Buku Ajar PBPAM

Buku ajar PBPAM BAB I PENDAHULUAN u Ê á á istem Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum yang akan direncanakan didasarkan khusus untuk air baku dari air sungai dengan kualitas kekeruhan tinggi. Di dalam perencanaan istem Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum ini digunakan beberapa parameter-paramater sebagai dasar pertimbangan perencanaan yang dianjurkan sesuai dengan rencana induk pengembangan kota baik teknis, ekonomis dan lingkungan seperti standar baku mutu kualitas air minum, tata letak sistem dan lain-lain yang mana akan dibahas satu persatu. Menurut Narihito Tambu kriteria perencanaan adalah suatu kriteria yang dipakai sebagai pedoman perencanaan. Perancangan diharapkan mampu menggunakan kriteria secara tepat dengan membandingkan kondisi sebenarnya dengan pa rameter yang tertulis dalam kriteria dibawah ini. Nilai -nilai yang digunakan kriteria diambil dari hasil penelitian terdahulu yang kemudian dikelompokkan dalam parameter yang umum.

u Ê àáá u uá

Tujuan pengolahan air minum adalah : Meningkatkan ilmu pengetahuan di bidang pengolahan air minum untuk antisipasi jangka panjang. Meningkatkan kepedulian nasional terhadap perlindungan lingkungan hidup. Melindungi lingkungan hidup dari bahaya yang dapat ditimbulkan terhadap bidang kesehatan lingkungan, ekonomi, sosial dan politik Melindungi kesehatan masyarakat Menghindari kerusakan instalasi yang tidak dapat diperkirakan sebelumnya. Melindungi sumber air baku yang digunakan sebagai air baku untuk air minum, keperluan pembangkit tenaga listrik, irigasi, dan lain-lain Menghilangkan material tersuspensi maupun terlarut, menghilangkan organisme patogen, mereduksi kandungan ,P dan komponen organik toksik dan menghilangkan kontaminan lainnya seperti organik sukar larut, anorganik terlarut, dll. u Ê `à`àáàá

Data-data yang diperlukan untuk merencanakan bangunan pengolahan air minum yaitu : Daerah pelayanan Merupakan data mengenai daerah dari suatu instalasi pengolahan air minum, dimana air baku yang diambil dari sumber air baku untuk melayani daerah pelayanan tersebut. Periode perencanaan Instalasi pengembangan pengolahan air minum yang direncanakan harus ditentukan periode perencanaan mengingat waktu untuk pembangunan pengembangan instalasi tersebut. Dasar pertimbangan pentahapan periode perencanaan yaitu : pertumbuhan penduduk yang dilayani, kemampuan sosial ekonomi penduduk, kecepatan perkembangan sarana kota, komersil dan industri, kekuatan konstruksi instalasi dan perlengakapannya dan ketersediaan dana dan kemungkinan pengembalian dana yang ditanamkan selama rancangan. Karakteristik air baku Dalam setiap studi pradesain, pembuatan air minum berkualitas merupakan tujuan utama pengolahan air. Kualitas air dipengaruhi oleh kombinasi tanah dan air, keadaan dan pengaturan kualitas air minum lokal, pengolahan air mentah dan tujuan dasar

Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

Buku ajar PBPAM fasilitas pengolahan air pemerintah kota, yaitu memberikan kesehatan, tempat yang estetis, serta persediaan air yang ekonomis. Dalam air baku terdapat zat-zat, senyawa-senyawa, atau partikel-partikel apa saja yang terdapat di dalam air selain H2O. Hal ini nantinya berka itan dengan apa saja yang harus ada dalam instalasi baik menyangkut unit operasi maupun unit proses dan bagaimana keluaran atau efluen yang dihasilkan dari pengolahan air minum dalam suatu instalasi. Kualitas air baku terdiri dari (Tambo, Narihito, 1974) : Kualitas Fisika, yaitu tinjauan secara fisik seperti total solid, suspended solid, bau, warna, temperatur, turbiditas, daya hantar listrik. Kualitas Kimia, menyangkut unsur-unsur, senyawa-senyawa, atau zat-zat kimia yang turut serta dalam suatu air baku. Kualitas kimia tersebut antara lain : Klorida, Nitrogen, Alkalinitas, dan lain-lain. Karakteristik Biologi, makhluk hidup biasanya mikroorganisme yang terdapat dalam air baku antara lain bakteri, protozoa, algae, jamur. Kualitas Efluen, buangan dari suatu sistem instalasi sesuai dengan tujuan dari suatu instalasi yaitu untuk memenuhi persyaratan atau standar baku mutu yang tidak merusak lingkungan. Jenis umber Air Baku Beberapa sumber air baku yang dapat digunakan untuk penyediaan air minum adalah: Air Hujan Air hujan bersifat lunak karena tidak mengandung garam dan zat-zat mineral, lebih bersih, namun dapat bersifat korosif karena mengandung zat-zat yang terdapat di udara seperti NH3, CO2 agresif, ataupun O2. Dari segi kuantitas, air hujan tergantung pada besar kecilnya hujan, sehingga tidak mencukupi jika digunakan untuk persediaan umum karena jumlahnya berfluktuasi. Air hujan juga tidak secara kontinu dapat diperoleh karena sangat tergantung pada musim. Air Permukaan Air permukaan yang biasa digunakan sebagai sumber air baku adalah air waduk, sungai, dan danau. Pada umumnya, air permukaan telah terkontaminasi zat-zat yang berbahaya bagi kesehatan, sehingga memerlukan pengolahan terlebih dahulu sebelum dikonsumsi oleh masyarakat. Kuantitas dan kontinuitas air permukaan sebagai sumber air baku cukup stabil. Air Tanah Air tanah mengandung garam dan mineral yang terlarut pada waktu air melalui lapisan-lapisan tanah, serta bebas dari polutan. Namun tidak menutup kemungkinan bahwa air tanah tercemar oleh zat-zat yang mengganggu kesehatan, seperti Fe, Mn, kesadahan, dan sebagainya. Berdasarkan kedalamannya, air tanah dibedakan menjadi air tanah dangkal dan air tanah dalam. Air tanah dangkal kualitasnya lebih rendah daripada air tanah dalam. ecara kuantitas, air tanah dapat mencukupi kebutuhan air bersih. Tetapi dari segi kontinuitas, pengambilan air tanah harus dibatasi, karena pengambilan yang terus menerus dapat menyebabkan penurunan muka air tanah dan intrusi air laut. Mata Air Dari segi kualitas, mata air sangat baik karena belum terkontaminasi oleh zat-zat pencemar. Pencemaran biasanya terjadi di lokasi mata air itu muncul. Dari segi kuantitas dan kontinuitas, mata air kurang bisa diandalkan sebagai sumber air air baku. Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

Buku ajar PBPAM u Ê u u á u

Prosedur pemilihan persediaan air mentah berawal dari eveluasi teknis mencakup penyelidikan pengembangan sumber air. Pada pemilihan sumber air, Insinyur perencana harus mengenal kualitas dan kuantitas sumber. Untuk sumber air permukaan, hal yang harus dipelajari untuk tujuan tertentu adalah: Aspek kuantitas Data jumlah air selama masa kekurangan untuk menunjang analisis statistik dari curah hujan, limpasan dan aliran sungai Kecukupan pasokan yang aman untuk memnuhi kebutuhan saat ini dan mendatang Pengukuran tingkat kelestarian oleh federal atau Lembaga Negara termasuk daerah cakupan dan penggunaan anak sungai di masa mendatang tudi menyeluruh tentang kandungan air lokal Tingkat penggunaan lahan didaerah cakupan air. Aspek kualitas Data kualitas air selama periode kurun waktu tertentu Penilaian resiko kontaminasi oleh ketidaksengajaan tercempur bahanyang mungkin beracun, berbahaya atau merusak pengguna rumah tangga. Tingkat usulan pengembangan lahan saat ini dan mendatang Tingkat manajemen dan pengawasan pemilik Hal-hal umum Taksiran reabilitas sumber air, Tingkat kesulitan pelaksanaan alat otomatisasi, perpipaan, bangunan pengolah air dan jaringan distribusi Pengaruh lingkungan Pengaruh keuangan u Ê ùà

ebelum ditentukan sistem pengolahan yang akan dipakai untuk mengolah air minum, terlebih dahulu dilakukan pemilihan dari berbagai sistem pengolahan yang ada untuk mendapatkan sistem yang paling sesuai. Untuk melakukan pemilihan sistem pengolahan, pertimbangan-pertimbangan yang perlu dilakukan meliputi (Tambo, Nrihito, 1974) : Beban pengolahan Didasarkan pada kualitas dan kuantitas influent yang ada terhadap kualitas effluent yang diinginkan. ehingga diketahui berapa besar beban pengolahan yang harus dipenuhi oleh sistem pengolahan. istem pengolahan yang terpilih merupakan sistem yang dapat memenuhi kriteria-kriteria yang ditetapkan untuk mendapatkan kualitas pengolahan sesuai yang diinginkan. Aspek teknis Yang dipertimbangkan antara lain menyangkut ketersediaan lahan, kemudian teknis pelaksanaan, dan pengadaan bahan-bahan untuk pembangunan instalasi. elain itu juga dipertimbangkan segi operasionalnya, menyangkut ketersediaan tenaga,


