BAB 5 UNIT SEDIMENTASI
5.1. Tujuan Sedimentasi Sedimentasi adalah pemisahan solid dari liquid menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid. Sedimentasi pada pengolahan air minum ditujukan untuk: 1. pengendapan air permukaan untuk penyisihan partikel diskret 2. pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat 3. pengendapan lumpur hasil pembubuhan soda-kapur pada proses penurunan kesadahan 4. pengendapan presipitat pada penyisihan besi dan mangan dengan oksidasi Bak sedimentasi umumnya dibangun dari bahan beton bertulang dengan bentuk lingkaran, bujur sangkar, atau segi empat. Bak berbentuk lingkaran umumnya berdiameter 10,7 hingga 45,7 meter dan kedalaman 3 hingga 4,3 meter. Bak berbentuk bujur sangkar umumnya mempunyai lebar 10 hingga 70 meter dan kedalaman 1,8 hingga 5,8 meter. Bak berbentuk segi empat umumnya mempunyai lebar 1,5 hingga 6 meter, panjang bak sampai 76 meter, dan kedalaman lebih dari 1,8 meter (Reynold & Richards, 1996). Namun, angka-angka tersebut bukanlah angka mutlak yang harus diikuti, harus disesuaikan dengan kondisi setempat dan debit air yang diolah. Bentuk bak sedimentasi:
•
segi empat (rectangular (rectangular ). ). Pada bak ini, air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet, sementara partikel mengendap ke bawah (Gambar 5.1).
(a)
(b)
Gambar 5.1 Bak sedimentasi berbentuk segi empat: (a) denah, (b) potongan memanjang
•
lingkaran (circular (circular ) - center feed . Pada bak ini, air masuk melalui pipa menuju inlet bak di bagian tengah bak, kemudian air mengalir ho risontal dari inlet menuju outlet di sekeliling bak, sementara partikel mengendap ke bawah (Gambar 5.2). Secara tipikal bak persegi mempunyai rasio panjang : lebar antara 2 : 1 – 3 : 1.
(a)
(b)
Gambar 5.2 Bak sedimentasi berbentuk lingkaran – center feed : (a) denah, (b) potongan melintang
1
•
lingkaran (circular (circular ) - periferal feed . Pada bak ini, air masuk melalui sekeliling lingkaran dan secara horisontal mengalir menuju ke outlet di bagian tengah lingkaran, sementara partikel mengendap ke bawah (G ambar 5.3). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tipe periferal feed menghasilkan short circuit circuit yang lebih kecil dibandingkan tipe center feed , walaupun center feed lebih sering digunakan. Secara umum pola aliran pada bak lingkaran kurang mendekati pola ideal dibanding bak pengendap persegi panjang. Meskipun demikian, bak lingkaran lebih sering digunakan karena penggunaan peralatan pengumpul lumpurnya lebih sederhana.
(a)
(b)
Gambar 5.3 Bak sedimentasi berbentuk lingkaran – periferal feed : (a) denah, (b) potongan melintang Bagian-bagian dari bak sedimentasi (Gambar 5.4): a. Inlet: tempat air masuk ke dalam bak. b. Zona pengendapan: tempat flok/partikel mengalami proses pengendapan. c. Ruang lumpur: tempat lumpur mengumpul sebelum diambil ke luar bak. Kadang dilengkapi dengan sludge collector /scrapper . d. Outlet: tempat di mana air akan meninggalkan bak, biasanya berbentuk pelimpah (weir ). ).
