan kisi (˚)

β

= faktor bentuk Tabel 2.14 Faktor Bentuk

Bentuk kisi

Faktor Bentuk

Persegi panjang dengan sudut tajam

2.42

Persegi panjang dengan pembulatan di depan

1.83

Persegi panjang dengan pembulatan di depan dan belakang

1.67

Lingkaran

1.79

Sumber: Syed, 1985

b. Saringan mikro Bertujuan untuk menyaring partikel-partikel halus. Saringan ini dibuat dalam  bentuk drum yang ditutup dengan saringan jala halus yang ditunjang oleh suatu  jala kasar sebagai penguat. Lubang-lubang saringan bervariasi antara kira-kira 23 hingga 65 mikron. Air yang berisi bahan-bahan halus disalurkan ke bagian dalam drum tersebut, kemudian air yang telah tersaring dikumpulkan dari luarnya.

Karena penyumbatan saluran terjadi dengan cepat maka jala harus dicuci secara terus menerus dengan semprotan air bertekanan tinggi. Screening merupakan awal proses fisik pengolahan air dibuat dalam bentuk 2-5 cm dan terbuat dari besi tahan karat.

Gambar 2.5 Screening

2.5.3

Pintu Air dan Saluran Pembawa serta Bak Pengumpul

2.5.3.1 Pintu Air

Pintu air digunakan untuk mengatur aliran air dari sumber air baku ke saluran intake sehingga diperoleh debit pengaliran yang diinginkan. Pengaturan aliran air ini juga dilakukan  pada saat pemeliharaan (pembersihan dan perbaikan). 3

Debit aliran air saat melewati pintu air (m /detik)

Q  C Drag x b  x H x 2.g.h   ................................................................ (2.3) 2.5.3.2 Saluran Pembawa

Saluran pembawa berfungsi untuk menyalurkan air dari intake ke bak pengumpul. Berdasarkan kriteria desain dari Japan Water Works Association, (1978): Kecepatan minimum aliran air pada saluran: 0,3 m/detik Kecepatan maksimum aliran air, jika a. Konstruksi dari beton

1.

:

3 m/detik

 b. Konstruksi dari besi, baja, PVC:

6 m/detik

Headloss aliran air saat melewati saluran pembawa (meter) 1,85

  v  h  6,82 .    C  2.

D1,167

  ....................................................................... (2.4)

Kecepatan aliran air saat melewati saluran pembawa (meter)

v  3.

L

1 n

2 3

1

. R  . S 2

................................................................................... (2.5)

Jari-jari hidrolis saluran pembawa jika saluran berbentuk segiempat (meter)

R  

 b  x h air   b  2.h air 

  .................................................................................... (2.6)

2.5.3.3 Bak Pengumpul

Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air baku dari intake untuk diolah oleh unit pengolahan berikutnya. Bak opengumpul dilengkapi dengan pompa intake dan pengukur debit. (Bahan Ajar PB PAM, 2005) Kriteria desain dalam Japan Water Works Association, (1978) a. Kedalaman (H)

:

3 –  5 meter

 b. Waktu detensi

:

> 1,5 menit

Beberapa persamaan yang digunakan untuk perhitungan desain bak pengumpul 1.

Volume air di bak penampung (meter)

V  P  x L  x h Air  2.

............................................................................. (2.7)

Waktu tinggal air di bak penampung (meter)

Td Air  

V Q

  ............................................................................................. (2.8)

Keterangan: Δh

= headloss saluran pembawa (meter)

CDrag

= koefisien pengaliran, (nilainya 0,6)

C

= koefisien kekasaran Hazen-Williams (C = 60 - 140)

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik )

L

= panjang saluran pembawa (meter)

b

= lebar saluran pembawa (meter)

S

= kemiringan saluran (meter/meter)

R

= jari-jari hidrolis (meter)

n

= koefisien manning, jika terbuat dari beton (nilainya 0,03)

Q

= debit air baku yang masuk ke bak pengumpul (m /detik)

V

= volume air yang dapat ditampung oleh bak penampung (m )

P

= panjang bak penampung (meter)

2

3

3

L

= lebar bak penampung (meter)

hair

= ketinggian air maksimum yang dapat ditampung (meter)

2.5.4

Pompa

Pompa tidak termasuk dalam unit proses pengolahan air tetapi pompa merupakan  peralatan pendukung utama. Menurut Peavy (1985), performa pompa diukur berdasarkan kapasitas pompa terhadap head   dan efisiensinya. Efisiensi pompa biasanya pada range 60 85%. Menurut Hazen-Williams, aliran air dalam pipa dengan diameter (D > 2 inch, 5 cm), dengan kecepatan moderate (10 kaki/det, 3 m/detik). Nilai koefisien kekasaran C berkisar antara 140 untuk pipa halus (pipa yang masih baru), pipa lurus dari 90 sampai 80 untuk pipa lama, pipa bergaris tuberculated . Berikut ini akan disajikan tabel koefisien gesekan berbagai  jenis bahan pipa Tabel 2.15 Koefisien Kekasaran Pipa Menurut Hazen - Williams Material Pipa

Kuningan

Nilai C

130 - 140

Saluran batu bata

100

Besi cor dilapis Tar

130

Besi cor baru dan dilapisi

130

Besi cor dilapisi semen Besi cor dengan tidak ditentukan bahan pelapisnya Semen – asbes Beton

