Sedimentasi

BAB IX DETAIL ENGINEERING DESIGN (DED) UNIT SEDIMENTASI

1.1. Gambaran Umum Unit Unit Sedimentasi Sedimentasi Bangunan sedimentasi berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel flokulen yang

terbentuk dari proses koagulasi dan flokulasi, yakni pada bangunan pengaduk cepat dan  pengaduk lambat. Partikel flokulen adalah partikel yang selama proses pengendapan mengalami perubahan bentuk, ukuran, dan densitas. Perubahan ini terjadi karena partikel flokulen yang berasal dari proses koagulasi dan flokulasi bereaksi dengan bahan kimia atau koagulan sehingga saling berdekatan dan membentuk partikel-partikel yang lebih besar dari keadaan awalnya. Pada bak sedimentasi, pengendapan partikel flokulen berlangsung secara gravitasi. Untuk menghindari pecahnya flok saat pengendapan, maka aliran air harus laminer (re ! "###$. %liran air yang masuk pada inlet diatur sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu  pengendapan. Biasanya dipasang difuser wall atau pervorated baffle untuk meratakan aliran air ke bak sedimentasi dengan kecepatan rendah. Pada setiap bangunan sedimentasi terdapat empat &ona ' .

)ona *nlet

".

)ona +ettling

.

)ona +ludge

.

)ona utlet

%dapun &ona-&ona tersebut dapat digambarkan seperti di bawah ini '

Gambar 9.1 Zona Pada Bak Sedimentasi Sedimentasi

/imana pada setiap &ona terjadi proses-proses sebagai berikut '

•

)ona *nlet 0erjadi distribusi aliran yang menuju &ona settling (1 "23 panjang bak$

•

)ona +ettling 0erjadi proses pengendapan yang sesungguhnya

•

)ona +ludge +ebagai ruang lumpur, dimana konfigurasi dan

kedalamannya tergantung pada

metode pengurasan dan jumlah endapan lumpur. Untuk partikel 423 mengendap pada 52 volume bak.

•

)ona utlet Pada &ona ini dihasilkan air yang jernih tanpa suspensi yang ikut terbawa. Bentuk bangunan sedimentasi ada yang rectangular   dan circular tank . %dapun

macam-macam bangunan sedimentasi dapat dijelaskan sebagai berikut ' 1.

Konvensional

6erupakan bak sedimentasi biasa yang pengendapannya secara gravitasi dan memanfaatkan panjang bak. 2.

Menggunakan Plate Settler

Untuk meningkatkan efisiensi pengendapan dari bangunan sedimentasi kadang kala digunakan plate settler (Tilted Plate Separator $. Plate ini memiliki kemiringan atau sudut terhadap garis hori&ontal tertentu (2# 7 8##$ yang mengakibatkan lumpur tidak menumpuk   pada plate, akan tetapi jatuh meluncur ke bawah, sehingga flok-flok akan lebih mudah dipisahkan. /an efisiensi pengendapan partikel flokulen dipengaruhi oleh over flow rate, detention time, dan kedalaman dari bak pengendap.

Gambar 9.2 Plate Settler

Pada waktu detensi (t$, partikel berpindah dari % ke B, dimana perpindahan ini bisa diuraikan atas perpindahan dari % ke 9 pada kecepatan :o dan perpindahan dari 9 ke / pada

kecepatan +o. ;ika % < luas permukaan pengendapan dan = < kapasitas aliran, maka

Vo

So =

Q  Aeff 

=

=

Q

A× Sinα

w "

h × Cosα  +w × Cos α 

/imana ' :o

<

>ecepatan pengendapan (m5dt$

+o

<

verflow rate (m5jam$

=

<

/ebit (m 5dt$

%

<

?uas permukaan (m $



"

@

<

;arak antar plate (m$

h

<

/alam plate (m$

α

<

>emiringan settler

;umlah dan panjang plate settler dihitung berdasarkan persamaan berikut ini ' %. ;umlah +ettler (n$

   

sinα     + d  

n <  LA×

W  Sinα 

/imana ' d <

B. Panjang +ettler (?$  Aeff C  bak  ? <  Lebar C  bak  Dffisiensi pengendapan setelah menggunakan bak pengendap diperoleh dengan  persamaan berikut ' t  = td 

   

Vo Q

 

   

  Aeff   

= Vo So

+etelah diperoleh rate of treatment atau loading rate t5td , maka dapat ditentukan effisiensi pengendapan dengan menggunakan grafik kurva performance (Eair, Feyer dan kun, GH$. 3.

