KOLAM PENGENDAP PENGENDAPAN AN
Oleh : Ir. Hartono, MT.
Kuliah Sistem Penyaliran Tambang Program Studi Teknik Pertambangan Fakultas Teknologi Mineral Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Yogyakarta
Definisi Kolam Pengendapan Kolam pengendapan untuk daerah penambangan, penambangan, adalah kolam yang dibuat untuk menampung dan mengendapkan partikel air limpasan yang berasal dari daerah penambangan maupun daerah sekitar penambangan. Nantinya air tersebut akan dibuang menuju tempat pembuangan, seperti sungai, rawa, danau dan lain-lain.
Fungsi Kolam Pengendapan Mengendapkan lumpur atau material padatan yang bercampur dengan air
limpasan yang disebabkan adanya aktivitas penambangan. Sebagai tempat pengontrol kualitas dari air yang akan dialirkan keluar kolam pengendapan.
Zona – Zona Pada Kolam Pengendapan
1. Zona masukan Tempat masuknya aliran air berlumpur kedalam kolam pengendapan. 2. Zona pengendapan Tempat partikel akan mengendap, material padatan di sini akan mengalami proses pengendapan di sepanjang saluran masing-masing ceck dam. 3. Zona endapan lumpur Tempat di mana partikel padatan dalam cairan mengalami sedimentasi dan terkumpul pada bagian bawah saluran pengendap. 4. Zona Keluaran Tempat keluarnya buangan cairan yang relatif bersih, zona ini terletak pada akhir saluran.
Arah Aliran Air Pada Kolam Pengendapan
Penentuan Kolam Pengendapan
Untuk menentukan luas kolam pengendapan dapat dihitung berdasarkan hal-hal sebagai berikut : 1. Diameter partikel padatan yang keluar dari kolam pengendapan tidak boleh lebih dari 9 x 10-6 m, karena akan menyebabkan pendangkalan dan kekeruhan sungai. 2. Kekentalan air. 3. Partikel dalam lumpur adalah material yang sejenis. 4. Kecepatan pengendapan material. 5. Perbandingan cairan padatan diketahui.
Luas kolam pengendapan dapat dihitung dengan menggunakan
rumus: A= Qtotal / Vt dimana, A = Luas kolam pengendapan (m2) Qtotal = Debit air yang masuk kolam pengendapan (m3/detik) Vt = Kecepatan pengendapan (m/dtk) Kecepatan pengendapan dapat dihitung dengan menggunakan
rumus Stokes dan hukum Newton. Hukum Stokes berlaku bila padatannya kurang dari 40%, sedangkan bila persen padatan lebih dari 40% berlaku hukum Newton.
Hukum Stokes
Vt
Vt g p a
D
g D 2 ρp ρa 18 μ
= = = = = =
Kecepatan pengendapan partikel (m/detik) Percepatan gravitasi (m/detik 2) Berat jenis partikel padatan (kg/m3) Berat jenis air (kg/m3) Kekentalan dinamik air (kg/m.detik) Diameter partikel padatan (m)
Hukum Newton:
4xgxD x ρp ρa Vt ρx 3xFgx
0,5
Vt g p a D Fg
= Kecepatan pengendapan partikel (m/detik) = Percepatan gravitasi (m/detik 2) = Berat jenis partikel padatan (kg/m3) = Berat jenis air (kg/m3) = Diameter partikel padatan (m) = Nilai koefisien tahanan
Perhitungan Persentase Pengendapan Perhitungan
persentase pengendapan ini bertujuan untuk mengetahui apakah kolam pengendapan yang akan dibuat dapat berfungsi untuk mengendapkan partikel padatan yang terkandung dalam air limpasan tambang. Waktu yang dibutuhkan oleh partikel untuk mengendap dengan kecepatan (vt) sejauh (H) adalah : tv = H / vt (detik) Keterangan : tv = Waktu pengendapan partikel (menit) vt = Kecepatan pengendapan partikel (m/s) H = Kedalaman Saluran (m)
Kecepatan air dalam kolam :
Vh
vh Qtotal A
Qtotal A
= Kecepatan mendatar partikel (m/detik) = Debit aliran yang masuk ke kolam pengendapan ( m3/detik) = Luas permukaan kolam pengendapan (m2)
Waktu yang dibutuhkan partikel untuk keluar dari kolam pengendapan
dengan kecepatan vh adalah : th = P / vh (detik) Keterangan : th = Waktu yang dibutuhkan partikel pengendapan (detik) P = Panjang kolam pengendapan (m) vh = Kecepatan mendatar partikel (m/detik)
keluar
dari
kolam
Dalam proses pengendapan ini partikel mampu mengendap
dengan baik jika tv tidak lebih besar dari th. Sebab, jika waktu yang diperlukan untuk mengendap lebih kecil dari waktu yang diperlukan untuk mengalir ke luar kolam atau dengan kata lain proses pengendapan lebih cepat dari aliran air maka proses pengendapan dapat terjadi. Persentase Pengendapan = waktu yang dibutuhkan air keluar
waktu
yang dibutuhkan air keluar waktu pengendapan
100 %
x
Dari perumusan di atas, dapat disimpulkan bahwa semakin
besar ukuran partikel maka semakin cepat proses pengendapan serta semakin besar pula persentase partikel yang berhasil diendapkan.