130 – 150 60 – 110 140 130 - 140

Karet dilapis

135

Besi berlapis seng

120

Kaca

140

Timah

130 - 140

Plastik

140 – 150

Baja batubara yang dilapisi enamel

145 – 150

Baja berkerut Baja baru dan dilapisi

60 140 - 150

Baja terpaku

110

Timah

130

Batu tanah liat

110 – 140

Kayu pepohonan

110 - 120

Sumber: Peery (1967), Hwang (1981), and Benfield et al (1984) dalam Lin (2007)

Beberapa rumus yang digunakan dalam pompa dan sistem transmisi yaitu: a. Kehilangan tinggi tekanan akibat bergesekan dengan dinding pipa transmisi dengan menggunakan persamaan Hazen  – Williams (meter) 1,85

  151 x Q    2, 63   C x D  

HL Mayor

  L    ......................................................... (2.7) 1000    

 x 

b. Kehilangan tinggi tekanan akibat kontraksi (minor losses) berupa aksesoris di sepanjang pipa transmisi (meter)

h  k

v2

.................................................................................... (2.8)

2.g

c. Daya hidraulik pompa untuk memindahkan air (Kilowatt atau KN.m./det

 N pump 

 . Q. H pump   pump

.. ........................................................................... (2.9)

d. Daya motor penggerak pompa menggerakan poros pompa (Kilowatt)

 N motor  

 N pump. 1  A (  pump .   poros )

.. ..................................................................... (2.10)

Keterangan : Q

= debit pemompaan, (m3/detik)

D

= diameter pipa bagian dalam (m)

L

= panjang pip transmisi (m)

v

= kecepatan aliran air dalam pipa (m/detik)

k

= konstanta gesekan akibat aksesoris pipa

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik 2)

 

= berat spesifik cairan, kN (9,774 KN pada temperatur 27°C)

C

= konstanta friksi bahan pipa

ή pump

= efisiensi pompa (%)

ήmotor 

= efisiensi motor (%)

ή poros

= Efisiensi hubungan poros, 1 jika poros dikopel langsung

A

= Faktor yang bergantung pada jenis motor = 0,1 sampai 0,2 untuk motor listrik

Menurut Peavy (1985), performa pompa diukur berdasarkan kapasitas pompa terhadap head dan efisiensinya. Kapasitas pompa adalah zat cair yang dipompa per satuan waktu yang 3

biasanya diukur dalam m /jam, liter/detik, GPM, dan sebagainya. Efisiensi pompa ( p) biasanya pada range 60-85 %

a.

Daya Air Daya Air adalah energi yang secara efektif diterima oleh zat cair dari pompa per satuan waktu, di hitung dengan persamaan:

Pw  0,1635QH   Dengan:

 b.

................................................................................... (2.11)

PW

= daya air (kW)

 

= berat air per satuan volume (kgf/L)

Q

= kapasitas pompa (m /menit)

H

= head total pompa (m)

3

Daya poros Daya poros adalah energi yang diperlukan untuk menggerakan pompa per satuan waktu. Nilai P didapat dari :

P  VI 3 cos    ....................................................................................... (2.12) Dengan:

P

= daya poros pompa (watt)

V

= tegangan antar phase (volt)

cos   = faktor tenaga I

c.

= arus listrik (ampere)

Efisiensi pompa Efisiensi pompa diperoleh dengan rumus perhitungan:

  p 

Pw P

Dengan:

P w



VI 3 cos     p

............................................................................. (2.13)

= efisiensi pompa

 Nilai koefisien k Menurut Degremont (1991), bergantung pada bentuk kerugian gesekan yang disebabkan oleh kondisi aliran dalam pipa tersebut. Berikut ini akan disajikan  beberapa tipe kerugian gesek aliran dalam pipa akibat suatu bentuk pipa seperti belokan (bend ), aliran gabung (inlet connection), gate valves, dan o pen valves and fittings. a.

Kerugian gesek akibat belokan ( Bend ) r = radius belokan pipa d = diameter pipa

Gambar 2.6 Belokan Pipa

Sumber : Degremont, 1991

Tabel 2.16 Konstanta k Untuk Berbagai Sudut Belokan

r/d δ = 22,5° δ = 45°  δ = 60°  δ = 90°  δ = 135°

1 0,11 0,19 0,25 0,33 0,41

1,5 0,10 0,17 0,22 0,29 0,36

2 0,09 0,16 0,21 0,27 0,35

3 0,08 0,15 0,20 0,26 0,35

Sumber : Degremont (1991)

 b.

Kerugian gesek akibat aliran gabung (inlet connection) Q = total aliran air dalam m3/detik Qa = aliran air yang bergabung ke pipa m 3/detik

4 0,08 0,15 0,19 0,26 0,35

Gambar 2.7 Aliran Gabung Dalam Pipa Sumber  : Degremont, 1991

Tabel 2.17 Konstanta k Untuk Berbagai Aliran Gabungan

Qa / Q Kb Kr

0 -0,60 0

0,1 -0,37 0,16

0,2 -0,18 0,27

0,3 -0,07 0,38

0,4 0,26 0,46

0,5 0,46 0,53

0,6 0,62 0,57

0,7 0,78 0,59

0,8 0,94 0,60

Sumber : Degremont (1991)

c. Kerugian gesek akibat gate valves

Gambar 2.8 Gate Valves

Sumber : Degremont, 1991

Tabel 2.18 Konstanta k Untuk Berbagai Nilai Gate Valve

Nilai Pengecilan  1 Gate  d

0

1 8

2 8

3 8

4 8

5 8

6 8

7 8

K

0,12

0,15

0,26

0,81

2,06

5,52

17

98

Sumber : Degremont (1991)

d.