Menggunakan Tube Settler Eungsinya sama dengan plate settler, hanya modelnya berbentuk tube. 0ube settler ini

ada yang dipasang secara hori&ontal maupun vertikal dengan kemiringan tertentu terhadap garis hori&ontalnya.

Fambar G. 0ube +ettler  .

Mekanis Bangunan sedimentasi mekanis menggunakan scrapper untuk mempercepat pengendapan

flok-flok yang sudah terbentuk ke dalam ruang lumpur dan sekaligus untuk   pembersihannya. Biasanya digunakan untuk instalasi pengolahan yang besar.

Fambar. G. +edimentasi 6ekanis Pada perencanaan Bangunan Pengolahan %ir 6inum >ota Blitar ini, digunakan Unit sedimentasi dengan penambahan plate settler untuk menghasilkan efisiensi removal yang lebih optimum. /alam melakukan desain sedimentasi perlu dilakukan uji settling coloumn test untuk mengetahui karakteristik air baku dan merencanakan besarnya removal partikel yang diharapkan dari bangunan ini. 1.2. !aktor"!aktor #esain Dfisiensi pengendapan partikel flokulen pada bak sedimentasi dipengaruhi oleh

overflow rate, detention time, serta kedalaman dari bak itu sendiri. %dapun pengaruh dari faktor-faktor tersebut adalah sebagai berikut ' 1.

 Detention Time $%aktu

#etensi&

Untuk bak rectangular, aliran air memiliki kecepatan hori&ontal (:o$, sedangkan untuk pengendapan partikel memiliki kecepatan mengendap (:s$. @aktu detensi air secara teoritis di dalam tangki adalah sebagai berikut '  L Vo

t<

 , dimana ? < Panjang bak 

/an waktu detensi untuk pengendapan flok adalah ' h Vs

ts <

 , dimana h < >edaman Bak 

sedangkan untuk removal partikel t < ts, maka waktu detensi dapat ditentukan oleh faktor lebar dan kedalaman bak. 2.

Over Flow Rate

ver flow rate ditentukan oleh surface area, dimana semakin besar  surface area, maka kecepatan penegndapan akan semakin cepat dan efisiensi semakin baik. Persamaan rumusnya adalah ' S   As

+

<

dimana ' +o

< ver flow rate (m5jam$

=

< debit (m5dt$

%s

< surface area (m"$ h ts

%pabila +o < :s <

, maka semakin besar h akan menurunkan efisiensi, dan

sebaliknya semakin besar ts akan meningkatkan efisiensi pengolahan. 1.3. Kriteria #esain

• • • • • • • • • •

verflowrate (=5%$ < "#, 7 ".8 m5m".hari (%lum$ @eir ?oading rate < G 7 "" m5m".hari (%lum$  Ie ! "###, untuk menjaga aliran tetap laminer   Ie J #-2, untuk mencegah Kshort circuitL :Mori&ontal  ! :+couring , untuk mencegah resuspensi :+ettling partikel J :o, agar partikel terendapkan ##3 >ecepatan pengaliran (:o$ < #, 7 #,4 :s Iasio P ' ? < " '  hingga 2 '  >edalaman efektif bak <7m @aktu detensi (td$ <  7  jam

1.. Peren'anaan Unit Sedimentasi 1..1. Zona Pengenda(an /irencanakan '

• • • • • • •

• • • • • • •

;umlah unit <  bak 0emperatur < "2N9 ʋ < #,HG O #-8 m"5det  < #,HG# O #- .det5 m" ρ  air baku < GG4,#4 kg5m :os < #.##4 m5menit

h plate <m @aktu detensi = tiap bak operasi Q w plate 0ebal plate Iatio P ' ?