Panjang r a b e L
Permukaan air K e d a l a m a n a i ,r H
H
Zona pengendapan
H
e f e k t i f
t e l n i a n o Z
Vh
e f e k t i f
Vh
Vt
Vi Vi
Vh Vi
Zona lumpur
Gambar 5.4 Bagian-bagian bak sedimentasi
2
t e l t u o a n o Z
Zona Inlet atau struktur influen. Zona inlet mendistribusikan aliran air secara merata pada bak sedimentasi dan menyebarkan kecepatan aliran yang baru masuk. Jika dua fungsi ini dicapai, karakteristik aliran hidrolik dari bak akan lebih mendekati kondisi bak ideal dan menghasilkan efisiensi yang lebih baik. Zona influen didesain secara berbeda untuk kolam rectangular dan circular. Khusus dalam pengolahan air, bak sedimentasi rectangular dibangun menjadi satu dengan bak flokulasi. Sebuah baffle atau dinding memisahkan dua kolam dan sekaligus sebagai inlet bak sedimentasi. Disain dinding pemisah sangat penting, karena k emampuan bak sedimentasi tergantung pada kualitas flok. Zona pengendapan. Dalam zona ini, air mengalir pelan secara horisontal ke arah outlet, dalam zona ini terjadi proses pengendapan. Lintasan partikel tergantung pada besarnya kecepatan pengendapan. Zona lumpur. Dalam zona ini lumpur terakumulasi. Sekali lumpur masuk area ini ia akan tetap disana Zona outlet atau struktur efluen. Seperti zona inlet, zona outlet atau struktur efluen mempunyai pengaruh besar dalam mempengaruhi pola aliran dan karakteristik pengendapan flok pada bak sedimentasi. Biasanya weir/pelimpah dan bak penampung limpahan digunakan untuk mengontrol outlet pada bak sedimentasi. Selain itu, pelimpah tipe V-notch atau orifice terendam biasanya juga dipakai. Diantara keduanya, orifice terendam yang lebih baik karena memiliki kecenderungan pecahnya sisa flok lebih kecil selama pengaliran dari bak sedimentasi menuju filtrasi. Selain bagian-bagian utama di atas, sering bak sedimentasi dilengkapi dengan settler . Settler dipasang pada zona pengendapan (Gambar 5.5) dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi pengendapan.
Gambar 5.5 Settler pada bak sedimentasi
5.2. Tipe Sedimentasi Berdasarkan pada jenis partikel dan kemampuan partikel untuk berinteraksi, sedimentasi dapat diklasifikasi ke dalam empat tipe (lihat juga Gambar 5.6), yaitu:
•
Settling tipe I: pengendapan partikel diskret, partikel mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel
•
Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah
3
•
Settling tipe III: pengendapan pada lumpur biologis, dimana gaya antar-partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap
•
Settling tipe IV: terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang terjadi karena berat partikel
Air jernih Kedalaman
Partikel diskret Partikel flokulen Pertikel tertahan
Kompresi Waktu
Gambar 5.6 Empat tipe sedimentasi Tipe sedimentasi yang sering ditemui pada proses pengolahan air minum adalah sedimentasi tipe I dan tipe II. Sedimentasi tipe I dapat ditemui pada bangunan grit chamber dan prasedimentasi (sedimentasi I). Sedimentasi tipe II dapat ditemui pada bangunan sedimentasi II.