Buku ajar PBPAM peralatan, kemudahan dalam pengadaan bahan-bahan penunjang pengoperasian dan pemeliharaan instalasi. Aspek ekonomis Berhubungan dengan masalah pembiayaan untuk konstruksi, pemeliharaan dan operasionalnya. Aspek lingkungan Adanya pertimbangan terhadap kemungkinan pengaruh keberadaan instalasi pengolahan air buangan yang direncanakan terhadap kenyamanan dan kesehatan penduduk di sekitar lokasi. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan jarak minimum lokasi pengolahan terhadap pemukiman penduduk. u Ê à` á uàu uá

Langkah pertama dalam penentuan kualitas air olahan adalah penentuan peraturan kualitas air yang dipakai. tandar kualitas air diumumkan pada tingkat internasional, maupun pada masing-masing negara. atu pertimbangan dalam pengembangan kualitas air olahan adalah kemungkinan standar kualitas air diubah atau dimodifikasi di masa depan. Perubahan masa mendatang mungkin memperngaruhi reabilitas dan fleksibilitas proses pengolahan air yang ditetapkan agar memenuhi standar yang lebih ketat. tandar kualitas air bersih dan minum yang berlaku di Indonesia saat ini adalah Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 tanggal 14 Desember 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air serta Keputusan Menteri Kesehatan (Kepmenkes) RI No. 907/Menkes/K/VII/2002. Dalam Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 pasal 8 tentang Klasifikasi dan Kriteria Mutu Air, air diklasifikasikan menurut mutunya ke dalam empat kelas, yaitu : Kelas 1, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Kelas 2, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Kelas 3, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan air yang sama dengan kegunaan tersebut. Kelas 4, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi, pertanaman, dan atau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. Tabel di bawah ini merupakan Keputusan Menteri Kesehatan RI Nomor 907/MENKE/K/VII/2002 : yang merupakan persyaratan kualitas air minum dan air bersih serta mengacu pada nilai panduan WHO. Tabel 1.1. tandar Air Minum No Parameter

atuan


Kadar Maksimum yang

Buku ajar PBPAM Diperbolehkan 1

2

BACTERIOLOGI Escherecia coli total coliform FIIK warna bau dan rasa

jml/100ml 0 jml/100ml 0 TCU -

15 -

Lanjutan tabel 1.1. Kadar Maksimum yang Diperbolehkan ±3 5 1000 -

Ê

No Parameter atuan temperatur C kekeruhan NTU uspended olid () mg/lt residu tersuspensi (T) mg/lt padatan terlarut (TD) mg/lt 3 KIMIA mg/lt A. ANORGANIK mg/lt arsen mg/lt 0,01 barium mg/lt 0,7 kadmium mg/lt 0,003 kromium (valensi 6) mg/lt 0,05 tembaga mg/lt 1 sianida mg/lt 0,07 flourida mg/lt 1,5 timbal mg/lt 0,01 nitrat mg/lt 50 nitrit mg/lt 3 selenium mg/lt 0,01 amonia (NH3) mg/lt 1,5 klorida mg/lt 250 klorin bebas mg/lt 0,2 kesadahan (CaCO3) mg/lt 500 hidrogen sulfida mg/lt 0,05 besi mg/lt 0,3 mangan mg/lt 0,1 pH mg/lt 6,5 - 8,5 seng mg/lt 3 Ê Ê ÊÊ

ÊÊÊ

Pengolahan Air Bersih/Air Minum Menurut Tambo (1974), pengolahan air didefinisikan sebagai operasi teknis yang dilakukan terhadap air baku agar menjadi air bersih yang memenuhi persyaratan kualitas sebagai air bersih/air minum dengan menggabungkan beberapa proses


Buku ajar PBPAM pengolahan. Pengolahan air bertujuan untuk mengurangi konsentrasi masing-masing polutan dalam air sehingga aman untuk digunakan. Menurut Reynolds (1982), unit operasi dan unit proses yang digunakan dalam pengolahan air bersih adalah sebagai berikut : p

p p

p p

p

p trategi pengolahan air yang dapat diterapkan pada masing-masing jenis air adalah berbeda. trategi pengolahan yang lengkap meliputi: Prasedimentasi Koagulasi Flokulasi edimentasi Filtrasi Desinfeksi edangkan Peavy et. al. (1985) menggambarkan bagan pengolahan air minum untuk air permukaan yang keruh dan mengandung zat organik, sebagai berikut: Proses

Penambahan Bahan Kimia


Buangan

Buku ajar PBPAM

Prasedimentasi: digunakan jika Air baku sumber air baku alirannya deras, berfungsi menyisihkan yang Klorin tinggi, bahan kimia dapat ditambah 1 kan untuk mengoksidasi zat organik Ammonia atau menahan oksidasi biologinya. Koagulasi, Flokulasi, edimentasi: berfungsi menyisih kan kekeruhan dengan cara meng gumpalkan koloid dan mengendap kannya, juga digunakan untuk menyisihkan warna yang disebabkan oleh molekul organik.

Alum 2 Polimer

Filtrasi: berfungsi menyisihkan Klorin kekeruhan yang tersisa, desinfektan dapat ditambahkan untuk mencegah pertumbuhan makhluk hidup pada media filter. Adsorpsi: diperlukan jika air mengandung zat organik terlarut, berupa kolom karbon aktif atau dapat juga dengan menambahkan karbon aktif powder. Desinfeksi: Digunakan untuk mem bunuh bakteri patogen. Klorin ditambahkan dalam jumlah yang cukup untuk mendapatkan sisa klorin yang cukup di dalam sistem distribusi. Reservoir: Digunakan untuk me mungkinkan waktu kontak desinfeksi terpenuhi dan untuk menyimpan air untuk kebutuhan puncak

3

Lumpur diambil secara periodik dan dibuang dengan cara diratakan di atas tanah Lumpur diambil secara kontinyu & dilandfilling atau dengan cara lain, setelah di lakukan proses dewatering

Air pencucian & lumpur yang telah didewatering dibuang bersama

4

dengan lumpur dari proses sebelumnya.

Klorin 5

Uap dari pembersihan kolom

6 Ke sistem distribusi

Gambar. 1.2. Bagan Pengolahan Air Minum untuk Air Permukaan yang Keruh dan Mengandung Zat Organik (umber: Environmental Engineering, 1985)


Buku ajar PBPAM ! à

"

&

) ,

*+ - à $à((%+

.

-

2 3

4

5

6

(

(

! # ! $ % $ % ' ( ' $ % ' ( ' "/ 01! ( à $ % 01! à $ % 01! 01! ( $ %

Lanjutan tabel 1.2.

'

& )

0! / ( " 7 0!


Buku ajar PBPAM

,

"/ 0! / 0!

umber : Montgomery, 1985; (*) Tambo, 1974


Buku ajar PBPAM BAB II INTAKE 2.1. Umum Intake adalah suatu konstruksi yang berguna untuk mengambil air dari sumber air di permukaan tanah seperti reservoir, sungai, danau, atau kanal. Lokasi intake harus memperhatikan beberapa faktor berikut ini: Kualitas air yang tersedia di lokasi harus baik Berlokasi di tempat dimana tidak terdapat arus/aliran kuat yang dapat merusak intake elama banjir, air tidak boleh masuk ke dalam intake ebaiknya sedekat mungkin dengan stasiun pemompaan Pasokan tenaga harus tersedia dan dapat digunakan Angin yang menyebabkan sedimentasi harus dihindari Lokasi harus mudah dijangkau dan dekat tempat pengolahan sehingga meminimalkan biaya perpipaan Lokasi sebaiknya tidak berada di daerah cekungan ebaiknya tertutup untuk mencegah masuknya sinar matahari yang bisa menstimulus pertumbuhan lumut atau ganggang di air ataupun pengotor-pengotor dari luar Tanah tempat dibangunnya intake haruslah stabil Bangunan intake harus kedap air Pipa inlet ditempatkan di bawah permukaan sungai atau danau untuk mendapatkan air yang lebih dingin dan mencegah masuknya benda-benda yang mengapung ebaiknya terletak agak jauh dari bahu sungai untuk mencegah kemungkinan pencemaran ebaiknya terletak pada bagian hulu kota Peletakan intake ini juga dengan mempertimbangkan hal berikut : Intake dibangun pada tempat yang aman, arus aliran tidak terlalu besar, pada daerah sungai yang landai dan lurus, sehingga faktor keamanan bangunan intake terjamin dan sungai dapat dijaga kesinambungannya. Intake harus dibuat dengan pertimbangan peningkatan debit di masa yang akan datang. Pengolahan air akan gagal bila sistem intake gagal mensuplay air. Intake harus ditempatkan pada posisi akses yang mudah dengan desain dan bangunan untuk mensuplay kuantitas air dengan kualitas terbaik. Faktor utama sistem intake adalah reabilitas, keamanan, operasi minimal dan biaya pemeliharaan. Intake hendaknya ditempatkan pada sungai sebagai sumber air permukaan. umber air baku berasal dari air sungai permukaan, maka sistem intake berupa intake sungai. Pemilihan tempat untuk intake sungai berdasarkan pada (Tambo, Narihito, 1974) : Menghasilkan kualitas air terbaik dengan penerapan prosedur untuk menghindari pencemaran sumber air


Buku ajar PBPAM Memperkirakan kemungkinan perubahan aliran dan arus sungai Meminimasi efek banjir, suspensi, dalam aliran Menyediakan akses untuk pemeliharaan dan perbaikan Menyediakan ruang cukup untuk kendaraan Membolehkan adanya penambahan fasilitas akan datang Menyimpan kuantitas air yang aman untuk musim kemarau Meminimasi efek fasilitas terhadap kehidupan aquatik Menghasilkan kondisi geologi yang layak Jenis-jenis intake sungai: Intake tower adalah intake berbentuk menara yang dibangun di tengah sumber air baku dan pengaliran air bakunya menggunakan pipa yang di bangun di atas sungai.