< 8# menit ( jam$ < #."#2 m5s < 22o < 2 cm < " mm <"'

Perhitungan ' )uas (engenda(an e**ekti* $+ e** & Q w x • (%eff $ < Vos h xcosθ + w xcos 2 θ 0.10075

x

 

0.05

•

(%eff $ <

•

(%eff $ <   863.32 m x 0.0938  m < ,1 m2

−4

1.167  x 10

0

1  xcos 55

2

+ 0.05  xco s

0

55

Per-itungan dimensi (engenda(an e*ekti* • (%eff $ < P O ? • (%eff $ < " ? " • H m" < " ?" • )  /. m R P  12., m 0umla- Plate Settler $n&  P efektif  w + d tebal plate settler • n<  $ S  R d < sinθ ¿

•

d<

w sinθ  <

0.05 sin55

0

 < #.#8

12.8 m

n<

0.06 + 0.002

¿

 $ S  < 2 bua-

Per-itungan dimensi tia( bak total • :olume < = O td • :olume < #.##42 m5s O 8# O 8# s • :olume < 3/2. m3 • /ihitung kedalaman bak, :olume < P O ? O M • 3/2. m3  H m" O M   ., m • >arena M hitung terlalu dalam, maka M disesuaikan dengan kriteria desain <  m.

>emudian dihitung pertambahan panjang dengan ukuran lebar yang sama.

• •

 :olume < P O ? O M 3/2. m3 P 4 /. m 4  m P  1.1 m Berdasarkan perhitungan maka, pertambahan panjang adalah < .4 m -".H m <

1.3 m 5ek 6re dan 6*r

• •

12.8 m  P td  < 60 x 60 s  < #.##8 m5s

vh <

w I<

2

 < #.#25" < #.##"2 0.0036)

•

•

 fr <

 re <

1..2.

• • • • • •

2

¿ ¿ 2

Vh  = ¿ gxR

< 2.2 O #- (memenuhi$

Vh x R 0.0036 x 0.0025 = -6 v 0,8930 x 10

Zona )um(ur

/irencanakan ' ;umlah unit <  bak Berat jenis padatan < "82# kg5mT = tiap bak operasi < #.##42 m5s Berat jenis air < GG4,#4 kg5m Iuang lumpur berbentuk limas terpancung dengan periode pengurasan setiap  hari sekali

•

< #.#4H (memenuhi $

Perhitungan '

• >edalaman ruang lumpur ! kedalaman

• • •

sedimentasi 3 removal sedimentasi, rencana < G# 3 >adar air dalam lumpur < G2 3 >adar ++ kering dalam lumpur < 2 3

• •

;umlah unit <  bak >onsentrasi ++ ke sedimentasi

•

>adar ++ tiap bak

• >ebutuhan tawas • >ebutuhan tawas tiap bak • ++ awal bak sedimentasi

< (##3 - removal prasedimentasi $ O ++ awal • < (##3 - 4#3$ O ".G mg 5? < 8.24 mg5? < >onsentrasi ++ ke sedimentasi O = tiap bak   • < 8.24 mg5? O ##.42 ?5s • < "H#G.8 mg5s < 22.8 kg5hari < 2"". kg5hari (dari koagulasi$ < 2"". kg5hari 5  unit < #.2H kg5hari < ++ tiap bak S kebutuhan tawas tiap bak   • < 22.8 kg5hari S #.2H kg5hari < 8H.G

kg5hari < efisiensi removal sedimentasi O ++ awal • < G# 3 O 8H.G kg5hari < 82.2 kg5hari < (++ awal O ## 3$5 kadar solid