5.3. Sedimentasi Tipe I Sedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskret, yaitu partikel yang dapat mengendap bebas secara individual tanpa membutuhkan adanya interaksi antar partikel. Sebagai contoh sedimentasi tipe I adalah pengendapan lumpur kasar pada bak prasedimentasi untuk pengolahan air permukaan dan pengendapan pasir pada grit chamber. Sesuai dengan pengertian di atas, maka pengendapan terjadi karena adanya interaksi gaya-gaya di sekitar partikel, yaitu gaya drag dan gaya impelling. Massa partikel menyebabkan adanya gaya drag dan diimbangi oleh gaya impelling, sehingga kecepatan pengendapan partikel konstan. Gaya impelling adalah resultan dari gaya yang disebabkan oleh gaya berat partikel atau gaya gravitasi (ke arah bawah) dan gaya apung ( bouyant, ke arah atas), lihat Gambar 5.7. Arah gaya impelling adalah ke bawah dan dinyatakan dengan persamaan: F I = F g – F b = ( ρ S - ρ ) g V di mana:
(5.1)
F I = gaya impelling, N ρ s
= densitas massa partikel, kg/m3
ρ
= densitas massa air, kg/m3
V = volume partikel, m3 g = percepatan gravitasi, m/detik 2
4
FD
Fb
partikel
Fg Gambar 5.7 Gaya-gaya yang bekerja pada partikel di air
Gaya drag adalah gaya yang melawan gaya impelling sehingga partikel dalam kondisi setimbang. Arah gaya ini adalah ke atas (Gambar 5.7) dan dinyatakan dengan persamaan: F D = CD Ac ρ (V s2/2) di mana:
(5.2)
F D = gaya drag, N CD = koefisien drag, tanpa satuan Ac = luas potongan melintang partikel, m 2 V s = kecepatan pengendapan, m/detik
Dalam kondisi yang seimbang, maka F D = F I, maka diperoleh persamaan: ( ρ S - ρ ) g V = CD Ac ρ (V s2/2)
(5.3)
atau
V s
=
⎛ ρ s − ρ ⎞ V ⎜ ⎟ C D ⎜⎝ ρ ⎠⎟ Ac 2g
(5.4)
Bila V / Ac = (2/3) d , maka diperoleh:
⎛ ρ s − ρ ⎞ ⎜⎜ ⎟⎟ d ⎝ ρ ⎠
V s
=
4g 3C D
V s
=
4g (S g 3C D
(5.5)
atau
− 1) d
di mana S g adalah specific gravity
(5.6)
⎛ ρ s ⎞ . Besarnya nilai C tergantung pada bilangan Reynold. D ⎜⎜ ⎟⎟ ⎝ ρ ⎠
5
=
24
-
bila NRe < 1 (laminer), C D
-
bila NRe = 1 - 10 4 (transisi), C D
N Re
=
24
N Re
+
3
N Re
0,5
+ 0,34 atau C D =
18,5
N Re
0, 6
bila NRe > 104 (turbulen), C D = 0,34 sampai 0,4
-
Bilangan Reynold dapat dihitung menggunakan persamaan:
N Re =
ρ .d.V s
(5.7)
μ
Pada kondisi aliran laminer, persamaan (5.6) dapat disederhanakan menjadi:
V s
=
g (S g 18 ν
− 1)d 2
(5.8a)
V s
=
g ( ρ s 18 μ
− ρ)d 2
(5.8b)
atau
di mana:
μ
= viskositas absolut dinamis, N.detik/m2
ν
= viskositas kinematis, m2/detik
Persamaan (5.8a) atau (5.8b) disebut persamaan Stoke's. Pada kondisi aliran turbulen, persamaan (5.6) dapat disederhanakan menjadi:
V s =
3,3 g (S g −1) d
(5.9)
Pada kondisi aliran transisi, persamaan (3.6) tidak dapat disederhanakan, sehingga perhitungan kecepatan pengendapannya harus dicari dengan cara coba-coba atau metoda iterasi. Berikut ini adalah langkah-langkah dalam menghitung kecepatan pengendapan bila telah diketahui ukuran partikel, densitas atau specific gravity , dan temperatur air:
•
Asumsikan bahwa pengendapan mengikuti pola laminer, karena itu gunakan persamaan Stoke's untuk menghitung kecepatan pengendapannya.
•
Setelah diperoleh kecepatan pengendapan, hitung bilangan Reynold untuk membuktikan pola aliran pengendapannya.
•
Bila diperoleh laminer, maka perhitungan selesai. Bila diperoleh turbulen, maka gunakan persamaan untuk turbulen, dan bila diperoleh transisi, maka gunakan persamaan untuk transisi.