Gambar 2.1 Intake Tower (umber: Kawamura, 1991) hore intake adalah intake yang dibangun di tepi sungai berupa rumah pompa dengan intake berada dibawah permukaan air minimum.


Buku ajar PBPAM

Gambar 2.2 hore Intake (umber: Kawamura, 1991) Intake crib adalah intake yang dibangun di dasar sungai/sumber air baku yang dilengkapi pipa dengan screen dan pipa untuk mengalirkan air ke instalasi pengolahan.

Gambar 2.3 Intake Crib (umber: Kawamura, 1991) iphon well intake yaitu bangunan intake pada tepi sungai dan air baku dialirkan dengan menggunakan siphon menuju sumur pengumpul dan selanjutnya akan dipompakan menuju instalasi pengolahan.


Buku ajar PBPAM

Gambar 2.4 iphon Well Intake (umber: Kawamura, 1991) Intake bendung adalah intake yang dibuat dengan membendung sungai pada tepinya sehingga air akan masuk pada saluran intake untuk masuk ke instalasi pengolahan air. Floating intake yaitu intake dengan rumah pompa yang dapat bergerak mengikuti ketinggian muka air dan dihubungkan dengan pipa yang dapat mengikuti pergerakan pompa karena menggunakan flexible joint (Kawamura, 1991).

Gambar 2.5 Floating Intake (umber: Kawamura, 1991) 7. Intake sumuran adalah intake berupa sumur beton berdiameter 3-6 m yang dilengkapi dua atau lebih pipa besar (penstock) yang dilengkapi dengan katup sehingga memungkinkan air memasuki intake secara berkala, lalu air yang terkumpul dalam sumur dipompa ke instalasi pengolahan (Layla, 1978)


Buku ajar PBPAM Tutup manhole

HWL

Ke pompa

umur intake

HWL Pipa hisap

creen

Gambar 2.6 Intake umuran (umber: Layla, 1978) 2.2. creen Pada intake biasanya dipasang kisi-kisi atau saringan (screen) untuk mencegah masuknya daun-daun dan reruntuhan, melindungi pompa dari sampah-sampah dan benda-benda penyumbat lainnya serta untuk menghilangkan padatan-padatan kasar yang mengapung, dengan criteria desain sebagai berikut : Tabel 2.1. Kriteria Desain Intake No Keterangan Uni Kawamu Droste Layla3 Reynold Metcalf Qasim t ra1 2 s4 5 1 Kecepatan m/s <0.6 <0.6 0.4-0.8 0.3-0.6 0.3-0.6 2 Kemiringan 0 60 30-75 30-45 45-60 3 barscreen cm 1.25-2 2-5 1.25-3.8 5-15 4 Tebal barscreen cm 5-7.5 5-15 2.5-7.5 2.5-5 2.5-5 0.4-0.8 5 Jarak antar 1:2 2.5-7.5 6 barscreen cm 7.5-15 15 15 H:L Headloss Persamaan yang digunakan: 2

º

2à dengan: hv = velocity head (m) v = kecepatan saat melewati batang screen (m/dtk) g = percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2) Rumus Kirschomer: 2 2 è 2 1 2à 0,7 H1=

dengan :

H1

= headloss melalui Bar creen tersumbat, m


Buku ajar PBPAM Vbar V2

= kecepatan aliran melalui Bar creen, m/detik = kecepatan aliran di saluran, m/detik 4

3 ÿ sin á dengan: hL = headloss saat melewati batang screen (m) ȕ = faktor bentuk batang screen w = tebal batang screen (m) b = jarak antar batang screen (m) ș = kemiringan batang dari horisontal (o) Menurut yed, 1985: 4 2 3 ( ) ÿ . 2à Kehilangan tekanan (Hf) : Hf = 3~ . sin ( ) .

Dimana,

~ : faktor bentuk batang

: sudut kemiringan batang (0) t : tebal / diameter batang (m)

v : kecepatan (m/dtk) : massa jenis air (kg/m3)

Hs: Head statis (m)

b : jarak bukaan antar batang (m)

: efisiensi pompa

Tabel 2.2. Harga Faktor Bentuk (~) No

Bentuk kisi

Koefisien

1

Persegi panjang dengan sudut tajam

2.42

2

Persegi panjang dengan pembulatan depan

1.83

3

Persegi panjang dengan pembulatan depan dan belakang

1.67

4

Lingkaran

1.79

umber: yed, 1985

2.3. 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). Persamaan yang digunakan : º 0,6 2 à dengan: Q = debit yang melewati pintu air (m3/dtk) B = lebar pintu air (m) H = tinggi bukaan pintu air (m) h = headloss pada pintu air (m) 2.4. aluran Pembawa aluran pembawa berfungsi untuk menyalurkan air dari intake ke bak pengumpul. Kriteria desain dalam JWWA (1978): Kecepatan minimum (v) : 0,3 m/dtk Kecepatan maksimum (v) :


Buku ajar PBPAM Beton : 3 m/dtk Baja, besi, PVC : 6 m/dtk Persamaan yang digunakan adalah: Rumus Hazen-Williams, 1, 85

6,82 ÿ Menurut Manning: 1 2 3 12 V=

1,167

`

dengan:

h = headloss pipa/saluran pembawa (m) v = kecepatan aliran pada pipa/saluran pembawa (m/dtk) C = koefisien kekasaran Hazen-Williams (C = 60 140) L = panjang pipa (m) D = diameter pipa/saluran pembawa (m) R = jari-jari hidrolis (m) = kemiringan saluran (slope) n = koefisien manning 2.5. Bak Pengumpul Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air dari intake untuk diolah oleh unit pengolahan berikutnya. Bak pengumpul dilengkapi dengan pompa intake dan pengukur debit. Kriteria desain dalam JWWA (1978): Kedalaman (H) :3 5m Waktu detensi (td) : 1,5 menit Persamaan yang digunakan: º a dengan: Q = debit yang masuk bak pengumpul (m3/dtk) V = volume air yang masuk bak pengumpul (m3) td = waktu detensi (dtk) A = luas bak pengumpul (m2) H = kedalaman bak pengumpul (m) p = panjang bak pengumpul (m) l = lebar bak pengumpul (m) 2.6. Grit chamber Grit chamber akan melindungi perlengkapan mekanis dan pompa dari abrasi, mencegah penyumbatan pompa oleh endapan dalam saluran dan mencegah akumulasi material masuk dalam unit pengolahan selanjutnya. Berdasarkan pertimbangan biaya konstruksi dan operasi, maka diperoleh grit chamber aliran horisontal dengan kontrol kecepatan (velocity controlled grit chamber). Rumus yang digunakan Over Flow rate (OR) = 900 x V settling


Buku ajar PBPAM dimana OR : Overflow rate, gal/hr/ft2 Vsettling : Kecepatan pengendapan, in/menit 1 2/3 1/2 R V= n h = dimana: h : V : n : R : :

Vxn dan h 2/3 ÿ

2

R

headloss melalui Grit Chamber, m kecepatan pada saluran Grit Chamber, m/det koefisien Manning jari-jari hidrolis, m panjang saluran Grit Chamber, m a h è ÿ 3 Q = 4,917 a1/2 b Dimana; Q : debit aliran melalui proporsional weir, ft3/detik

uuÊ à uàu u uuà

uu Parameter Diamater padat minimal yg disisihkan Jumlah bak minimum Kedalaman dengan pembersih otomatis air tanpa pembersih otomatis Rasio P : L Rasio P : H vh (m/detik) td (menit) urface louding (m3/m2.jam) k (safety factor) kontrol lope dasar grit chamber


umber (referensi) Kawamura Montgomery 0,1 mm 0,1 mm 2 2 3 4m 3,5 5 m 4:1 8: 1 min 6 : 1 0,05 0,08 6 15 10 25 1,5 2 vo/H > vh/P 1 : 100

3 4m 3,5 5 m 3:1 8:1 10 : 1 0,05 10 20 8,33 16,67 1,5 2

1 : 100

Buku ajar PBPAM """ # $% " &'%#$% "

p ( ) *

! + , (- !./* (/00*

p ( ) * 1+ ! ! 2 ! p !