• Produksi lumpur • Berat total lumpur

• • • 3 berat ++

< (8H.G kg5hari O ##3$52 3 < 84H.H kg5hari

< (++ awal5berat total lumpur$ O ##3

• • • 3 berat tawas

< (8H.G kg5hari584H.H kg5hari$O##3 <23

< (kebutuhan tawas5berat total lumpur$ O ##3

• • •  lumpur

< (#.2H g5hari584H.H kg5hari$ O ##3 < #,G2 3

< ( ++ O 23$ S ( tawas O #.G2 3$

•

< ("82# kg5mT O 23$ S (H4" kg5m O #.G23$

•

< #.4H kg5mT < (produksi lumpur5((3 berat ++ S 3 berat tawas$ • O  lumpur$ •  < 82.2 kg5hari5((23 S #.G23$O #.4H kg5mT$

• :olume lumpur

•

•

< 4.2 mT5hari ?umpur dikuras menggunakan pompa penguras dan dikumpulkan

menggunakan scrapper.

• -

/imensi Iuang ?umpur Panjang ruang lumpur (P$ < 8. m ?ebar ruang lumpur (?$ < ?ebar bak pengendap < 8. m Panjang ruang lumpur (P"$ <  m ?ebar ruang lumpur (?"$ <  m

• P2 L2

-

?uas Permukaan ?umpur (%$ < P O ? < 8. m O 8. m < #.G8 m" ?uas Permukaan ?umpur (%"$ < P" O ?" <  m O  m < 8 m"  H  ( A +  AV+  AxAV$ , >edalaman ruang lumpur (M$

•

:olume =

4,.2 =

• • • Tg α 

 H 

,

( -#.G8 + 8 + 8 x-#.G8 $

M < #.G m

=

 H 

=

#.G

  P −  P V    8.- − -           "     "  

-

9ek slope

•

=

•

• -

W < 8.HX

Pom(a Penguras )um(ur Pengurasan menggunakan pompa non 7 clogging centrifugal pump : dalam pipa <  m5dt @aktu pengurasan < # menit < 8## dt 3 Volume lumpur 73.5 m /ebit lumpur pada pipa < waktu pengurasan  < 600 s  < #.""2 m5s 0.1225 m

- % pipa

•

<=5:<

/iameter pipa •=<%O: • #.""2 m5det < Y O Z O /" O  m5s

1 m/s

3

 < #.""2 m"

• •

• • • • • • • • •

/" /

< #.28 < #.G2 m < G.2 cm

1..3. Zona 7nlet a. Saluran Pemba8a /irencanakan ' = saluran < # ?5det < #.# m5det ;umlah saluran pembawa <  buah : asumsi <  m5det ?ebar ' kedalaman <"' Panjang (?$ direncanakan <"m Ereeboard (fb$ < #. m n saluran < #,# (saluran beton$ Perhitungan ' Meng-itung luas saluran (emba8a $+& Q • ?uas (%$ < v 3

•

• •

0.403 m / det  1 m / det 

<

 .3 m2 Meng-itung kedalaman air $-& • %
•

1

v

2 3

 x R  x S

1 2

<

n

<

1 3 2 x 0,225  x S 0,013

2

•



1

S  ;2// m Per-itungan eadloss • eadloss *riksi $*& < slope O ? • < #,#"88 O " m • < ;32 m 2

•

ead ke'e(atan $-v& <

v 2 x g

2

1

• • •

<

eadloss total Meadloss total

2 x 9,81

< ;9 m < Mf S hv < #,#2" m S #,#2#G m < ;1 m

• • • • • • • • • • • • •

• • • • • • • •

Saluran inlet

Saluran pembawa

Saluran pembagi Sedimentasi Fambar G.2 /etail *nlet )one pada Bangunan +edimentasi

b. Saluran 7nlet /irencanakan ' = tiap bak < ##,42 ?5det < #,##42 m5det ;umlah saluran inlet <  buah Panjang *nlet <m : asumsi <  m5s /irencanakan dimensi lebar saluran seperti saluran outlet unit flokulasi. +ementara

kedalaman disesuaikan dengan saluran pembawa. Perhitungan ' Meng-itung < tia( bak di tia( saluran (embagi Q • = saluran pembagi <  umlah saluran pembagi 3

•

< #imensi saluran

• •

?ebar (b$ < . m >edalaman (M$ < . m

Meng-itung luas saluran $+&

• •

% % +


0.403 m / det   < ;1 m3=det 4

•

<

: 