Metoda lain dalam menentukan kecepatan pengendapan adalah menggunakan pendekatan grafis (Gambar 5.8). Grafik tersebut secara langsung memberikan informasi tentang kecepatan pengendapan bila telah diketahui specific gravity dan diameter partikel.
6
Gambar 5.8 Grafik pengendapan tipe I
Contoh Soal 5.1: Hitung kecepatan pengendapan partikel berdiameter 0,05 cm dan specific gravity 2,65 pada air dengan temperatur 20oC.
Penyelesaian: 1. Asumsikan pola aliran laminer, gunakan persamaan (5.8a) atau (5.8b) dengan dan μ = 1,002 10 -3 N.detik/m2 pada temperatur air 20 oC. Vs
=
9,81 (2650 − 998,2) * 0,0005 2 -3 18 * 1,002x10
= 0,22 m/detik
2. Cek bilangan Reynold:
N Re
=
998 ,2 .0,0005.0, 22 1,002 x 10 − 3
= 112
transisi
3. Hitung nilai C D:
7
ρ =
998,2 kg/m 3
CD
=
24 112
+
3 112 0 ,5
+ 0,34 = 0,84
4. Hitung kecepatan pengendapan Vs =
4 * 9,81 ⎛ 2650 − 998,2 ⎞ ⎜ ⎟0,0005 = 0,11 m/detik 3 * 0,84 ⎝ 998,2 ⎠
5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 hingga diperoleh kecepatan pengendapan yang relatif sama dengan perhitungan sebelumnya (metoda iterasi). Hasil akhirnya adalah N Re = 55, CD = 1,18, dan V s = 0,10 m/detik.
Perhitungan kecepatan pengendapan di atas adalah perhitungan dengan kondisi diameter partikel hanya ada satu macam ukuran. Pada kenyataannya, variasi ukuran partikel yang tersuspensi dalam air itu banyak sekali. Karena itu, diperlukan satu ukuran partikel sebagai acuan, sebut saja d o, yang mempunyai kecepatan pengandapan sebesar V o (lihat Gambar 5.9). V o disebut juga overflow rate. Dengan acuan tersebut, maka dapat dibuat pernyataan sebagai berikut: a. Partikel yang mempunyai ukuran lebih besar dari d o atau mempunyai kecepatan pengendapan lebih besar dari V o, maka 100% akan mengendap dalam waktu yang sama. b. Partikel yang mempunyai ukuran lebih kecil dari d o atau mempunyai kecepatan pengendapan lebih kecil dari V o, maka tidak semua akan mengendap dalam waktu yang sama.
Vo Vo
(a)
(b) Gambar 5.9 Lintasan pengendapan partikel: a. Bentuk bak segi empat (rectangular ) b. Bentuk bak lingkaran (circular )
Jumlah dari keseluruhan partikel yang mengendap disebut penyisihan total ( total removal). Besarnya partikel yang mengendap dapat diperoleh dari uji laboratorium dengan column settling test (Gambar 5.10). Over flow rate dihitung dengan persamaan: V o = h/t
(5.10)
8
Gambar 5.10 Sketsa column settling test tipe I Besarnya fraksi pengendapan partikel dihitung dengan: F
1 o R = (1 − F o ) + VdF V o 0
∫
di mana:
(5.11)
R
= besarnya fraksi pengendapan partikel total
F o
= fraksi partikel tersisa pada kecepatan V o
V
= kecepatan pengendapan (m/detik)
dF = selisih fraksi partikel tersisa Berdasarkan persamaan (3.11), besarnya R tersusun oleh dua komponen, yaitu:
1. (1-F o) = fraksi partikel dengan kecepatan > V o 2.
