5. Flotasi A. Kriteria Perencanaan
Tekanan Udara (P) = 275 – 275 – 350 350 KPa
Rasio Udara per Padatan (A/S) = 0,005 – 0,005 – 0,06 0,06
Surface Loading Rate (SLR) Rate (SLR) = 8 – 8 – 160 160 liter/m2.menit
Fraksi Udara Terlarut dalam Tekanan P (f) = 0,5
Kelarutan Udara (sa) Temperature ˚C sa (ml/liter)
0
10
20
30
29,2
22,8
18,7
15,7
(Sumber : Metcalf and Eddy, Hal. 420 – 420 – 423) 423)
Waktu Tinggal di Bak Flotasi (td) = 20 – 20 – 30 30 menit (Sumber : Eckenfelder, Hal.112) Hal.112 )
Grafik Rasio A/S dan Effluent dan Effluent Minyak Minyak & Lemak
(Sumber : Eckenfelder, Grafik 2.1, Hal.111) Hal.111 )
Massa Jenis Minyak ( m)
(Sumber : Appendxi. A: White, 392 )
B. Direncanakan
Menggunakan Flotasi jenis DAF ( Dissolved ( Dissolved Air Flotation) Flotation)
Direncanakan menggunakan 3 Bak Flotasi (2 bak beroperasi dan 1 bak untuk maintenance) maintenance)
Q untuk 1 Bak Flotasi = Q untuk 1 Bak Sumur Pengumpul Pe ngumpul = 0,015 m 3/detik = 1296 m 3/hari
Rasio A/S = 0,03 ml/mg
f = 0,5
Temperatur = 20 ˚C
Kelarutan Udara (sa) = 18,7 ml/liter
Waktu Tinggal di Bak Flotasi (td) = 30 menit = 1800 detik
( Dari Grafik 2.1, Eckenfelder, Hal.111) Hal.111)
Influent minyak minyak (Sa) = 190 mg/liter Persen Removal Minyak = 95%
Waktu Tinggal di Bak Penampung Minyak (td) = 10 hari
minyak = 804 kg/m 3 = 0,804 kg/liter
Tinggi bak flotasi (H) = 2 m Freeboard = 20% H Tebal dinding = 0,2 m
C. Perhitungan
I. Bak Flotasi 1) Inlet Bak Flotasi Diameter Inlet Bak Flotasi = Diameter Outlet Sumur Pengumpul
2) Volume Bak Flotasi (V) V=Q
×
td
= 0,015 m 3/detik = 27 m3
×
1800 detik
3) Dimensi Bak Flotasi Direncanakan : Tinggi (H) = 2 m P = 2L
V=P
× × × × × L
27 m3 = 2L
L
27 m3 = 2L2 2L2 =
27 m³ 2m
2L2 = 13,5 L2 =
13,5 2
L2 = 6,75 L=
√ ×
6,75 6,75
L = 2,6 m P=2
L
H 2 m
2 m
=2
×
2,6 m
= 5,2 m
Sehingga dimensi Bak Flotasi : Panjang (P)
= 5,2 m
Lebar (L)
= 2,6 m
Tinggi (H)
=2m
Tinggi Total (H Total) = H + Freeboard + Freeboard = 2 m + 20% H = 2 m + (20%
×
2 m)
= 2 m + 0,4 m = 2,4 m
4) Luas Permukaan Bak Flotasi (A) A=P
×
L
= 5,2 m
×
2,6 m
= 13,52 m 2
5) Surface Loading Rate (SLR) Rate (SLR) A= 2
13,52 m = SLR =
Q SLR
1296 m³/hari SLR (1296 m³/hari )×(1000 liter/m³)
(
)
13,52 m2 ×(1440 menit/hari)
= 66,57 liter/m2.menit ( Range 8 Range 8 – – 160 160 liter/m2.menit) .… OK !
6) Outlet Bak Flotasi Outlet Bak Flotasi menggunakan saluran tertutup atau pipa yang mengalirkan air buangan secara gravitasi dari Bak Flotasi menuju ke bangunan selanjutnya yaitu Bak Netralisasi.