Kerugian gesek akibat open valves and fittings

Gambar 2.9 Check Valves / No Return Valves

Sumber : Degremont, 1991 Tabel 2.19 Konstanta k Untuk Berbagai Nilai Open Valves and Fittings

Variasi Check Val ves 

 Parallel seat valve

Nilai k tipikal

Variasi nilai k

0,12

0,08 –  0,2

Wedge gate valve

0,15 –  0,19

 Angle valve

2,1 –  3,1

 Needle valve

7,2 –  10,3

Straight screw-down valve

6

Screw-down stop valve, angle type  Float valve

2 –  5 6

 Plug valve Swing check valve  Foot valve (without strainer) Sleeve coupling

4 –  10

0,15 –  1,5 2 – 2,5

1,3 –  2,9

0,8 0,02 –  0,07

Sumber : Degremont (1991)

2.5.5

Prasedimentasi

Prasedimentasi digunakan untuk pengendapan partikel diskret. Partikel diskret adalah  partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk selama proses pengendapan.

Penggunaan unit prasedimentasi selalu ditempatkan pada awal proses pengolahan air, sehingga dapat dicapai penurunan kekeruhan. Prasedimentasi merupakan bak  pengendapan material pasir dan lain-lain yang tidak tersaring pada screen, serta merupakan pengolahan fisik yang kedua. Pada umumnya bentuk dari bak  prasedimentasi adalah segiempat dan melingkar. Pada unit ini tidak ada penambahan  bahan kimia, dan pengendapan yang digunakan adalah pengendapan secara gravitasi. Efisiensi pemisahan kekeruhan dapat mencapai 40-60 %. Bangunan ini dilengkapi dengan : a.  pipa inlet  b.  pipa outlet c.  pipa pembuang lumpur Beberapa rumus yang digunakan dalam Unit Prasedimentasi adalah : Zona Pengendapan

waktu tinggal



td = volume/Q 1=

 

..................................................................(2.13)

Kecepatan Horizontal VH=

 

..................................................................(2.14)

Bilangan Reynold NRE = VH x R √  ...................................................................(2.15)

bilangan Froud NFR=

 

...................................................................(2.16)

Keterangan : Q

= Debit air pengolahan (m3/detik)

R

= Jari-Jari Hidrolis (m)

VH

= Kecepatan Horizontal (m2/detik)

Zona Lumpur Berat lumpur tiap hari Ws = Q x Cs x 86400 ...................................................................(2.17) Debit lumpur

 

 

................................................................... (2.18)

Volume bak lumpur V = Qs x tc

................................................................... (2.19)

Keterangan : Qds

= Debit Lumpur Kering (m3/detik)

Zona Outlet

Q/A= Vo

................................................................... (2.20)

Debit tiap gutter Q g= Q/n

...................................................................(2.21)

Dimensi tiap gutter Q g

3/2

= 2,49x Lgx Ho

................................................................... (2.22)

Keterangan : Lg

= Lebar Gutter (m)

Ho

= Tinggi Air dalam Gutter (m)

2.5.6

AERASI

Aerasi adalah suatu bentuk perpindahan gas dan dipergunakan dalam berbagai  bentuk variasi operasi, meliputi (Fair, et.al; 1968 hal 24-2 s.d 24-3) : 

Penambahan oksigen untuk mengoksidasi besi dan mangan terlar ut.



Penyisihan karbon dioksida untuk mereduksi korosi



Penyisihan hydrogen sulfida untuk menghilangkan bau dan rasa, menurunkan korosi logam



Penyisihan metana untuk mencegah kebakaran dan ledakan



Pembuangan minyak yang mudah menguap dan bahan-bahan penyebab bau dan rasa serupa yang dikeluarkan oleh ganggang serta mikroorganisme lain. Secara kimia, reaksi di atas dapat ditulis sebagai berikut : 2+

4 Fe  + O2 + 10 H2O → 4 Fe(OH)3 2+ 2 Mn  + O2 + 2 H2O → 2 MnO2

+

+ 8H +

+4H

Jenis-jenis utama alat aerasi adalah (Fair, et.al; 1968): a. Aerator gaya berat ( gravity aerator ), misalnya cascade, yang dibagi menjadi  beberapa langkah. Cascade towers dibentuk seperti terjunan yang berupa tangga. Tinggi anak tangga sekitar 0,3 m dan berjumlah sekitar 10. Banyak anak tangga ini menentukan waktu kontak antara air dan udara. Cascade tersebut bisa dibentuk memanjang seperti tangga ataupun melingkar. Area yang dibutuhkan untuk aerator cascade ini berkisar antara 4 –  9 m2 / (50 L/s)(40 –  90 ft2/(Mgal/d)), tergantung dari jumlah anak tangga yang digunakan.