F
1 o VdF = fraksi partikel dengan kecepatan < V o V o 0
∫
Data yang diperoleh dari percobaan laboratorium adalah jumlah (konsentrasi) partikel yang terdapat dalam sampel yang diambil pada interval waktu tertentu. Konsentrasi pada berbagai waktu tersebut diubah menjadi bentuk fraksi. Fraksi merupakan perbandingan antara konsentrasi partikel pada waktu ke-t terhadap konsentrasi partikel mula-mula. Selanjutnya dihitung kecepatan pengendapan partikel pada tiap waktu pengambilan. Plot ke dalam grafik hubungan antara fraksi partikel tersisa dengan kecepatan pengendapan. Ambil nilai kecepatan pengendapan tertentu sebagai acuan (disebut juga waktu klarifikasi atau overflow rate = V o). Dari nilai V o tersebut dapat diperoleh nilai F o, yaitu merupakan batas fraksi partikel besar yang semuanya mengendap dan fraksi partikel lebih kecil
9
yang mengendap sebagian saja. Besarnya fraksi partikel kecil dapat dicari dari luasan daerah di atas kurva sampai batas Fo (Gambar 5.11). Fraksi partikel adalah perbandingan antara konsentrasi partikel (misal TSS = total suspended solid ) pada saat sampling pada waktu ke-t dengan konsentrasi partikel mula-mula.
Gambar 5.11 Grafik pengendapan partikel diskret
Contoh soal 5.2: Suatu kolom pengendapan setinggi 150 c m dipakai untuk mengendapkan partikel diskret. Pada kedalaman 120 cm terdapat titik sampling untuk mengambil sampel pada waktu tertentu. Data tes yang diperoleh adalah sebagai berikut: Waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Fraksi konsentrasi partikel tersisa 0,56 0,48 0,37 0,19 0,05 0,02 Berapakah % total removal / pemisahan partikel diskret pada over flow rate 0.025 m 3/detik-m2 ?
Penyelesaian: 1. Hitung kecepatan pengendapan tiap pengambilan sampel dengan rumus:
V s
=
h t
h = kedalaman titik sampling (120 cm) t = waktu pengendapan (waktu pengambilan sampel) Waktu (menit) Kecepatan pengendapan (m/detik) Fraksi konsentrasi partikel tersisa
0,5
1,0
2,0
4,0
6,0
8,0
0,04
0,02
0,01
0,005
0,003
0,002
0,56
0,48
0,37
0,19
0,05
0,02
2. Plot: Fraksi tersisa VS Kecepatan
10
a s i s r e t i s k a r F
1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
Kecepatan pengendapan (m/detik)
3. Hitung total removal pada kecepatan pengendapan 0,025 m/detik dengan persamaan (5.11): F
R = (1− F o ) +
1 o VdF V o 0
∫
V o = 0,025 m/detik F o = fraksi partikel pada V o F o
∫ VdF = luasan di atas kurva antara 0 hingga F
o
0
a. Cari Fo dari Vo yang diketahui
a s i s r e t i s k a r F
1 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 0, 5 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 0
Fo = 0,51
Vo = 0,025
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
K e c e p a ta n p e n g e n d a p a n (m / d e t i k)
b. Cari luas daerah di atas kurva. Kurva dibagi menjadi beberapa segmen dan dibuat dalam bentuk segi empat.