0.7 x 0.45

bxh b + 2 h  <

0.7 +(2 x 0.45)  < .19/ m

Per-itungan Slo(e $S&

• •

1 v

<

n

2 3

 x R  x S

1



<

0,013

1 2

2

1

3

 x 0,196  x S 2

S  ;1 m Per-itungan eadloss • eadloss *riksi $*& < slope O ? • < #,##2 O  m • < ;1 m 2

•

ead ke'e(atan $-v& <

v 2 x g 2

1

• • •

<

eadloss total Meadloss total

2 x 9,81

< ;9 m < Mf S hv < #,##2 m S #,#2#G m < ;2 m

• 1...

•

Zona >utlet

/irencanakan '

• )ona outlet bak prasedimentasi ini berupa saluran pengumpul dan gutter •

• • •

dengan perencanaan sebagai berikut ' @eir ?oading Iate (@?I$ < 4# m5m".hari • < ,4 O #- m5m".s = < #,# m5s ;umlah unit <  unit = tiap unit < = 5 jumlah unit • < #,# m5s 5  unit < #,##42 m5s a. Gutter

• • • • • •

/irencanakan ' @eir ?oading Iate (@?I$ = ;umlah gutter utama ;umlah gutter sekunder Perhitungan '

< ,4 O #- m5m".s < #.##42 m5s <
•

< = 5 @?I 

Pan?ang total gutter $Pg&

•

= #.##42 m5s 5 ,4 O #- m5m".s

 9.2/ m

•

0inggi gutter utama

•

√ 3

[c

<

•

2

! g

√ 3

<

0,10075

2

< #.# m

9,81

Q

•

?ebar gutter utama (l$

•

>edalaman gutter  • = weir < ,42 O lebar gutter O h5" • #,##42 < ,42 O #," O h5" • h < #, m M air diatas gutter utama

•

=

  0.10075

√  "c 2 x g √ 0,1012 x 9,81

<

< #," m

" ×  g  × h, 5 "

•

= < "5 O 9d O Panjang gutter utama (Pu$ O

" × G,H( × h

•

#,##42 < "5 O #,8 O ".H O

•

h < #.#"4 m

lebar x kedalaman lebar + 2 kedalaman  <

0,32 x 0,40

 R 9d < #,8

5 "

=0,114 m

•

:  <

• • • •

0ebal dinding gutter utama (t$ < #,# m Panjang bak (?$ < ".H m Panjang gutter utama (Pu$ < Panjang bak O " < ".H O " m < "2.8 m Panjang gutter per sisi < ?ebar bak 7 (l.n gutter utama St.(n gutter utama S$$ • < 8. 7 (#," O  S#,("$< 2.HH m Panjang gutter sekunder total (Ps$< Pg 7 Pu < 2G."8 m 7 "2.8 m < "#.H8 m ;umlah pelimpah < Ps5P gutter per sisi < "#.H852.HH • <  buah ;umlah gutter sekunder < 5" sisi < " buah = di gutter sekunder < = 5 jumlah gutter sekunder < #.##42 m5s 5 " buah • • < #.#2# m5s 0inggi Futter +ekunder 

• • • • •

0,32+( 2 x 0,40 )

•

[c

<

•

3

<

Q

•

?ebar gutter sekunder (l$ <

• •

√ √ 3

2

! g

0.0503 9,81

=

2

< #,#8 m

0,0503 m 3 / s

√  "c 2 x g √ 0.064 2 x 9,81 < #,"2 m

M air diatas gutter sekunder " ×  g  × h, 5 "

•

= < "5 O 9d O panjang tiap weir sekunder O

" × G,H( × h

• •

•

#,#2# < "5 O #,8 O 2.HH O

•

h < #.# m

0ebal gutter skunder ;arak antar gutter (d$

•

5 "

< #, m

lebarbak  − ( n × w$

•

n −

=

".H − (" × (#.-2$$ " −

 jika jarak antar tembok bak adalah  m, maka jarak antar gutter sekunder

• • • • b. Saluran Pengum(ul • /irencanakan '