Gambar 3.3 Gravity Aerator (a) Cascade (b) kemiringan dengan riffle  plates, (c) Tower dengan aliran udara/gas dan air (d) stack perforated pans yang memungkinkan terisi media kontak

Gambar 3.4 Spray Aerator and Nozzle (Sumber: Fair & Geyer, 1986 hal 24  – 4)

 b. Aerator semprotan atau air mancur ( spray aerator ), yaitu air disemprotkan ke udara

Terdiri dari pipa yang menggantung di atas bak atau kolam dan di perpotongan  pipa tersebut terdapat nozzle. Tinggi pancuran, dalam hal ini berkaitan dengan waktu kontak antara air dan udara ditentukan oleh tekanan pada pipa, dimana dispersinya dipengaruhi oleh karakteristik nozzle. Diameter nozzle berkisar 2 –  4 cm. Yang diperhatikan dalam mendesain aerator ini adalah tekanan, jarak nozzle, aliran tiap nozzle. Tekanan sekitar 70 kPa (10 lb/in2) bisa menghasilkan aliran 5 –  20 L/s pada setiap nozzle. Jarak nozzle berkisar 0,6 –  3,5 m. c. Penyebar suntikan (diffuser aerator ), dimana udara dalam bentuk gelembunggelembung kecil disuntikan ke dalam zat cair. d. Aerator mekanis (mechanical aerator ) yang meningkatkan pencampuran zat cair dan membuat air terbuka ke atmosfer dalam bentuk butir-butir t etesan. e. Tray towers, aerator ini paling sering digunakan untuk mengoksidasi besi dan mangan. Aerator ini mirip dengan cascade hanya airnya disemprotkan ke udara. f.

Jet type, pada aerator ini air disemprotkan dari bawah ke atas melalui pipa  berpori.

g. Air Blowing, pada aerator ini udara disemprotkan ke dalam air. h. Contact type, pada aerator ini air dilewatkan melalui media berfilter. Filter yang digunakan biasanya berbentuk kerikil (gravel) atau arang (coke). Diameter Aerator

Beberapa rumus yang digunakan dalam Unit Prasedimentasi adalah : Diameter Nozzle 1

1

        2   A   0,0005    0.0252m  25.2mm ≈ 25 mm ....(2.23)  D Ni   Ni     1     1  x3.14        4     4   2

Dimensi Lateral Dengan persamaan Hazen  – William



 0.54   0.2785CHW ( HfLo/ L)  qo

 D L  

1 2.63

..............................................(2.24)

Kehilangan Tekan pada pipa tanpa Nozzle :



 2.63   0.2785CHW ( D)  qo

 HfLo  

1 0.54

 L L ................................................(2.25)

Kehilangan Tekan pada Pipa Manifold

  Qo  Hf   Mo   2.63   0.2785CHW ( D M  ) 

1 0.54

......................................(2.26)

Diameter Pipa inlet dan Outlet

 A 

Q v



0,4 1,5

2

 0.266 m 2

A=¼πD ↔D=

.............................................(2.27)

4 A   

Keterangan : A Ni

= Luas Lubang Nozzle (m2)

2.5.7

Sedimentasi Menurut Reynolds (1982), sedimentasi adalah pemisahan zat padat - cair yang

memanfaatkan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan padatan tersuspensi. Reynolds juga mengklasifikasikan tipe pengendapan menjadi empat tipe yaitu : 1. Tipe pengendapan bebas ( free settling); sering disebut sebagai pengendapan partikel diskrit. 2. Tipe pengendapan partikel flok, yaitu

pengendapan flok dalam suspensi cair. Selama

pengendapan, partikel flok semakin besar ukurannya dengan kecepatan yang semakin cepat. 3. Tipe zone atau hinderred settling, yaitu

pengendapan partikel pada konsentrasi sedang,

dimana energi partikel yang berdekatan saling memecah sehingga menghalangi pengendapan

partikel flok, partikel yang tertinggal pada posisi relatif tetap dan mengendap pada kecepatan konstan. 4. Tipe compression settling; partikel bersentuhan pada konsentrasi tinggi dan pengendapan dapat terjadi hanya karena pemadatan massa. Menurut Kawamura (1991), pertimbangan-pertimbangan penting yang secara langsung mempengaruhi desain proses sedimentasi adalah : 1. Proses pengolahan secara keseluruhan. 2. Materi tersuspensi dalam air baku. 3. Kecepatan pengendapan partikel tersuspensi yang disisihkan. 4. Kondisi iklim lokal, misalnya temperatur. 5. Karakteristik air baku. 6. Karakteristik geologi tempat instalasi. 7. Variasi debit pengolahan. 8. Aliran putaran pendek dalam bak sedimentasi. 9. Metode penyisihan lumpur. 10. Biaya dan bentuk bak sedimentasi.

Proses sedimentasi didasarkan pada pengendapan partikel secara gravitasi sehingga harus diketahui kecepatan pengendapan masing-masing partikel yang disisihkan. Kecepatan pengendapan flok bervariasi tergantung pada beberapa parameter yaitu: tipe koagulan yang digunakan, kondisi pengadukan selama proses flokulasi dan materi koloid yang terkandung di dalam air baku. Karakteristik aliran bak sedimentasi dapat diperkirakan dengan bilangan Reynolds (Re) dan bilangan Froude (Fr) (Kawamura, 1991): Beberapa rumus yang digunakan dalam sedimentasi yaitu: a. Bilangan Reynold sebagai nilai lamineritas aliran (non dimensional)

Re 

v . R 

  Re  500

.................................................................................... (2.30)

b. Bilangan Froude sebagai nilai uniformitas aliran (non dimensional)

Fr 

 v 2 .................................................................................... (2.31)

g. R 

Fr  10 5 c. Waktu Tinggal Air (detik)

Td air  

Vol

Td air  

(Panjang x Lebar x Tinggi)

Q

.......................................................... (2.32)

Q

Keterangan: v

= kecepatan aliran (m/detik)

Q

= debit pengolahan (m /detik)

υ

= viskositas kinematis fluida = 1,0191 x cm /detik pada suhu 20°C

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik )

3

2

2

Pada dasarnya bak pengendapan yang panjang adalah yang paling baik tetapi tanpa didukung oleh faktor hidrolis lainnya seperti lamineritas dan uniformitas dari aliran dan beban permukaan yang sesuai, pengendapan dapat gagal (Darmasetiawan, 2001). Menurut Peavy (1985), unit sedimentasi terbagi atas 2 bagian, Perbedaan antara keduanya dijabarkan sebagai berikut:

Tabel 2.18 Kelebihan dan Kekurangan Bak Sedimentasi dari Segi Bentuk Rectangular

Circular

terdiri atas bak-bak yang panjangnya 2 - 4

Berbentuk lingkaran dengan aliran masuk

kali

ke

lebarnya

dan

10

 – 

20

kali

tengah

dan

dialirkan

menuju

kedalamannya dengan aliran lurus masuk

perimeter, kecepatan horizontal air secara

dari inlet menuju outlet

kontinu menurun

Lebih toleransi terhadap shock loads

Sedikit toleransi terhadap shock loads

Pengoperasian mudah dan rendah biaya

Mekanisme penyisihan lumpurnya lebih

pemeliharaan

mudah

Mudah beradaptasi terhadap modul highrate settler 

Membutuhkan

desain

yang

Membutuhkan operasi yang lebih hati-hati

cermat

Efisiensi pengendapan tinggi

terhadap struktur inlet dan outlet Biasanya membutuhkan fasilitas flokulasi

Membutuhkan

yang terpisah

terpisah

fasilitas

flokulasi

yang

Sumber: 1. Peavy (1985); 2. Montgomery (1985) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005

Beberapa Rumus yang digunakan dalam pengoperasian sedimentasi rectangular  a. Kecepatan horizontal (m/detik)

  v   v o  1 - 1  n  o  v s    

1

3

............................................................................ (2.33)

b. Kecepatan pengendapan (m/detik)

vs 

Q

.................................................................................... (2.34)

A

3

2

c. Beban Permukaan (m /m .jam)

SLR  

Q A

x

3.600 detik  1 jam

........................................................................... (2.35)

Keterangan: 2

A

= Luas melintang bak (m )

vo

= Kecepatan Horisontal (m/dtk)

vs

= Kecepatan Pengendapan (m/dtk)

n

= Konstanta 0,33

Q

= Debit pengolahan (m /detik)

3

Tabel 2.19 Kriteria Desain Bak Pengendap Rectangular 

No

1

Keterangan

Beban permukaan

Unit

M/jam

Kawamur 1

Drost 2

a

e

0,83 – 2,5

20-70

Rich

3

2.4-3

Mart 4

in

4-5

JWW 5

A

Layl 6

a

Reynol 7

ds

Fair

8

2

Tinggi air

3

td

4

Kemiringan plate

m

3-5

 jam

1.5-4

0

60-90

Panjang

m

5

Lebar

m

6

P:L

7

L:H

8

Freeboard

2,5-5

0,5-1

3-4

70-75 60

2-5

1,8

30

45-60

10

>75

2-5

1.5-6

6:1 – 4:1 3:1 – 6:1

3:1 –

m 5:1

9

2:1

50-75

Re 0.6

10

90

0-1

Fr < 2000

11

Kecepatan

12

Removal

m/mnt

-5

> 10

< 500 -5

>10

0,3 - 1,7

13

Efisiensi

14

Faktor

500

< 500 5

50-

0,3 - 0,7

70

>10

0,6

keamanan Sumber: 1 Kawamura (1991); 2 Droste (1997); 3 Rich (1961); 4 Martin (2004); 5 JWWA (1978); 6 Layla (1978); 7 Reynolds (1982); 8 Fair & Geyer (1986) dlm Bahan Ajar PB PAM 2005.

Bak empat persegi panjang secara umum digunakan dalam instalasi

pengolahan yang

mengolah aliran besar. Tipe bak ini secara hidrolis lebih stabil. Biasanya desainnya, terdiridari bakbak yang panjangnya 2 - 4 kali lebarnya dan 10  –  20 kali kedalamannya. Untuk memungkinkan pengeluaran lumpur endapan, maka dasar bak dibuat

Gambar 2.9 Sedimentasi Rectangular

Sumber: Reynolds, 1982 dalam Bahan Ajar PB PAM 2005 2.5.7.1 Zone inlet

Pada zone inlet air yang masuk diasumsikan langsung merata pada potongan melintang di dalam bak pengendap, dengan tingkat kandungan SS ( suspended solid ) yang homogen ketidatmerataan pada zone inlet ini akan dapat menghasilkan turbulensi sehingga dapat meruntuhkan bentukan flok yang telah terbentuk di flokulator. Untuk menghindari ini secara umum aliran air harus mempunyai kecepatan aliran tidak boleh melebihi 0.3 m/dt secara digiring secara stream line masuk ke dalam bidang pengendapan. Zone inlet juga dapat berupa pipa lateral yang berlubang yang mengarah ke bawah, sehingga air yang keluar dapat dibagi merata sepanjang bidang pengendapan, hal ini banyak dilakukan pada pengendapan dengan plat miring. Beberapa Rumus yang digunakan dalam bak pengendap dengan aliran continue

a. Headloss bak pengendap (meter)

H f  

vo

2

2.g

.................................................................................... (2.36)

b. Diameter lubang pipa manifold (meter)

  4.Q D .............................................................................. (2.37) 0.5     N. ( 2 .g H )   f 

Keterangan:

vo

= Kecepatan aliran air secara horizontal (m/detik)

N

= Jumlah lubang di pipa manifold (buah)

Q

= Debit pengolahan (m /detik)

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik )

3

2

2.5.7.2 Zone outlet Pada zone bidang pengendapan flok yang sudah terbentuk diharapkan dapat mengendap. Secara ideal bidang pengendap ini harus memenuhi asumsi bahwa aliran harus merata (mempunyai kecepatan yang sama) diseluruh potongan melintang dan kecepatan sepanjang bidang pengendap harus sama.