11
a s i s r e t i s k a r F
1 0, 9 0, 8 0, 7 0, 6 0, 5 0, 4 0, 3 0, 2 0, 1 0
Fo = 0,51
Vo = 0,025
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
K e c e p a t a n p e n g e n d a p a n ( m / d e t i k)
c. Hitung luas daerah di atas kurva sebagai berikut: dF V 0,04 0,002 0,04 0,0025 0,08 0,003 0,08 0,005 0,08 0,0075 0,08 0,01 0,06 0,014 0,05 0,019
V dF 0,00008 0,0001 0,00024 0,0004 0,0006 0,0008 0,00084 0,00095
Σ V dF = 0,00401 ∫ V dF = Σ V dF = 0,00401 d. Jadi penyisihan total adalah:
R = (1− 0,51) +
1 x 0,00401 0,025
R = 0,6504 ~ 65%
Tujuan percobaan laboratorium sebagaimana pada Contoh soal 5.2 di atas adalah untuk mendapatkan persen pengendapan total bila telah ditentukan over flow rate-nya. Pada dasarnya, percobaan laboratorium dimaksudkan untuk mendapatkan nilai parameter tertentu yang akan digunakan sebagai dasar disain bangunan sedimentasi. Parameter yang akan dicari adalah over flow rate (V o), dan waktu detensi (td ) bila dikehendaki persen pengendapan dengan nilai tertentu. Untuk mendapatkan nilai dari parameter-parameter ini, maka langkah yang harus ditempuh adalah mengulangi langkah 3a, 3b, 3c, dan 3d pada penyelesaian contoh soal 5.2 dengan nilai V o yang berbeda, misalnya 0,02 m/detik atau 0,03 m/detik, sehingga diperoleh R yang berbeda pula. Selanjutnya dicari hubungan antara V o dan R (dalam bentuk grafik) pada berbagai nilai yang berbeda tersebut. Grafik ini dapat dipakai untuk mencari nilai V o pada R tertentu. Waktu detensi dapat dicari dengan persamaan: td = h/V o, h adalah kedalaman bak.
12
5.4. Sedimentasi Tipe II Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam suspensi, di mana selama pengendapan terjadi saling interaksi antar partikel. Selama operasi pengendapan, ukuran partikel flokulen bertambah besar, sehingga kecepatannya juga meningkat. Sebagai contoh sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi pada pengolahan air minum. Kecepatan pengendapan partikel tidak bisa ditentukan dengan persamaan Stoke's karena ukuran dan kecepatan pengendapan tidak tetap. Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan column settling test dengan multiple withdrawal ports (Gambar 5.12). Dengan menggunakan kolom pengendapan tersebut, sampling dilakukan pada setiap port pada interval waktu tertentu, dan data REMOVAL partikel diplot pada grafik seperti pada Gambar 5.13.
Titik sampling
Titik sampling
Titik sampling
Titik sampling
Gambar 5.12 Sketsa kolom sedimentasi tipe II
13
H
Waktu Gambar 5.13 Grafik isoremoval
Grafik isoremoval dapat digunakan untuk mencari besarnya penyisihan total pada waktu tertentu. Tarik garis vertikal dari waktu yang ditentukan. Tentukan kedalaman H 1, H2, H3 dan seterusnya (lihat Gambar 5.14).
H
Keterangan gambar: H1 : kedalaman di antara R B dan RC H2 : kedalaman di antara R C dan RD H3 : kedalaman di antara R D dan RE
H3 H2
RB H1
RD RE
RA RC
Waktu Gambar 5.14 Penentuan kedalaman H 1, H2, dan H3 Besarnya penyisihan total pada waktu tertentu dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
RT = RB
+
H 1 H
(RC
− RB ) +
H 2 H
(RD
− RC ) +
H 3 H
(RE − RD )
(5.12)
Grafik isoremoval juga dapat digunakan untuk menentukan lamanya waktu pengendapan dan surface loading atau overflow rate bila diinginkan efisiensi pengendapan tertentu. Langkah yang dilakukan adalah: a. Hitung penyisihan total pada waktu tertentu (seperti langkah di atas), minimal sebanyak tiga variasi waktu. (Ulangi langkah di atas minimal dua kali)
14
b. Buat grafik hubungan persen penyisihan total (sebagai sumbu y) dengan waktu pengendapan (sebagai sumbu x) c. Buat grafik hubungan persen penyisihan total (sebagai sumbu y) dengan overflow rate (sebagai sumbu x) Kedua grafik ini dapat digunakan untuk menentukan waktu pengendapan atau waktu detensi (td ) dan overflow rate (V o) yang menghasilkan efisiensi pengendapan tertentu. Hasil yang diperoleh dari kedua grafik ini adalah nilai berdasarkan eksperimen di laboratorium (secara batch). Nilai ini dapat digunakan dalam mendisain bak pengendap (aliran kontinyu) setelah dilakukan penyesuaian, yaitu dikalikan dengan faktor scale up. Untuk waktu detensi, faktor scale up yang digunakan pada umumnya adalah 1,75, untuk overflow rate, faktor scale up yang digunakan pada umumnya adalah 0,65 (Reynold dan Richards, 1996).