Direncanakan : - Kecepatan (v) = (0,3 – (0,3 – 2,5 2,5 m/detik) = 1,5 m/detik - Panjang pipa (L) = 3,5 m - Jenis pipa cast iron pipe (C) pipe (C) = 130 - Koefisien kekasaran (K) : Elbow 90˚
= 0,75
Tee
= 0,50
Gate Valve
= 0,19
A= =
Q v 0,015 m³/detik 1,5 m/detik
= 0,01 m 2
Diameter (D) =
=
4×A π
4 × 0,01 3,14
= 0,113 m
≈
5”
Headloss Mayor (Hf Mayor) : Hf Mayor =
=
Q
0,2785 × C × D 2,63 0,015
× × 1,85
0,2785 × 130 × [0,113] 2,63
= 0,078 m
Headloss Minor Headloss Minor (Hf Minor) :
L
1,85
3,5
Accesoris Pipa = 2 Elbow 2 Elbow 90˚
Hf Minor =
= 0,75
1 Tee
= 0,50
1 Gate Valve
= 0,19
n × K × v2 2×g
=
2 × 0,75 × 1,5 2 2 × 9,81
1 × 0,19 × 1,5 2 × 9,81
2
+
1 × 0,50 × 1,5 2 2 × 9,81
+
= 0,172 + 0,06 + 0,022 = 0,254 m Headloss Total (Hf Total) : Hf Total = Hf Mayor + Hf Minor = 0,078 m + 0,254 m = 0,332 m
II. Bak Penampung Minyak 1) Effluent Minyak (S) S = Influent minyak – minyak – (Persen (Persen removal = 190 mg/liter – mg/liter – (95% (95%
×
×
190 mg/liter)
= 9,5 mg/liter
2) Minyak Teremoval (tm) tm = Persen removal = 95%
×
×
Influent minyak
190 mg/liter
= 180,5 mg/liter
Influent minyak)
3) Berat Minyak (bm) bm = tm
×
Q
= 180,5 mg/liter
× ×
1296 m 3/hari
= 180500 mg/ m 3
1296 m 3/hari
= 233928000 mg/hari = 233,93 kg/hari
4) Debit Minyak (Qm) Qm =
bm
=
ρm 233,93 kg/hari 0,804 kg/liter
= 290,96 liter/hari = 0,291 m 3/hari
5) Volume Bak Penampung Minyak (V) V = Qm
×
td
= 0,291 m 3/hari = 2,91 m3
×
10 hari
6) Dimensi Bak Penampung Minyak Direncanakan : Tinggi (H) = 1 m P = 2L
V=P
× × × × × L
2,91 m 3 = 2L
L
2,91 m 3 = 2L2 2L2 =
H
1 m
2,91 m³ 1m
2L2 = 2,91
1 m
2,91
L2 =
2
L2 = 1,455 L=
√ × ×
1,455 1,455
L = 1,2 m P=2
=2
L 1,2 m
= 2,4 m Sehingga dimensi Bak Penampung Minyak : Panjang (P)
= 2,4 m
Lebar (L)
= 1,2 m
Tinggi (H)
=1m
Tinggi Total (H Total) = H + Freeboard + Freeboard = 1 m + 20% H = 1 m + (20%
×
1 m)
= 1 m + 0,2 m = 1,2 m
7) Dimensi Gutter Dimensi Gutter Direncanakan Dimensi Gutter : Lebar (L)
= 0,6 m
Panjang (P)
= Lebar Bak Flotasi = 2,6 m
Kedalaman (H)
= 0,5 m
Kedalaman Total (H Total) = H + Freeboard + Freeboard = 0,5 m + 20% H = 0,5 m + (20% = 0,5 m + 0,1 m = 0,6 m
×
0,5 m)
8) Volume Gutter Volume Gutter V=P
× × × L
= 2,6 m
H 0,6 m
= 0,78 m 3
×
0,5 m
9) Outlet Minyak Outlet minyak menggunakan saluran tertutup atau pipa yang mengalirkan minyak dari Gutter menuju ke Bak Penampung Minyak. Direncanakan : - Waktu pengurasan = 5 menit = 300 detik - Kecepatan (v) = (0,3 – (0,3 – 2,5 2,5 m/detik) = 0,5 m/detik Debit Pengurasan (Qp) Qp =
=
Volume Gutter Waktu Pengurasan 0,78 m³ 300 detik
= 0,0026 m 3/detik
A= =
Q v 0,0026 m3/detik 0,5 m/detik
= 0,0052 m 2
Diameter (D) =
=
4×A π
4 × 0,005 3,14
= 0,081 m
≈
2 3”
III. Kebutuhan Oksigen dan Udara 1) Kebutuhan Oksigen (N) N = =
× f − (1,42 × Berat Minyak) − (1,42 × 233,93 kg/hari) × 0,5
Q (Sa - S) 1000
1296 m³/hari (190 mg/liter – – 9,5 mg/liter) 1000
= 135,68 kg/hari
2) Standard Oxygen Requirement (SOR) (SOR) Direncanakan : - Kelarutan O2 di temperatur tegangan (C’sw) = 7,92 mg/liter - Kelarutan O2 dalam air pada suhu 20˚C (Csw) = 9,17 mg/liter - Jumlah minimum DO yang harus tersedia dalam bak flotasi (C) = 2 mg/liter
- Faktor tekanan salinitas permukaan ( ) = 0,9