A. Zone outlet Beberapa rumus untuk perhitungan zona outlet termasuk di dalamnya gutter a. Debit tiap gutter  (cfs)

 Q   35,3088 cfs  Q Gut       ..................................................................... (2.38) 3  n   1 m /detik   b. Tinggi air di saluran gutter  (meter) 3

Q Gut  2,49  L guter  x H Air 2 ...................................................................... (2.39) c. Tinggi saluran gutter  (meter)

H Gut  H Air   (0,2 . H Air )  h  freeboard

...................................... (2.40)

3

d. Debit tiap V-Notch (m /detik) 5

Q V - Notch  1,36  x H Air 2 ........................................................................... (2.41) e. Jumlah V-Notch (buah)

 Q Gut \   .................................................................................. (2.42) 2.Q Air \  

 N V- Notch  

f. Dimensi V-Notch (meter)

FreeV- Notch 

2

H Air \ .................................................................................. (2.43)

 2 .H Air  . Tan 45 ..................................................................... (2.44)

L V- Notch L Pintu

1

 2 .(H Air ) . (Free V - Notch ). Tan 45 .................................................. (2.45)

g. Headloss pada V-Notch (meter)

Q V - Notch



8 15

. Cd . 2g . Tan

  2

5

. h 2 .................................................. (2.46)

B. Zone penampungan lumpur Beberapa rumus untuk perhitungan zona penampungan lumpur a. Berat lumpur per hari (kg/hari)

WSludge  Q Olah . C Sludge .

86.400 detik  1 hari

...................................................... (2.47)

b. Debit lumpur per hari (kg/hari)

Q Sludge

  WSludge  x 1000 L  x 1 hari    3 1000 kg/m x   Sludge x % Sludge  x T buang x .../jam x 24  jam 

Keterangan: P

= panjang bangunan (meter)

L

= lebar bangunan (meter)

H

= ketinggian bangunan atau tinggi air (meter)

Tbuang

= periode pembungan lumpur setiap hari per menit (detik)

n

= jumlah bangunan (buah)

 

= sudut kemiringan V-Notch ( )

Δh

= kehilangan tinggi tekan (meter)

o

(2.48)

2

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik )

2.5.8

Filtrasi Menurut Reynolds (1982) filtrasi adalah pemisahan zat padat-cair yang mana zat cair

dilewatkan melalui media berpori atau material berpori lainnya untuk menyisihkan padatan tersuspensi yang halus. Proses ini digunakan untuk menyaring secara kimia air yang sudah terkoagulasi dan terendapkan agar menghasilkan air minum dengan kualitas yang tinggi. Sedangkan menurut Darmasetiawan (2001) proses yang terjadi di filtrasi adalah pengayakan atau straining, flokulasi antar butir, sedimentasi antar butir, dan proses mikrobiologis. Menurut Peavy (1985), dalam penjernihan air bersih dikenal dua macam saringan yaitu saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat. Yang dimaksud dengan saringan pasir cepat atau Rapid Sand Filter   (RSF) adalah filter yang menggunakan dasar pasir silika dengan kedalaman 0,6 –

0,75 m. Ukuran pasirnya 0,35 – 1,0 mm atau lebih dengan ukuran efektif 0,45  – 0,55 mm. Pencucian filter pasir cepat dilakukan dengan cara backwash; kotoran-kotoran ataupun endapan suspensi yang tertinggal pada filter akan ikut terekspansi dan bersama air pencuci dikeluarkan melalui gutter . Pencucian dilakukan 24 jam operasi dengan waktu pencucian pasir terekspansi ± 50%. Pencucian dapat dikombinasikan dengan nozzle. Kecepatan penyemprotan ± 270 2

2

lt/m /menit, dengan tekanan antara 0,7-1,1 kg/cm . Dengan kombinasi ini, hasil pencucian filter dapat lebih bagus dan jumlah air untuk mencuci filter dapat lebih sedikit. Filter cepat terdiri dari filter terbuka dan filter bertekanan. Pada filter cepat titik berat proses adalah pada proses pengayakan. Kecepatan filtrasi adalah berkisar 7 - 10 m/jam untuk filter terbuka dan filter bertekanan dapat mencapai 15  – 20 m/jam. Kriteria kualitas air yang dimasukkan ke filter adalah dengan kekeruhan dibawah 5 NTU, sehingga air baku yang diatas 5 NTU harus diolah melalui proses koagulasi  – flokulasi - sedimentasi. (Darmasetiawan, 2001).

Saringan bertekanan adalah berupa saringan pasir cepat yang ditempatkan dalam  bejana berbentuk silinder tertutup. Air lewat melalui tumpukan pasir dengan bantuan tekanan yang dapat memaksakan air menembus tumpukan saringan.