! + +! + 3 ! 2 (! * 2 2 ( * 4 (* 1 ! 52 ! ! , ! ! ! 1 2 ( *! 6 5 +! ! , (* !


Buku ajar PBPAM + !

p ! ! ! (p 4 * (

*+ p !

- ! ) ) a ( 2 ) 36M , ( 2 ) 33M , a

2M

2M (S )

! 2

! 7 ! (p 8* ! p 2 ! ! ! ! ( * 5 ! (- !./* Alumunium ulfat (Alum) Alum [Al2(O4)3.18H2O] adalah salah satu koagulan yang umum digunakan karena harganya murah dan mudah didapat. Alkalinitas yang ada di dalam air bereaksi dengan alumunium sulfat (alum) menghasilkan alumunium hidroksida sesuai dengan persamaan : Al2(O4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 ĺ 3CaO4 + 2Al(OH)3 + 6CO2 + 14 H2O Bila air tidak mengandung alkalinitas untuk bereaksi dengan alum, maka alkalinitas perlu ditambah. Biasanya alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida yaitu berupa kalsium hidroksida (Ca(OH)2) dengan reaksi : Al2(O4)3.14H2O + 3Ca(OH)2 ĺ 2Al(OH)3 + 3CaO4 + 14 H2O


Buku ajar PBPAM Alkalinitas bisa juga ditambahkan dalam bentuk ion karbonat dengan penambahan natrium karbonat. Kebanyakan perairan memiliki alkalinitas yang cukup sehingga tidak ada penambahan zat kimia selain alumunium sulfat. Nilai pH optimum untuk alum sekitar 4,5 8,0. Ferrous ulfate (FeO4) Ferrous sulfate membutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida agar menghasilkan reaksi yang cepat. enyawa Ca(OH)2 biasanya ditambahan untuk meningkatkan pH sampai titik tertentu dimana ion Fe2+ diendapkan sebagai Fe(OH)3. Reaksinya adalah : 2FeO4. 7H2O + 2Ca(OH)2 + ½ O2 ĺ 2Fe(OH)3

+ 2CaO4 + 13 H2O

Agar reaksi di atas terjadi, pH harus dinaikkan hingga 9,5. elain itu, ferrous sulfate digunakan dengan mereaksikannya dengan klorin dengan reaksi : 3FeO4.7H2O + 1,5Cl2 ĺ Fe2(O4)3 + FeCl3 + 21H2O Reaksi ini terjadi pada pH rendah sekitar 4,0. Ferric ulfate dan Ferric Chloride Reaksi sederhana ferric sulfate dengan alkalinitas bikarbonat alam membentuk ferric hydroxide dengan reaksi : Fe2(O4)3 + 3Ca(HCO3)2 ĺ 2Fe(OH)3 + 3CaO4 + 6CO2 edangkan reaksi ferric chloride dengan alkalinitas bikarbonat alami yaitu : 2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2

ĺ 2Fe(OH)3 + 3CaO4 + 6CO2

Apabila alkalinitas alami tidak cukup untuk reaksi, Ca(OH)2 ditambahkan untuk membentuk hidroksida. Reaksinya adalah : 2FeCl3 + 3Ca(OH)2

ĺ 2Fe(OH)3 + 3CaCl2


Buku ajar PBPAM Menurut Kawamura (1991), pengadukan cepat bisa dilakukan dengan sistem difusi secara hidrolis, mekanis maupun dengan pompa. Tipe pengadukan cepat yang umum digunakan, berdasarkan keefektifan, kemudahan pemeliharaan serta biaya, urutan pilihannya adalah sebagai berikut : ) + ( 9* 2 + 2 6 !

! + ,+ 2 ! 0: 000 ,( 33 ;*

4 !.: 95 "+ p 8 ", ) ( 9/* p p (* ! ! (/* + ( * (9* + ! ! ! ! p+ !:</: ! ! 0=


Buku ajar PBPAM ! ! , ( *

4 !.: 9/", 4 ) & 0.5

ÿÿ º .

$ ) !p ( *

u

u

0,009(2 è 1)u 2 u 0,1 ÿÿ2 `4

p

> (3>&?*

> (&?/*>99=0,9&?/0@8

6

A

> 2 (9* > (9?*

> >000:=: ?9

> +(*


Buku ajar PBPAM

&

> !>00 >+

4 ) ( 99* p % p &

! ! 0<=0 =00<000 ,( 33 ;* Menurut Reynolds, 1982:

Gradien kecepatan : G2 = u.j Menurut Fair & Geyer, 1986: Daya pengadukan yang dibutuhkan - Untuk single blade : P = 5.74 x 10-4. Cd . 6 . (1 K )3 n3 r3 A - Untuk multiple blade : (r4 - r04 ) P = 1.44 x 10-4 CD . 6 . (1 K )3 n3 b Cd = Koefisien Drag , harganya ditentukan sbb : Tabel 3.1. Harga Koefisien Drag No Panjang : Lebar Cd 1 5 1,2 2 20 1,5 3 1,9 umber: Reynolds, 1982 Keterangan :

P : Daya pompa (watt)

n : jumlah putaran permenit (rpm)

u : viskositas dinamis (Ns/m2) r : jari -jari blade/impeller (m) v : volume (m3)

A : luas blade/impeller (m2)

Cd: koefisien drag

b : lebar blade/impeler (m)

6 + ( ?9* (+* G : gradien kecepatan (1/dt) k : ratio kecepatan fluida terhadap kecepatan blade/impeller


Buku ajar PBPAM

4 !.: 994 4 ) ", ) ( 9B* 1 ! ! ! 2 ! p ! ( * ! & + + ! ! 2 ( 33 ;*

4 !.: 9B", 4 4 ) C! ) +( 9:*


Buku ajar PBPAM p 6, ! 1 2 9/D + 90 ! 000,/0@8( 33 ;* Gradien kecepatan (G) : 400-1000 /dt Waktu detensi (td) : 60 detik (untuk kekeruhan tinggi) G x td : 20.000 30.000 à . º . ú dimana,

1

2

(2-11) G =gradien kecepatan (1/detik) g

=percepatan gravitasi (m/s2)

h

=tinggi terjunan

Ã

=viskositas kinematis

Gambar 3.5. Koagulasi Tipe Terjunan ( 9=* 1 ! 2 ! + 4! + !

( *


Buku ajar PBPAM

4 !.: 9= '4 ) + p+ !

( /00*

à 2

º

u /

% 6

>+ (*

> (? * A

>/:<B?

> (9? *

> ( * > (* >E à /


Buku ajar PBPAM

Ã

> (?*

> (90=)0,=?08*

9:0,;00?? à º

ÿÿ

0:

> ( *

C

> (.? /*

> + (*

Ã

>

> (90=)0,=/? 0@8*

p !(.:* + (* (*$ ! ! ! 1 9/ $ &

/ 9 B

$

,

- !

%!/

9

B

900

0,90

90,=0

/0,=0

900,=00

B

B:,.0

, 1 )1

C

;00, 000

;00,000 /0,B0 /0000, 90000

p !:

4

!=

=00,

000

000 0,=0

000,/000

:0,;:

F/ ,%!.0F9- !./F B /00F:p !.:F

=4 !.:


Buku ajar PBPAM p , ) ! ! ( * )

>9:0<;00( , 000*

><:

9/' 4 (* ! 1+! ! ! + ! ! " , , & ! + p !

(4 !.:* 1 ! ! 1 ! p ( * p 6 1 2 C 2 6 ! 4 !(.:* + ! '


Buku ajar PBPAM p ! 2,2 ! ! ( 33 ;* p )(*& )!

0B 0:& ! ! ! ! ! ! (p !.:* 4 (* , 8 Persamaan yang digunakan: à . º ÿ . dengan: G g h ȣ td hL K v

1

2

2

2à

= gradien kecepatan (1/dtk) = percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2) = headloss total (m) = viskositas kinematik air (m2/dtk) = waktu dsetensi (dtk) = headloss per belokan (m) = 1,5 = kecepatan aliran air (m/dtk) (Kawamura, 1991)


Buku ajar PBPAM

33 ;

Gambar 3.7 Baffled Channels /p

` 2j

3

ÿÿ

0 .5

8

> ! ( !.*

x

=

>

(/*

viskositas kinematik fluida (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 °C 6 > (9*

>

(?*


Buku ajar PBPAM

umber : Kawamura, 1991 Gambar 3.8 Horizontal haft Flocculator 3. Pengadukan melalui plat berlubang, pengadukan ini memanfaatkan kontraksi pada waktu air melalui lubang.