Contoh Soal 5.3: Direncanakan sebuah bak pengendap untuk mengendapkan air limbah dengan SS 350 mg/l dan debit 7500 m 3/hari. Uji laboratorium dilakukan terhadap air limbah tersebut dengan kolom pengendapan berdiameter 20 cm dan tinggi 300 cm. Pada setiap 60 cm terdapat port (sampling point). Hasil tes kolom adalah sebagai berikut: Kedalaman (cm) 60 120 180 240 300
Waktu (menit) 10
20
30
45
240 270 275 285 >350
170 195 250 240 >350
125 165 215 225 >350
100 150 160 190 >350
60 50 110 135 155 >350
90 40 60 90 125 >350
Keterangan: Hasil tes yang tercatat pada tabel tersebut adalah kadar SS dalam mg/l Tentukan : 1. Waktu detensi dan surface loading agar diperoleh 65 % pengendapan 2. Diameter dan kedalaman bak
Penyelesaian: 1. Ubah data laboratorium menjadi % removal: Kedalaman (cm) 60 120 180 240 300
Waktu (menit) 10 31 23 21 19 ~
20 51 44 29 31 ~
30 64 53 39 36 ~
45
60
90
71 57 54 46 ~
86 69 61 56 ~
89 83 74 64 ~
Keterangan: ~ pada kedalaman 300 cm, terjadi akumulasi lumpur. 2. Plot tabel di atas sehingga membentuk grafik isoremoval:
15
31
23
21 19
51
44
29 31
64
71
57
53 39
54
36
46
86 69
61
56
89 83
74
64
3. Ambil waktu tertentu dan hitung penyisihan total pada waktu tersebut. Misal t = 16 menit RT = 20 +
205 (30 300
− 20 ) +
85 50 ( 40 − 30 ) + (50 300 300
− 40 ) +
40 20 (60 − 50 ) + (70 − 60 ) 300 300
= 33,3 % 4. Dengan cara yang sama (no. 3), tentukan removal total pada t (waktu) yang lain, misal: 25, 40, 55, dan 80 menit. Hasilnya adalah: Waktu (menit) 16 25 40 55 80
% RT 33,3 43,3 51,2 61,0 67,7
Plot hubungan % RT VS t
16
80 70 60 T
50
R 40 %
30 20 10 0 0
20
40
60
80
100
Waktu (men it)
Untuk mendapatkan 65% pengendapan, diperlukan waktu 64 menit (lihat gambar di atas). 5. Hitung surface loading (overflow rate) pada waktu-waktu di atas dengan rumus SL = H /t, di mana SL adalah surface loading, H adalah tinggi kolom, dan t adalah waktu yang dipilih. Surface loading (m3/hari-m2) 270 172,8 108 78,5 54
Waktu (menit) 16 25 40 55 80
% RT 33,3 43,3 51,2 61,0 67,7
Plot hubungan % RT VS surface loading
80 70 60 T
50
R 40 %
30 20 10 0 0
50
100
150
200
250
S u r f a c e l o a d i n g (m 3 /hari-m 2 )
17
300
Surface loading yang diperlukan untuk menghasilkan pengendapan 65% adalah 62 m 3/hari-m2. 6. Berdasarkan pengolahan data dari hasil percobaan diperoleh: -
td = 64 menit
-
Vo = 62 m3/hari-m2
Untuk disain, nilai dari hasil percobaan dikalikan dengan faktor scale up. Jadi: td = 64 menit x 1,75 = 112 menit Vo = 62 m 3/hari-m2 x 0,65 = 40,3 m 3/hari-m2 7. Luas permukaan bak AS = Q /V o = (7500 m 3/hari)/ 40,3 m 3/hari-m2 = 186 m 2 Bila bak berbentuk lingkaran, maka diameternya adalah 15,4 m Kedalaman bak = Volume bak / luas permukaan = td . Q / A = (112 menit x 7500 m 3/hari) / 186 m 2 x 1hari/1440 menit = 3,14 meter
3.1. Soal-soal 1. Hitunglah kecepatan pengendapan partikel berikut : - diameter partikel
: 0,09 cm
- densitas partikel
: 2400 kg/m 3
- densitas air
: 996 kg/m 3
- viskositas air absolut ( μ)
: 0,8004. 10 -2 gr/cm. det.