Handrail

Tinggi Air

Tinggi Jagaan

Media Filter Media Penyangga

Gambar 2.10 Saringan Pasir Cepat Aliran Gravitasi

Sumber : DED IPA II Sambak PDAM Tirta Dharma Kabupaten Grobogan, 1997

Saringan bertekanan adalah saringan pasir cepat yang ditempatkan dalam bejana  berbentuk silinder tertutup. Air lewat melalui tumpukan pasir dengan bantuan tekanan yang dapat memaksakan air menembus tumpukan saringan. Jenis saringan bertekanan yaitu vertical pressure filter dan horizontal pressure filter . Ukuran saringan yang vertikal antara 0,3  –   2,75 m diameternya dan tinggi 2  –   2,5 m. Diameter horizontal 2 –  3 m dan panjang sampai 9 m. Filter bertekanan tertutup biasanya dalam kontainer logam dan bisa dioperasikan dalam mode downflow   atau upflow . Filter ini bisa terdiri satu atau banyak media dan dibersihkan dengan backwash. Headloss maksimum dalam filter bertekanan adalah 20 – 200 mm. (Droste, 1997).

2.5.8.1 Media Filter

Media filter yang umum dupakai di Indonesia adalah pasir. Pasir yang dipergunakan dalam filter harus bebas dari lumpur, kapur dan unsur-unsur organik. Pasir harus keras. Jika dimasukkan ke dalam asam klorida selama 24 jam tidak akan kehilangan berat lebih dari 5%. Pasir yang sangat halus akan lebih cepat clogging   tetapi jika terlalu besar maka suspensi/partikel halus akan lolos. Sehingga ukuran butir pasir harus diseleksi dahulu. Pasir yang biasa dipakai adalah pasir kwarsa. Untuk menjamin ketahanan pasir kwarsa maka pasir kwarsa harus memenuhi kriteria kadar silika (SiO 2) 96%.

2.5.8.2 Hidrolika Filtrasi Hidrolika filtrasi adalah membahas tentang dasar-dasar aliran hidraulik yang terjadi di unit filtrasi. Beberapa persamaan hidrolika filtrasi diturunkan dari persamaan Rose berikut juga rumusrumus lainnya (Reynolds/Richards, 2001)

Rumus untuk perhitungan hidrolika filtrasi sebagai berikut: a. Kecepatan aliran filtrasi (m/jam)

vo 

Q Olah PxL

 x

3600 detik  1 jam

.......................................................................... (2.49)

b. Bilangan Reynold untuk aliran media filter (non dimensional)

 N Re 

 . d. vo  

.................................................................................... (2.50)

c. Koefisien Drag atau koefisien pengaliran (non dimensional)

C Drag 

C Drag 

24  N Re

24  N Re

; jika nilai  N Re  2 .............................................................. (2.51)



3  N Re

 0,34;  jika nilai N Re  2 .................................. (2.52)

d. Headloss media filter (meter)

HL 

1,067



 x

C Drag g

x H Media  x

vO

2

 4

 x

1 D Media

........................................ (2.53)

Keterangan:



= tingkat kebulatan ukuran pasir (sphericity ) (non dimensional)

 

= kemampuan pasir meloloskan air (porositas) (non dimensional)

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik )

Hmedia

= tinggi media pasir di filter (meter)

Dmedia

= diameter pasir rata-rata terpilih (meter)

2

Tabel 2.20 Tingkat Kebulatan Dikaitkan Dengan Porositas Sphericity (  )

Porositas (   )

Bulat sempurna

1,00

0,38

Bulat

0,98

0,38

Gompal

0,94

0,39

Tajam/bergerigi

0,81

0,40

Bersudut-sudut

0,78

0,43

Remuk

0,70

0,46

Deskripsi

Sumber: Darmasetiawan (2001)

2.5.8.3 Sistem Underdrain Menurut Darmasetiawan (2001), headloss  atau kehilangan tekanan pada underdrain sangat tergantung pada jenis underdrain yang dipakai. Underdrain dapat berupa: 1) Plat dengan nozzle 2) Teepee dengan lubang di samping 3) Pipa lateral pada manifold  Pada saat sekarang ini, media filter menggunakan noozle sebagai penampung air bersih sebelum masuk ke unit selanjutnya. Nozzle ini berbentuk pipa kecil bulat yang memiliki celah di dalamnya. Air akan masuk ke celah tersebut dan juga sebagai tempat keluarnya aliran air backwash. Beberapa rumus yang digunakan untuk perhitungan aliran noozle

2

a. Luas penampang noozle (m )

A udara 

   x D Noozle

2

4

.............................................................................. (2.54) 3

b. Debit air per satu noozle (m /detik)

Q Noozle 

Q Olah n

.......................................................................................... (2.55)

c. Headloss sistem pada underdrain (meter)

HL 

1  Q Noozle 



2.g 

vO

2

2

 ................................................................................ (2.56) 

Gambar 2.11 Instalasi Noozle di Plat Filter

Sumber: PDAM Tirta Dharma Kabupaten Grobogan, 2012

Keterangan : D Noozle

= diameter noozle (meter)

n

= jumlah noozle yang diinstalasikan di plat filter (buah)

Qolah

= debit pengolahan air di unit filter (meter)

vo2

= kecepatan aliran air di unit filter (m/detik)

g

= konstanta percepatan gravitasi (9,81 m/detik 2)

2.5.8.4 Pencucian Balik ( Backwash  ) Metode pencucian balik atau dikenal sebagai backwash bertujuan untuk mencuci media filter dari sisa-sisa flok yang tertahan di media filter saat filtrasi mengalami penyumbatan aliran ( clogging). Ada dua metode umum untuk melakukan pencucian balik filtrasi yaitu:

Tabel 2.21 Metode Pencucian Balik Filter Metode Pencucian Balik

Penjelasan

1. Air yang ditampung dari menara resevoir yang tinggi kemudian mencuci filter dengan pengaruh gravitasi.

Gravitasi

2. Air yang berasal dari filter sebelahnya (interfilter) Air yang digunakan berasal dari filter kemudian dengan bantuan pompa mencuci filter. Dengan arah terbalik filtrasi.