Diffuse r

Detail plat

Gambar 3.9. Flokulator Melalui Media Berlubang

p )(*& )!

0B 0:& ! ! ! ! ! ! (p !.:* Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

Buku ajar PBPAM Menurut Darmasetiawan (2001) pada model flokulator dengan plat berlubang kehilangan tekanan dan dapat dihitung dengan persamaan :

º

. 2 2 à (à / 4 ` 2 ) 2

edangkan untuk menghitung nilai G dicari dengan rumus :

1 8 3 ú à` 2

0 .5

Keterangan : Hf = kehilangan tekanan (m) K = koefisien kontraksi (2 - 4) Q = debit (m3/dt) N = jumlah lubang / diffuser = viskositas kinematik (1.306 x 10-6 m/s2 pada suhu 10 oC) D = diameter lubang (m) A = luas plat (m2) L = jarak antar plat (m)

1 99 ' 4 (C 2 p * &

/ 9

B

: =

,

- !

p !

4

%!/

9

B

:

!=

=0,0

0,;:

.0,/0

;0,/0

G:0

90,B0

0,0

0,/0

0,90

:,/0

0B,0:

0B,0:

B.

?

0

0,0

$ ,

1 )1

%

:,/0H

0: 0 :,/0 H

0B, 0:

:,/0 H

F/ ,%!.0F9- !./F B /00F:p !.:F=4 !.:

Contoh perhitungan :


I/0H

Buku ajar PBPAM Contoh 1 Koagulasi Aliran air = 0,05 m3/s Diameter pipa = 8 inchi = 0,2032 m Panjang pengadukan (L) = 2,5 X 0,2032 m § 0,5 m V = ¼ ʌ D2.L = ¼ ʌ (0,2032)2.(0,5)m = 0,016 m3 Dengan persamaan 2.12 0,009(2 è 1)(0,05)2 (1)(1,336.10è3 )0 ,1 ÿÿ 2 0,013 (0,2032) 4

Dengan persamaan 2.11, º (0,05) (1000,15615) (0,013) º 0,66 / Dengan persamaan 2.10 0.5

0,5 0,66 ÿÿ º ÿÿ º 175,7m è1 è3 . = 1,336.10 0,016 J(tidak memenuhi)

Dengan waktu detensi (t) = 2 detik maka nilai G x t = 175,7 x 2 = 351,4J(memenuhi) Perhitungan kebutuhan PAC (Poly Aluminium Chloride) Pembubuhan PAC untuk 1 (satu) line

= 150 ppm = 150 mg/L

Pembubuhan PAC untuk 2 (dua) line

= 300 ppm = 300 mg/L

Debit yang diolah untuk 2 (dua) line

= (180+180) m3/jam = 360 m3/jam

= 360.103 L/jam Kebutuhan PAC

= 360.103 L/jam x 300 mg/L = 1,08.108 mg/jam = 1,08.108 mg/jam x 10-6 kg/mg x 24 jam/hari = 2592 kg/hari

Perhitungan kebutuhan NaOCl (odium Hypochloride) Debit yang diolah dalam 1 (satu) line

= 50 L/s

DPC (daya pengikat Chlor)

= 1,2 mg/L

isa Chlor Jadi, dosis chlor

= 0,4 mg/L = (1,2 + 0,4) mg/L

NaOCl mengandung 17,5 % chlor, sehingga dosis NaOCl adalah 100 1,6à / 9,14à / · 10 à / · 10 = 17,5

NaOCl yang dibutuhkan 1 (satu) line = 50 L/s x 9,14 mg/L = 457 mg/L = 457 mg/L x 10-6 kg/mg x 3600 s/jam Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

Buku ajar PBPAM = 1,6452 kg/jam = 39,4848 kg/hari § 39,5 kg/hari Flokulator Kapasitas Instalasi

= 50 L/s = 0,05 m3/s

Viskositas kinematis (x)

= 1,306.10-6 m2/s pada suhu 10°C

Percepatan gravitasi

= 9,81 m/s2

Dimensi Diameter flokulator

= 4,8 m

Tinggi air existing

= 3,6 m

Volume tangki

berdasarkan tinggi air :

= ¼ ʌ D2 x t = ¼ x (3,14) x (4,8)2 x 3,6 = 65,11 m3

Waktu detensi (td)

65,11 3 a 3 u = = 0,05 / det

= 1302,2 detik = 21,70 menitJ(memenuhi) Luas lintasan paddle

= 20 % luas bak = 20 % x ¼ ʌ D2

= 20 % x ¼ (3,14) (4,8)2 = 3,62 m2 Gradien kecepatan (G) dengan kecepatan aliran 0,5 m/s (Persamaan 2.14) ` 2j

3

ÿÿ

0.5

1,8.(3,62).(0,5)3 ÿÿ è6 2 ( 1 , 306 . 10 )( 65 , 11 ) =

= 69,20 /detikJ(memenuhi) G x td

= 69,20 /detik x 1302,2 detik

= 90.112,24J(memenuhi) Contoh 2 Kriteria desain terpilih Pengadukan dengan cara mekanis Waktu detensi (td) : 60 dtk Gradien kecepatan (G) : 1000 1/dtk Kedalaman bak (H) : 1,25 x lebar bak Diameter impeler (D) : 50% x lebar bak Jarak impeler dari dasar : 1 x diameter impeler Jumlah putaran (N) : 10 150 rpm Jumlah bak pengaduk : 2 bak Viskositas absolut air (ȝ) : 0,890 x 10-3 kg/m.dtk


Buku ajar PBPAM Massa jenis air (ȡ) : 997 kg/m3 Perhitungan Debit tiap bak (Q¶), ' º 2 0,25 º 0,125 3 / m

' º 2 Volume bak (V), u 0,125 60 7,53 Dimensi bak, Panjang (p) Lebar (l) Kedalaman (H) Daya pengadukan (P), ÿÿ º

2 u

1

=2m =2m =2m

2

*1000 *0,890 10è 3 *7,5

6675 Diameter impeler (Di), Di = 50% x 2 =1m Jari-jari impeler (r), ` 0,5 2 Jarak impeler dari dasar (H¶), H¶ = Di =1m Jumlah putaran (N), Untuk koagulasi pengaduk yang digunakan adalah blade menerus, dengan demikian ri = 0 dan blade ada di kedua sisi batang pengaduk, maka: 3 4 4

*1,44 10 è 4 2 *1 è è 2

*

6675 *1,44 10 è 4 *1,8 *997 *0,3 2 *1 è

3 *0,5 4

6675 2,04 10 è3 2 3 2 148,36

\Bak koagulan Kriteria desain terpilih Koagulan yang digunakan Kadar alum aktif

: Aluminium sulfat (Al3(O4)3.14H2O) : 49 %


Buku ajar PBPAM Massa jenis (ȡ) Konsentrasi larutan alum Dosis alum maksimum (Cal) Jumlah bak koagulan Waktu pencampuran (tc) Perhitungan Kebutuhan alum (M), 100 u a 49 100 *250 *40 49 20408,16à /

:134 gr/100 ml (1,34 kg/l) :5% : 40 mg/l : 2 bak : 8 jam

1763,27 à / Debit koagulan (Q¶), ' º 1763, 27 1,34 ' º 1315,87a / º 54,83a / | Volume alum yang dibutuhkan selama pencampuran (Val), Val = Q¶ x tc = 54,83 x 8 = 438,64 l Volume larutan (Vlar), 100 a º 438,64 5 a º 8772,8a º 8,77 3 Dimensi bak pembubuh Panjang (p) =2m Lebar (l) =2m Kedalaman (H) = 2,4 m ' º

istem pembubuhan koagulan istem pembubuhan koagulan dilakukan dengan menggunakan pompa pembubuh (dosing pump). Dosing pump menyedot koagulan pada bak koagulan di ruang pembubuh kemudian menginjeksikannya ke pipa header sebelum masuk ke unit koagulasi. Debit koagulan (Q) = 54,83 l/jam 54,83a / | 1000 º 913,83a / 60 913,83a / º 9,62a / 95 / Berdasarkan perhitungan debit koagulan yang dibutuhkan dan besarnya volume per stroke dapat ditentukan jenis dosing pump yang digunakan serta setting panjang


Buku ajar PBPAM strokenya dengan menggunakan grafik. Dari grafik didapat jenis dosing pump DM248 dengan tekanan 5 bar yang disetting pada angka 10. Flokulasi Kriteria desain terpilih Pengadukan dengan cara hidrolis (baffle channel vertikal) Jumlah bak : 2 bak Jarak antar baffle minimum : 0,75 m Kedalaman (H) :4m Jumlah channel (n) : 6 buah Jumlah belokan (n-1) : 5 buah Headloss (hL) : 1 2 ft (0,3 0,6 m) Gradien kecepatan (G) : 20 70 1/dtk Waktu detensi minimum (td) : 20 menit (1200 dtk) Kecepatan aliran (v) : 0,1 0,4 m/dtk Viskositas kinematik air (ȣ ) : 0,893 x 10-6 m2/dtk K : 1,5 Perhitungan Volume bak (V), º m º *0,125 *1200 º 1503 Kedalaman bak dibuat 4 m dan lebar bak dibuat 3 m, maka panjang bak (p), º 150 º (a ) 150 º 12,5 º 3 4 Headloss per channel (h), à .