Penentuan Letak Kolam Pengendapan
1. 2. 3. 4.
Diluar area penambangan. Dekat dengan sarana penyaliran. Tidak mengganggu kegiatan penambangan. Terdapat pada daerah yang rendah, dengan memperhatikan keadaan topografi daerah penambangan.
Contoh Soal Perhitungan dimensi kolam pengendapan dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu menggunakan hukum Stokes dan hukum Newton. Berdasarkan analisis lumpur di lokasi penambangan, didapat persen solid yang terkandung dalam air adalah 4,6%, oleh karena itu perhitungan dimensi kolam pengendapan menggunakan pendekatan hukum Stokes. Berdasarkan pengukuran di lapangan diketahui: Debit maksimum pompa (Q pompa) = 900 m3/jam Ukuran partikel yang keluar dari kolam (D) = 0,000002 m Berat jenis partikel padatan ( p) = 2500 kg/m3 Kekentalan dinamik air (Vis.) = 0,00000131 kg/m.dtk Persen padatan (Solid) = 0,046 Persen air (Air) = 0,954
Berdasarkan data-data tersebut di atas, maka dapat dihitung : Berat padatan per m3 = Sol x Qmat x 2500 = 0,046 x 900 m3/jam x 2500 kg/m 3 = 103500 kg/jam Berat air per m3 = Air x Qmat x 1000 = 0,954 x 900 m3/jam x 1000 kg/m 3 = 858600 kg/jam Volume padatan per detik = Berat solid / ( p x 3600) m3/detik = 103500 kg/jam / (2500 kg/m 3 x 3600) = 0,0115 m3/detik Volume air per detik = (858600 kg/jam / (1000 kg/m3 x 3600) = 0,2385 m3/detik Total volume per detik = (0,0115 + 0,2385) m3/detik = 0,25 m3/detik
Kecepatan Pengendapan =
Vt
g D 2 ρp ρa 18 μ
9,8 x 2.10 6
2
x
(2500 1000)
18 x 1,31.10 6
= 0,0024 m/detik Luas Kolam Pengendapan
= Q total / Vt = (0,25 m3/detik) / (0,0024 m/detik) = 104,16 m2
Dimensi Kolam Pengendapan Menurut Perhitungan Dengan Hukum Stokes. Q total (m3/jam) 900
p (kg/m³) 2500
Vis. (kg/ms) 1,31.10-6
Kedalaman Kolam (H) Lebar Kolam (b) Panjang kompartemen
Sol. (%) 4,6
= = = =
Air (%) 95,4
Ukuran (m) 2. 10-6 4. 10-6 6. 10-6
Vt (m/s) 0,0024 0,0099 0,0224
A (m²) 104,16 25,25 11,16
3m 9 meter 104,16 / 9 11,573 dibulatkan menjadi 12
Volume Kolam Pengendapan
Kolam pengendapan memiliki 3 buah kompartemen yang masing-masing kompartemen memiliki panjang 12 m, lebar 9 m dan kedalaman 3 m. Kedalaman tiap-tiap kompartemen berkurang 0,5 m sebagai perbedaan ketinggian antar kompartemen. Maka volume kolam pengendapan bisa dihitung sebagai berikut : Volume kolam pengendapan = 3 x (p x b x (t-0,5 m)) = 3 x (12 x 9 x (3-0,5 m)) = 810 m³ Waktu yang dibutuhkan partikel untuk mengendap (tv) adalah tv = H / vt; di mana (H) sama dengan kedalaman kolam pengendapan. = 3 m / 0,0024 m/detik = 1250 detik = 20,8 menit
Partikel
padatan akan mengendap dengan baik jika waktu yang dibutuhkan material untuk keluar dari kolam pengendapan (th), tv < th. Kecepatan air dalam kolam (vh), adalah vh = Q total / A A =bxh =9x3 = 27 m² vh = 0,25 m3/detik / 27 m² = 0,00925 m/detik Sehingga th dapat dicari dengan rumus: th = P / vh = 36 m / 0,00925 m/detik = 3891,89 detik = 64,86 menit
Berdasarkan perhitungan di atas didapat tv < th, dengan membandingkan waktu
pengendapan dan waktu keluarnya air dan material dapat digunakan untuk mengetahui persentase pengendapan. Persentase pengendapan = waktu yang dibutuhkan air keluar x100 % waktu yang dibutuhkan air keluar waktu pengendapan
= ((64,86 menit ) / (64,86 menit + 20,8 menit)) x 100 % = 75,71 % Dengan persentase tersebut maka material yang terlarut dalam air tidak semuanya
terendapkan. Padatan yang berhasil diendapkan hanya 75,71 % dari total padatan yang masuk ke kolam. Padatan yang berhasil diendapkan dalam waktu sehari dengan jam hujan per hari adalah 2 jam : = 0,0115 m3/detik x 3600 detik/jam x 2 jam/hari x 75,71 % = 62,687 m³/hari
Waktu pengerukan = Vol. Kolam / Vol. Total padatan yang
berhasil diendapkan = 810 m³ / 62,687 m³/hari = 12,92 hari = 13 hari Sehingga pengerukan lumpur dari dasar kolam dapat dilakukan dengan interval 13 hari sekali, supaya air dari kolam pengendapan menjadi bersih.
Desain Kolam Pengendapan