- viskositas air kinematik ( ν )
: 0,8039 10 -2 cm2/det.
-percepatan gravitasi
: 980 cm/det 2
3. Hitung kecepatan pengendapan partikel di air berikut: a. diameter partikel 0,045 cm, specific gravity 2,6, temperatur air 25 oC. b. diameter partikel 0,045 cm, specific gravity 0,9, temperatur air 25 oC. c. diameter partikel 0,09 cm, specific gravity 2,6, temperatur air 25 oC. d. Berikan kesimpulan atas hasil perhitungan pada soal a, b, dan c.
18
5. Pengendapan tipe I yang dilakukan di laboratorium dengan menggunakan kolom pengendapan berdiameter 10 cm diperoleh data sebagai berikut: Kecepatan Fraksi partikel pengendapan terendapkan (m/menit) 3,30 0,45 1,65 0,54 0,60 0,65 0.30 0,79 0,22 0,89 0,15 0,97 Hitunglah overflow rate bila diinginkan penyisihan / removal sebesar 65% 6. Analisis pengendapan partikel diskret dalam kolom pengendapan dengan pengambilan sampel dari kedalaman 2 meter menghasilkan data kandungan partikel sebagai berikut:
Waktu sampling (menit) 0 5 10 15 20 25 30
Kandungan partikel (mg/l) 800 525 425 325 250 175 125
(T= 29OC, Sg= 2,65)
a. Tentukan % penyisihan total partikel pada overflow rate sama dengan kecepatan pengendapan partikel berdiameter 0,005 cm b. Tentukan % removal partikel yang berdiameter > 0,005 cm c. Tentukan % removal partikel yang berdiameter < 0,005 cm 7.
Pada analisis tes kolom pengendapan, digunakan sampel dengan kadar SS = 1200 mg/l. Kedalaman titik sampling masing-masing 0,5 ; 1,0 ; 1,5 ; dan 2,0 meter. Kadar SS (mg/l) dari tiap titik sampling pada interval waktu tertentu adalah sebagai berikut : Kedalaman Waktu (menit) (meter) 10 20 30 45 60 90 0,5 1,0 1,5 2,0
790 920 1020 1800
700 810 860 1900
485 675 750 2010
360 590 640 2070
295 430 610 2110
220 330 550 2150
Berapa % total removal pada over flow rate 0,67 l/det.m 2. Hitung pula waktu pengendapannya !
19
5.5. Bahan Bacaan 1. Peavy, Howard S., Donald R. Rowe, dan George T., Environmental Engineering, McGraw-Hill Publishing Company, 1985 2. Reynolds, Tom D. dan Richards, Paul A., Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, 2nd edition, PWS Publishing Company, Boston, 1996. 3. Sincero, Arcadio P. dan Gregorio A. Sincero, Environmental Engineering, Prentice Hall, 1996 4. Tchobanoglous, George, Wastewater Engineering, Treatment, Disposal, and Reuse, 3 rd edition, Metcalf & Eddy, Inc. Mc Graw-Hill, Inc. New York, 1991.
20