º ÿ Ã .

2Ã . à Tahap I (h1), G = 70 Td = 200 dtk 2 .m º à º

1

2

*70 2 *0,893 10 è 6 *200 9,81

º 0,089

Tahap II (h2), G = 60 Td = 200 dtk


Buku ajar PBPAM

º º

2 .m à

*60 2 *0,893 10 è 6 *200 9,81

º 0,066

Tahap III (h3), G = 50 Td = 200 dtk 2 .m º à º

*50 2 *0,893 10 è 6 *200 9,81

º 0,046

Tahap IV (h4), G = 40 Td = 200 dtk 2 .m º à 2 * 40 *0,893 10 è 6 *200 º

9,81

º 0,029

Tahap V (h5), G = 30 Td = 200 dtk

2Ã . à

*30 2 *0,893 10 è 6 *200 9,81

0,016

Tahap VI (h6), G = 20 Td = 200 dtk 2 .m º à º

*20 2 *0,893 10 è 6 *200

º 0,007 9,81 Jadi headloss channel total (hchannel), hchannel = Ȉh = 0,253 m Luas bukaan (A), A = 0,7 x 0,5 = 0,35 m2 Kecepatan aliran (v), v = Q/A = 0,125/0,35 = 0,36 m/dtk


Buku ajar PBPAM Headloss per belokan (hL), 2

º

2à

º *1,5

*0,36 2 2*9,81

º 9,9 10 è 3

Terdapat lima (5) buah belokan, maka : hL = 5 x hL = 0,05 m


Buku ajar PBPAM BAB IV EDIMENTAI 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 : Tipe pengendapan bebas (free settling); sering disebut sebagai pengendapan partikel diskrit. Tipe pengendapan partikel flok, yaitu pengendapan flok dalam suspensi cair. elama pengendapan, partikel flok semakin besar ukurannya dengan kecepatan yang semakin cepat. 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. 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 : Proses pengolahan secara keseluruhan. Materi tersuspensi dalam air baku. Kecepatan pengendapan partikel tersuspensi yang disisihkan. Kondisi iklim lokal, misalnya temperatur. Karakteristik air baku. Karakteristik geologi tempat instalasi. Variasi debit pengolahan. Aliran putaran pendek dalam bak sedimentasi. Metode penyisihan lumpur. 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) : Re Ê 2000 j 2

à

10 è 5

Dimana : v = kecepatan aliran (m/s) R = radius hidrolis (m)

= A = luas area yang dilewati (m2)


Buku ajar PBPAM P x g

= keliling basah (m) = viskositas kinematis (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 °C = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)

Pada dasarnya bak pengendapan yang panjang adalah yang paling baik tetapi tanpa didukung oleh faktor hidrolis lainnya seperti lamineritas dan uniformitas dari aliran dan loading rate yang sesuai, pengendapan dapat gagal (Darmasetiawan, 2001). Parameter lain yang penting dalam menentukan keberhasilan pengendapan adalah waktu tinggal dalam bak pengendap. Waktu tinggal atau waktu detensi secara hidrolis adalah volume bak dibagi dengan debit rencana (Kawamura, 1991) : u Dimana : td = waktu tinggal (detik) V = volume kolam pengendapan (m3) Q = debit aliran (m3/detik) Menurut Peavy (1985), tipe bak sedimentasi dibagi atas : Bak Empat Persegi Panjang (Long-Rectangular Basin) Bak empat persegi panjang (Gambar 2.17) secara umum digunakan dalam instalasi pengolahan yang mengolah aliran besar. Tipe bak ini secara hidrolis lebih stabil. Biasanya desainnya, terdiridari bak-bak yang panjangnya 2 - 4 kali lebarnya dan 10 20 kali kedalamannya. Untuk memungkinkan pengeluaran lumpur endapan, maka dasar bak dibuat dengan kemiringan tertentu. Kecepatan horizontal (Vo) aliran air di dalam bak rectangular dihitung dengan persamaan (Al-Layla, 1980) : u (m/jam) edangkan waktu detensinya (t) adalah a a u u (jam) dan waktu pengendapan (Vs) dihitung dengan persamaan : u u a (m/jam) Dimana : Q = debit alran air (m3/jam) V = volume bak sedimentasi (m3) =l xbxh As = luas permukaan bak = b x l


Buku ajar PBPAM

umber : Reynolds, 1982 Gambar 4.1. Bak Pengendap Rectangular Tabel 4.1. Kriteria Desain Bak Pengendap Rectangular N Keterangan Unit Kawam Dros Rich Mart o ura1 te2 3 in4 1 Beban M/ja 0.83204-5 2 permukaan m 2.5 70 2.43 Tinggi air m 3-5 2.5-5 3 4 td jam 1.5-4 0.55 Kemiringan 0 60-90 1 6 plate m 707 Panjang m 75 8 Lebar 6:1 2-5 9 P:L 3:1 4:1 10 L:H m 5:1 3:1 11 Freeboard 6:1 12 Re 0.6 13 Fr m/m <2000 <500 14 Kecepatan nt >10>10-5 Removal 5 0.3-1.7 efisiensi Faktor keamanan

JW WA5

Lay la6

Reynol ds7

3-4

2-5

1.8

30 10

45-60 >75 1.5-6 2:1

60

Fair 8

90

0.3-0.7 <500 >105 0.6 5070

umber: 1. Kawamura, 1991; 2. Droste, 1997; 3. Rich, 1961; 4. Martin, 2001; 5. JWWA, 1978; 6. Layla, 1978; Reynolds, 1982; 8. Fair & Geyer, 1986.

5075 0-1

7.

Beberapa kelebihan dan kelemahan bak empat persegi panjang adalah (Montgomery, 1985): Lebih toleransi terhadap shock loads


Buku ajar PBPAM Kinerja dapat diprediksi di bawah kondisi umum Pengoperasian mudah dan rendah biaya pemeliharaan Mudah beradaptasi terhadap modul high-rate settler Membutuhkan desain yang cermat terhadap struktur inlet dan outlet Biasanya membutuhkan fasilitas flokulasi yang terpisah Bak Lingkaran (Circular basins) Bak pengendap lingkaran (Gambar 2.18) mempunyai zona dengan fungsi yang sama dengan bak empat persegi panjang, tetapi arah alirannya sangat berbeda. Pada saat aliran masuk ke tengah dan dialirkan menuju perimeter, kecepatan horizontal air secara kontinu menurun. Kecepatan horizontal (Vo) di dalam bak sirkular dapat dihitung dengan rumus (Al-Layla, 1980) : u u à (m/jam) edangkan waktu detensinya (td) adalah à 2 u u (jam) dan waktu pengendapan (Vs) dihitung dengan persamaan : u u 2 à (m/jam) Dimana : Q = debit aliran air (m3/jam) V = volume bak sedimentasi (m3) r = jari-jari bak sedimentasi h = kedalaman air keseluruhan dimana partikel jatuh 2à à A = luas rata-rata permukaan bak = 2


Buku ajar PBPAM

; Gambar 4.2. Bak Pengendap Circular Perhitungan weir bentuk V-notch pada bak circular menggunakan persamaanpersamaan berikut : Panjang weir (L) =2ʌr Jumlah V-notch (n) Kec. weir loading = = / Debit air per V-notch =


Buku ajar PBPAM

ÿ 15 u ÿ 8 2 à tan á ÿ ÿ 2 Tinggi air di atas V-notch (Hw) = Lebar V-notch pada bagian atas (w) = 2 Hw

2

5

Dimana : r

= jari

rC/C

jari bak sedimentasi = jarak antar pusat V-notch (center to center)

Cd = koefisien pengaliran = 0,62 ș

= besarnya sudut yang dibentuk V-notch

Tabel 4.2. Kriteria Desain Unit edimentasi Circular & , - ! $ %!/ 9

p !:

4

B

?

J09

!= /;.0,

B

/

B:,0

J90

9

1

9,:

/,:

.,:

B

&-

J/000

J:00

J/000

:

&'

G0,:

G0,:

G0,:

=

1

+

,9

/,.

,/

/,B

?+

/,B

,/

9,:

?

/:0,9

;

/:

;

.