Pompa Backwash

Sumber: Darmasetiawan (2001)

Beberapa rumus yang digunakan untuk perhitungan pencucian balik: a. Kebutuhan udara untuk pencucian balik (m/jam)

Vol udara  v udara  x A filter  .......................................................................... (2.57) b. Porositas sebelum pasir filter terekspansi (terlontar dari filter) (meter) 1

P O  2,95 

 

4 ,5 1

g 3, 6

    air          pasir     air      

1 3, 6

1



v3 D pasir 

.................................. (2.58)

c. Porositas sesaat pasir filter terekspansi (terlontar dari filter) (meter)

1

 

P e  2,95 

4, 5 1

g 3, 6

    air          pasir     air      

1

1

3, 6



v bac k 3

................................... (2.59)

D pasir 

d. Persentase ekspansi pasir (persentase tinggi lontaran pasir) (%)

% eksp 

P e  PO 1 Pe

 100 % ..................................................................... (2.60)

e. Tinggi ekspansi pasir (tinggi lontaran pasir) (meter)

eksp 

L e  LP LP

 100   ........................................................................... (2.61) 3

f. Debit penggunaan air untuk pencucian balik filter (m )

Q

Q bac k  filter 

 x T back  x n filter  ..................................................................... (2.62)

Keterangan : vudara

= kecepatan pencucian dengan udara (min. 30 m 3/m2.jam)

 υ

= viskositas kinematik = 0,864 x 10-6 m2/detik pada 27 °C

ρw

= massa jenis air (kg/m3)

ρs

= massa jenis partikel media filter (kg/m3), misalnya pasir

D pasir 

= diameter butiran (meter)

L p

= ketebalan media filter (meter)

Le

= tinggi lontaran media filter (meter)

Tabel 2.22 Analisis Desain Saringan Pasir Cepat

Keterangan Kec. Penyaringan

Ukuran pasir Tinggi filter Tinggi bak filtrasi Waktu

1

2

Unit

Kawamura

Al-Layla  

Reynolds

m/jam

5 – 7,5

4,8 – 15

mm m

3,2 – 6

m menit

3

4

5

Darmasetiawan

Peavy

4,9 - 12,2

7 – 10

2,5 –  5

-

0,3 – 0,7 0,6 – 0,8

0,3 – 0,6

0,35 - 1,0 -

-

-

< 18

2,4 –  5

-

-

10

3 – 10

-

-

 pencucian Kec.  Backwash Tinggi air di atas media Ekspansi Pasir  Headloss filter  bersih Tinggi Jagaan Filter

m/jam

-

56

-

18 – 25

-

cm

-

90 – 160

90 -120

300 – 400

-

cm

-

90 - 160

20 – 50 h

-

-

m

-

0,2 – 3,0

-

-

-

m

-

-

-

-

-

Sumber: 1. Kawamura (1991): 2.Al-Layla (1980): 3.Reynolds (1982): 4.Darmasetiawan (2001): 5.Peavy (1985) dalam Bahan Ajar PB PAM 2005

Tabel 2.23 Karakteristik Pasir sebagai Media Filter

Material

Bentuk

Kadar Silika

Sphericity

Berat Jenis (gr/cm3)

Porositas

ES (mm)

Pasir Bangka

Bulat

98 %

0,92

2,65

0,42

0,4 - 1,0

Pasir Kwarsa lainnya

Bersudut

85 %

0,85

2,65

0,45

0,4 - 1,0

Antrasit Bukit Asam

Remuk

-

0,60

1,4 - 1,7

0,60

0,4 - 1,4

Antrasit (Import)

Bersudut

-

0,72

1,4 - 1,7

0,55

0,4 - 1,4

Kerikil (gravel)

Bulat

2,65

0,5

1,0 - 5,0

Plastik

85 %

Sesuai dengan permintaan

Sumber : Darmasetiawan (2001)

2.5.9

Reservoir

Pada umumnya reservoir   diletakkan di dekat jaringan distribusi dengan ketinggian yang cukup untuk mengalirkan (mendistribusikan) air bersih/minum secara baik dan merata ke seluruh daerah pelayanan.  Reservoir  dapat dibedakan berdasarkan posisi penempatannya yaitu: a. Ground Reservoir  Reservoir yang penempatannya pada permukaan tanah.

Pipa Overfl

Pipa

Pipa

Pengura

Pipa Distrib

Gambar 2.13 Ground Reservoir

a.  Elevated Reservoir Reservoir yang penempatannya di atas menara. Pipa

Pipa

Pipa

Pipa

Gambar 2.14 Elevated Reservoir

Reservoir dapat dipergunakan untuk menyimpan air pada w aktu kebutuhan lebih kecil dari kebutuhan rata-rata, mengalirkan air pada waktu kebutuhan lebih besar dari kebutuhan rata-rata, dan memberikan waktu kontak desinfektan yang cukup bila diperlukan. (Tambo, 1974).

Tabel 2.27 Kriteria Desain Reservoir Umum