= tiap saluran lebar ' kedalaman Panjang saluran

< #.##42 m5s <"' < lebar bak sedimentasi < 8. m

• • •

• •

= .Gm

d<

menjadi G.G m

• • •

 R 9d < #,8

Perhitungan ' >edalaman saluran (h$ • = < ,42 O ? O h5" #.##42 m5s < ,42 O "h O h5" • M < #. m • ?ebar (b$ < " O #, m < #.8 m /imensi saluran pengumpul '

• • •

• • • •

Panjang (?$ < 8. m ?ebar (b$ < #.8 m >edalaman S freeboard (h$ < #. m S #, m < #.8 m >ecepatan dalam saluran pengumpul • : <=5% • < #.##42m5s 5 (#.8 O #.$ < #.22 m 5s n < #,# (beton$  jari 7 jari hidrolis (I$ < (h O b$5("h Sb$ < (#, O #,8$5(". #, S #,8$ • +lope < Mf5? 2

• •

v

<

<

1

1  x R3  x s 2 n 2

1

#,22 m5s

< #,2 m

1

x ( 0,19 )  x s 3

0,013

2

• • •

+lope (s$ Mead loss (hf$

< #,###8 < slope O lebar bak  • < #,##H O #.8 m 2 v Mead kecepatan (hv$ < 2 g

• •

0,55

<

< #,###HH m

2

2 x 9,81

= 0,0154 m

Mead loss total< hf S hv< #,###HH m S #,#2 m

< #,#8"HH m

'. Saluran >utlet • /irencanakan ' < ##,42 ?5det < #,##42 m5det • = tiap bak <  buah • ;umlah saluran outlet • Panjang outlet <2m • : asumsi <  m5s • /irencanakan dimensi lebar saluran seperti saluran inlet unit sedimentasi. +ementara

•

kedalaman disesuaikan dengan saluran pengumpul. Perhitungan ' Meng-itung < tia( bak di tia( saluran (embagi Q • = saluran pembagi <  umlah saluran pembagi 3

0.403 m / det 

•

< #imensi saluran

• •

?ebar (b$ < . m >edalaman (M$ < .3 m

4

 < ;1 m3=det

Meng-itung luas saluran $+&

• • •

% % + <

: 


Per-itungan Slo(e $S&

•

1 v

2 3

 x R  x S

1 2

<

n

<

1  x 0,162 3  x S 2 0,013

2

•



1

S  ;19 m Per-itungan eadloss • eadloss *riksi $*& < slope O ? • < #,##G O 2 m • < ;9 m 2

•

ead ke'e(atan $-v& <

v 2 x g 2

1

• • •

<

eadloss total Meadloss total

2 x 9,81

< ;9 m < Mf S hv < #,##G2 m S #,#2#G m < ;// m

• d. Saluran Pengum(ul dari >utlet  Unit • /irencanakan ' • = tiap bak < # ?5det < #,# m5det • ;umlah saluran pengumpulan < buah • Panjang outlet < "8.2 m • : asumsi <  m5s • /irencanakan kedalaman saluran < #.2 m • Perhitungan ' #imensi saluran >edalaman (M$ < . m • : <=5% •  m5s < #.# m5s 5 (b O h$ • % < #.# m"

• •

% #.# m" B

< h Ob < #.2 m O b  .,9 m

•

<

: 

0.89 x 0.45

bxh b + 2 h  <

0.89+( 2 x 0.45 )  < .223 m

Per-itungan Slo(e $S&

• •

1 v

<

n

2 3

 x R  x S

1



<

0,013

1 2

2

1

3

 x 0,223  x S 2

S  ;19 m Per-itungan eadloss • eadloss *riksi $*& < slope O ?ebar  • < #,##G O #.HG m • < ;9 m 2

•

ead ke'e(atan $-v& <

v 2 x g 2

1

• • •

<

eadloss total Meadloss total

• •

2 x 9,81

< ;9 m < Mf S hv < #,##G2 m S #,#2#G m < ;// m