0

1 2 3

/?+

0.:, ;

/0B, 9;9:

/:0,9, :0,/ :.,/:

umber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982; 4.Darmasetiawan, 2001; 5.Peavy, 1985; 6. Montgomery, 1985 Bak sirkular mempunyai kelebihan dan kelemahan, yaitu (Montgomery, 1985): Mekanisme penyisihan lumpurnya lebih mudah


Buku ajar PBPAM Efisiensi pengendapan tinggi Adanya masalah pada aliran sirkuit pendek Membutuhkan operasi yang lebih hati-hati Membutuhkan fasilitas flokulasi yang terpisah edikit toleransi terhadap shock loads Pada perencanaan bak pengendap dengan aliran kontinue terdiri dari komponenkomponen sebagai berikut :

Q

Q B Zone inlet

zone pengendapan

Q

zone outlet Q

Vo H

Vs Zone penampungan lumpur

Gambar 2.3 Bak Pengendap ( umber : Darmasetiawan, 2001) Zone inlet Pada zone inlet air yang masuk diasumsikan langsung merata pada potongan melintang di dalam bak pengendap, dengan tingkat kandungan (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. Diameter lubang pada pipa inlet dihitung berdasarkan persamaan : 2 º 2à Dimana : Hf = kehilangan tekanan pada saat air keluar lubang (0.1 - 1 cm) Vo = kecepatan air pada saat melalui lubang (m/s) Apabila debit perlubang adalah à º ` 2 º 4 maka ehingga

4 `º 0 .5 ú à (2 à )


Buku ajar PBPAM Dimana : Q = debit air yang melalui pipa (l/s) Qo = debit air yang melaui lubang (l/s) D = diameter lubang (m) Vo = kecepatan air yang melaui lubang (m/s) N = jumlah lubang Zone pengendapan Pada zone bidang pengendap flok yang sudah terbentuk diharapkan dapat mengendap. ecara 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. Jenis bidang pengendap ini meliputi : bak pengendap dengan aliran horizontal bak dengan plat setler aliran miring bak pengendap dengan aliran keatas ecara umum asumsi yang diambil dalam teori adalah sebagai berikut : partikel yang mengendap tidak dipengaruhi oleh kecepatan aliran kecepatan pengendapan flok merata di seluruh bidang pengendapan secara ideal pula harus diasumsikan bahwa partikel flok yang sudah mengendap tidak terangkat lagi Unformitas dan turbulensi aliran pada bidang pengendap sangat berpengaruh. Oleh sebab itu bilangan fraude yang menggambarkan tingkat unformitas aliran dan turbulensi aliran yang digambarkan oleh bilangan Reynold harus memenuhi kriteria yang telah dientukan. Pada bak pengendap yang menggunakan plate setler berlaku rumus : ÷ º 2( M ÷) 2

º 2 à atau sin O à . . Re º sin O . Ã atau

Fr Re Vo R w

Dimana : = bilangan Fraude Fr > 10-5 = bilangan Reynold Re < 500 = kecepatan horizontal (m/s) = radius hidrolik (m) = viskositas kinematik (1,306x10-6 m/s pada suhu 10oC) = jarak antar plat (m) = kemiringan plat (o)

Zone outlet Perhitungan weir bentuk V-notch menggunakan persamaan-persamaan berikut : u ^


Buku ajar PBPAM º 5

(Qasim, 1985)

u u 1 2 m *2 à 2 2 tan O 2 3

*

ÿ ÿ ÿ

2

5

(Darmasetiawan, 2001)

à º à uà

^à

3

º

dengan:

^à

2

à 2

L Q q nv Qv Hv Qg ng yc b Ho

M

2 à

2

à 2 = panjang pelimpah (m) = debit total (m3/dtk) = beban pelimpah (m3/m.hari) = jumlah V-notch = debit tiap V-notch (m3/dtk) = tinggi air pada V-notch (m) = debit tiap gutter (m3/dtk) = jumlah gutter = kedalaman kritis/kedalaman pada jarak L m (m) = lebar gutter (m) = kedalaman air awal pada gutter (m)

Contoh Perhitungan 1 : Kriteria Desain urface loading = 2 4 m/jam Diameter orifice = 3 cm jo = 60 120 m3/m2 . hari Kemiringan plate ( ) = 45 - 60o Jarak antar plate (wp) = 25 100 mm Tebal plate (tp) = 2,5 5 mm Panjang plate (Pp) = 1000 2500 mm lebar plate (lp) = 1000 1200 mm NFR = 10-5 NRE = 500 Jarak pipa inlet ke zona lumpur = 0,2 Jarak plate ke pipa inlet = 1 1,4 m Jarak gutter ke plate = 0,3 0,4 m

0,3 m


Buku ajar PBPAM Tinggi plate = 1 1,2 m Kadar lumpur = 4 - 6% Perencanaan Bentuk bangunan 4 persegi panjang, dengan P : L = 3 : 1 Q/A = 5,56 x 10-4 m/dt td = 1 jam = 3600 dt NRe < 500 NFr > 10-5 Kedalaman bak, H = 3 m Jarak antar plate, w = 5 cm = 0,05 m Tinggi plate, h = 1 m udut kemiringan plate, Į = 60° Tebal plate, t = 0,5 cm = 0,005 m Y/Yo = 75 % Faktor keamanan, good performance = 1/3 Zona edimentasi Direncanakan 2 bak sedimentasi dengan debit masing-masing 0,062 m3/dt Dimensi bak u 5,56 10è 4 / 0,062 111,52 5,56 10è 4

3 3 2 111,5 3 2 6,1

18,3 2 0,3 Kecepatan horisontal partikel u 0,062 / 5 10 è3 / 6,1 2 Jari-jari hidrolis 6,1 2 1, 2 M 2 6,1 M 2 2 Cek bilangan Reynold 5 10 è3 1,2 º º 6719 500 *m â Re º 0,893 10 è 6 Cek bilangan Froud


Buku ajar PBPAM

º

2

º

*5 10

è3 2

º 2,12 10è 6 10è 5 *m â

à 9,81 1,2 Karena NRe dan NFr tidak memenuhi kriteria desain, perlu penambahan plate settler pada bak sedimentasi. Perhitungannya adalah sbb : Kecepatan aliran masuk plate u sin 5,56 10 è 4 6,37 10 è 4 / sin 60

Dimensi plate 1 1,15 a sin sin 60 1 0,10 0,005 600 Jumlah plate

0,10 0,115 sin sin 60

Jarak horisontal antarplate, 18,3

159,1 ù 160 0,115 Jumlah plate, Jari-jari hidrolis 0,10 0,05 2 2 Cek bilangan Reynold 6,37 10 è4 0,05 º º 35,67 500*S Re º 0,893 10 è 6 Cek bilangan Froud

*

2

2 6,37 10è 4 º º 827,25 10è 5 10è5 *S º à 9,81 0,05 Zona Inlet Dimensi pipa inlet


Buku ajar PBPAM

u

0,062 0,103 2 0,6

1 4 à `2 0,103 1 4 à ` 2 ` 2 0,131 ` 0,36

Diameter Orifice º º 9 ÷ º 1,5 9 º º6 1,5 0,042 º º 7 10è 3 3 / m 6 7 10è 3 º º 0,012 2 0,6 ` º 0,12 Zona Lumpur Konsentrasi effluen dan lumpur *100 è 80 0,20 52,5à / 10,5à / 80 0,80 52,5à / 42 à / Berat lumpur tiap hari u 86400 62 / 42 à / 10 è6 86400 224,99 à / Debit lumpur kering 224,99 à / 0,087 3 / u 2600 à / 3 Debit lumpur 0,087 3 / u u 2,9 3 / 0,03 a Volume bak lumpur º º 2,9 3 / 3 º 8,7 3

Dimensi ruang lumpur


Buku ajar PBPAM

18,3 3,66 5 5 6,1 2,03 3 3 ker 1 3

3 8,7 3 0,23 18,3 6,1 ` à 0,14

Zona Outlet Lebar gutter (Lg) = 1,5 Ho (tinggi air dalam gutter) Q/A = vo = 5,56 x 10-4 m/dt Jumlah pelimpah menurut rumus Huisman (1978) 5 0,0623 / m 5 2 1,53 10 è3 / m 6,1 0,71 1 Rencana jumlah gutter, n = 2 dengan 45° V-notch Debit tiap gutter 0,062 0,0313 / m 35,3088 1,095 à 2 Dimensi gutter à 2, 49 à

3

2

01,095 2,49 *1,5

3

2

0,612 0,19 à 1,5 0,19 0, 29 à M ( 20% ) M M m 0,19 M (0, 2 0,19) M 0,03 M 0,02 à 0,28 à 18,3

Debit tiap

V-notch 5

5

÷ º 1,36 2 º 1,36 0,03 2 º 2,12 10è 4 3 / m Jumlah V-notch 0,031 uà 146, 2 ù 148 u 2,12 10 è 4 Total jumlah V-notch, ' º

148 º 78 2

Gutter mempunyai 2 sisi pelimpah, maka tiap sisi Dimensi V-notch Freeboard V-notch, 1 2 1 2 0,03 0,015


Buku ajar PBPAM Lebar muka air V-notch, 2 tan 45 2 3 1 6 0,06 Lebar pintu V-notch, 2 * M tan 45 2 *3 M 1,5 1 9 0,09 Jarak antar V-notch