- Faktor koreksi transfer O 2 ( ) = 0,85 - Faktor koreksi kelarutan O2 untuk perbedaan ketinggian (Fa) = 0,95 - Suhu air buangan (T) = 28˚C (Sumber : Rosidi, M. 2017. “Perancangan IPAL Pabrik Pabrik Kertas Halus PT.X Sidoarjo” Tugas Akhir, Teknik Lingkungan, FTSP, ITS : Surabaya) Surabaya)
SOR =
=
N
's β C w × × Fa – C – C Csw
3) Kebutuhan Udara
α
135,68
(1,024)
7,92 × 0,9 × 0,95 – 2 – 2 9,17
= 253,75 kg/hari
T-20
(1,024)
2828-20
5 0,8
Direncanakan : - O2 di udara (21 – (21 – 24%) 24%) = 23% - Berat jenis udara = 1,201 kg/m 3
Kebutuhan udara =
=
SOR Berat jenis udara × O2 di udara
5
253,7 kg/hari
%
1,201 kg/m³ × 23
= 918,62 m 3/hari
4) Kebutuhan Udara Teoritis Direncanakan : Efisiensi difusi O2 = 8%
Kebutuhan udara teoritis =
=
Kebutuhan Udara
O₂
Effs Difusi
918,62 m³/hari 8%
= 11482,75 m 3/hari
5) Kebutuhan Udara Total Direncanakan : Faktor keamanan = 2
Kebutuhan udara total = Kebutuhan udara teoritis = 11482,75 m 3/hari = 22965,5 m 3/hari
×
2
6) Volume Udara per kg Minyak Teremoval =
=
Kebutuhan udara total × 1000
[ SaSa- S ×Q total]
22965,5 m³/hari × 1000
[ 190 mg/liter – – 9,5 mg/liter × 1296 m³/hari]
×
Faktor keamanan
= 98,17 m 3/kg
7) Volume Suplai Udara per m 3 Air Limbah =
=
Kebutuhan udara total Q total 22965,5 m³/hari 1296 m³/hari
= 17,72 m 3/m3
8) Volume Suplai Udara per m 3 Volume Bak Flotasi = =
Kebutuhan udara total Volume Bak 22965,5 m³/hari 27 m³
= 850,57 m 3/m3.hari
IV. Desain Perpipaan Diffuser
1) Pipa Manifold Direncanakan pipa manifold : - Panjang pipa manifold (LM) = 3,5 m - Diameter pipa manifold (DM) = 0,1 m
2) Pipa Lateral Direncanakan pipa lateral : - Diameter pipa lateral (DL) = 0,05 m - Jarak antar pipa lateral (r) = 0,5 m a. Panjang pipa lateral (LL) LL = =
Lebar Bak Flotasi – D Pipa Lateral 2 2,6 m – 0,05 m 2
= 1,27 m
b. Jumlah pipa lateral pada tiap sisi pipa manifold (n) LM = (n + 1) r + (n
×
3,5 = (n + 1) 0,5 + (n
DL)
×
0,05)
3,5 = 0,5 n + 0,5 + 0,05 n 3 = 0,55 n n=
3 0,55
n = 5,5
≈
6 buah
Jadi, terdapat 6 buah pipa lateral di setiap sisi pipa manifold sehingga jumlah pipa lateral adalah 12 buah.
3) Lubang Orifice Direncanakan : - Tiap pipa lateral dilengkapi dengan lubang orifice - Jarak antar lubang orifice (r) = 0,05 m - Diameter lubang orifice (Do) = 0,02 m Jumlah lubang orifice pada tiap pipa lateral (n) LL = (n + 1) r + (n
×
Do)
1,27 = (n + 1) 0,05 + (n
×
0,02)
1,27 = 0,05 n + 0,05 + 0,02 n 1,22 = 0,07 n n=
1,22 0,07
n = 17,43
V. Daya Kompressor Direncanakan :
≈
17 buah
= 155 m3/min
- Berat aliran udara (w)
= 2,58 m 3/detik - Densitas udara (S)
= 1,2 kg/m3
- Konstanta Gas (R)
= 0,288
- Konstanta udara
= 8,41 kg/k mole
- Temperatur (T)
= 20 ˚C = 293 ˚K
- Tekanan pada saat masuk (P 1)
= 0,95 atm = 96,26 kPa
- Efisiensi Kompressor (E)
= 70 – 70 – 80% 80% → 80%
- n
= 0,283 untuk udara
- C
= 1,0
(Sumber
: Dorris
Nainggolan,
“BAB
3
UNIT
www.academia.edu/6721182/BAB_3_UNIT_AERASI )
1) Tekanan Udara (P2)
A/S = 0,03 = 0,03
×
₂ ₂ ₂
1,3 × sa ×
f×P
- 1
Sa
1,3 × (18,7 ml/liter) ×
190 mg/liter
190 = 24,31 ×
0,5 × P
-1
5,7 = 24,31 × (0,5P - 1) 5,7 = 12,155 P 2 – 24,31 24,31 5,7 + 24,31 = 12,155 P 2 P2 =
30,01 12,155
P2 = 2,47 atm P2 = 2,47 atm
×
= 250,3 kPa
2) Massa Aliran Udara (F) F=w
×
S
0,5 × P
101,325
₂ - 1
AERASI”
= 2,58 m 3/detik
×
1,2 kg/ m 3
= 3,1 kg/detik
3) Daya Kompressor (Pw)
₂ Pw = × ₁ C × n × E F × R × R × T
P
n
-1
P
=
(3,1 kg/detik) × (0,288) × (293˚K)
1,0 × 0,283 ×(0,8)
[
250,3 kPa 0,283 96,26 kPa
= 358,8 KW
4) Sketsa Bak Flotasi
-1
]
×