à * M * 18,3 *74 0,09 M *74 0,388 ÷ 0,388 ÷' º º º 0,194 2 2 Jarak V-notch ke tepi, Misal : jarak gutter ke tepi = b, maka jarak antar gutter b¶ = 2b a 2 à M 2 M 2 6,1 2 0,29 M 4 1,38 Jarak antar gutter 2 1,38 2,76 aluran Pengumpul Fungsinya untuk mengumpulkan air dari gutter sebelum menuju bak filtrasi. 0,062 0,103 2 a 0,6 a a 0,103 1,8 0,057 a M 0,057 M 0,3 0,017 a 0,5

Kehilangan Tekanan Head loss pada V-notch 5 8 CD 2 g tan 2 hf 2 15 5 8 2 ,12 10 è 4 º 0 , 584 2 9 ,81 1 hf 2 15 hf º 0 ,029 m

Q / notch º


Buku ajar PBPAM bab v Filtrasi Menurut Reynolds (1982), filtrasi adalah pemisahan zat padat - cair yang mana zat cair dilewatkan melalui media berpori atau material berpori lainnya untuk menyisihkan sebanyak mungkin padatan tersuspensi yang halus. Proses ini digunakan untuk menyaring secara kimia air yang sudah terkoagulasi dan terendapkan agar meghasilkan air minum dengan kualitas yang tinggi.

uuuÊpuupuà u uÊ

p u u

Proses ini terjadi pada saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat. Media yang dipergunakan dalam filtrasi adalah pasir yang mempunyai pori-pori yang cukup kecil. Dengan demikian partikel-partikel yang mempunyai ukuran butir lebih besar dari ruang antar butir pasir media dapat tertahan. elama proses filtrasi, ruang antar butir pasir akan semakin diperkecil oleh partikel-partikel yang tertahan pada media filter. Pada filter ini flok-flok yang tidak terendapkan pada sedimentasi akan tertahan pada lapisan teratas pasir membentuk lapisan penutup yang selanjutnya akan menahan partikel-partikel yang mempunyai ukuran kecil.

Ê p p Proses ini hanya terjadi pada saringan pasir lambat. Ruang antar butir media pasir berfungsi sebagai bak pengendap kecil. Partikel-partikel yang mempunyai ukuran kecil, serta koloidal-koloidal dan beberapa macam bakteri akan mengendap dalam ruang antar butir dan melekat pada butir.

uÊ Æ u uÆ Æ u Proses ini hanya terjadi pada saringan pasir lambat. uspensi-suspensi yang terdapat dalam air mengandung organisme-organisme seperti alga dan plankton, yang merupakan bahan makanan bagi jenis-jenis mikro organisme tertentu. Organismeorganisme tersebut membentuk lapisan diatas media filter yang disebut dengan ³lapisan lendir´. Dengan adanya lapisan ini maka mikroorganisme yang terdapat dalam air akan tertinggal di situ, sehingga air filtrat tidak mengandung mikroorganisme/bakteri lagi. Proses yang terjadi selama filtrasi adalah (Darmasetiawan, 2001) : Pengayakan atau straining Flokulasi antar butir edimentasi antar butir Proses mikrobiologis edangkan dari bentuk bangunannya, filter dikenal dengan 2 macam : a. aringan dengan bangunan terbuka / secara gravitasi


Buku ajar PBPAM b. aringan dengan bangunan tertutup / secara bertekanan

umber : Peavy, 1985 Gambar 5.1. Operasi Filter Aliran Gravitasi Menurut Peavy (1985), dalam penjernihan air bersih dikenal dua macam saringan : aringan Pasir Lambat (low and Filter) aringan ini dibuat dari pasir halus dengan ukuran efektif sekitar 0,2 mm. Ukuran efektif adalah ukuran ayakan yang telah meloloskan 10 % dari total butir yang ada atau P10. Pada saringan pasir lambat proses mikrobiologis mendominasi dipermukaan filter. Kehilangan tekan yang tinggi menghasilan rata-rata aliran yang sangat rendah (0,12 0,32 m/jam) sehingga membutuhkan konstruksi filter yang sangat luas. Pencucian dilakukan secara periodik (biasanya sekali sebulan) dengan mengambil media filter bagian atas setebal 3 - 5 cm untuk dicuci di luar filter. aringan pasir lambat membutuhkan ruang yang luas dan modal yang besar. elain itu saringan ini tidak berfungsi baik dengan air yang kekeruhannya tinggi karena permukaannya cepat tersumbat, dan membutuhkan pencucian yang lebih sering. aringan Pasir Cepat (Rapid and Filter) Filter ini 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. Koefisien keseragaman umumnya 1,65. Koefisien keseragaman adalah ukuran yang telah meloloskan 60 % dibagi ukuran yang telah meloloskan 10 % dari total bahan baku pasir atau P60/ P10. 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 lt/m2/menit, dengan tekanan antara


Buku ajar PBPAM 0,7 - 1,1 kg/cm2. 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 di bawah 5 NTU, sehingga air baku yang di atas 5 NTU harus diolah melalui proses koagulasi flokulasi - sedimentasi (Darmasetiawan, 2001). 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) Tabel 5.1. Perbedaan low and Filter dan Rapid and Filter Parameter

low and Filter

Rapid and Filter

Area filter

angat luas

Relatif kecil

Ukuran pasir

E = 0,25

0,35 mm

E = 0,45-0,55 mm

UC = 2 - 3

UC = < 1,5

0,9 1,6 m

0,9 1,60 m

Air baku

Tidak cocok untuk air yang mengandung zat organik tinggi

Perlu pengolahan pendahuluan untuk menyisihkan kekeruhan

Kecepatan filtrasi

0,1 0,4 m/jam

Distribusi pasir

Tercampur

4 5 m/jam, ada yang 21 m/jam

Periode pencucian

1-3 bulan

Metode pencucian

Pengerukan lap. atas 0,5 - 2,5 cm

Kehilangan tekanan

<1m

0,2 0,5 m

1,0 1,5 m

Pasir 80 cm

didukung kerikil 0,3 0,5 m

Kerikil 38 - 60 cm

Melalui pipa berlubang, cabang keluar melalui pipa utama

Melalui pipa berlubang keluar melalui pipa manifold

Tinggi air di atas filter

Kedalaman media filter istem underdrain

Kecil ke besar 24 - 48 jam Back wash

umber : Al-Layla, 1980 Media filter yang umum dipakai di Indonesia adalah pasir kwarsa. Untuk menjamin ketahanan pasir kwarsa yang dipakai disyaratkan pasir kwarsa memenuhi kriteria kadar silika (iO2) 96 %. Pasir dengan kualitas yang demikian


Buku ajar PBPAM banyak terdapat di Pulau Bangka sehingga disebut juga sebagai pasir Bangka (Darmasetiawan, 2001). Tipe-tipe media filtrasi antara lain sebagai berikut : 1. aringan satu media, saringan dengan pasir saja atau pecahan arang. 2. aringan dua media, saringan dengan pasir dan media lain seperti gravel 3. aringan multi media, saringan dengan pasir, garnet, dan antrasite coal.

umber : Droste, 1997 Gambar 5.2. Filter Bertekanan

Jumlah Bak Filter Persamaan yang digunakan adalah: 2 1,2u 0 , 5


Buku ajar PBPAM dengan:

N

= jumlah bed filter

Q

= debit air dalam mgd

Hidrolika Filtrasi Kehilangan tekan melalui media berpori dengan bed bersih yang mempunyai diameter yang relatif seragam dapat dihitung dengan persamaan Rose dengan rumus (Reynolds, 1982): 2 1,067 ` 1 ` 4 ` à Dimana : hL = kehilangan tekanan (m) Ȍ = faktor bentuk (sphericity) media filter CD = koefisien drag g = percepatan gravitasi (m/s2) D = kedalaman bed (m) Vf = kecepatan aliran (m/s) İ = porositas Dp = diameter butiran (m) NRe = bilangan Reynolds

º

Kofisien drag untuk NRe < 1 adalah 24 ` º Re dan untuk NRe > 1 tetapi < 104 adalah 24 3 M M 0,34 ` 2 Re 2 Re sedangkan untuk bilangan Reynolds dapat dihitung dengan Ñ.` . 2 e j istem underdrain Menurut Droste (1997), ada beberapa sistem underdrain, yaitu: Gravel layer


Buku ajar PBPAM Underdrain blok trainer Pipa lateral istem yang sering digunakan adalah sistem pipa lateral karena headlossnya rendah dan distribusinya yang merata. Kriteria desain underdrain dalam Fair & Geyer (1968): 5) x 10-3 : 1

Rasio luas orifice : luas bed

= (1,5

Rasio luas lateral : luas orifice

= (2

Rasio luas manifold : luas lateral

= (1,5

Diameter orifice (Do)

= ¼ - ¾ in (0,6 2 cm)

Jarak antar orifice = Jarak antar lateral

=3

4) : 1 3) : 1

12 in (7,5

30 cm)

istem underdrain selain berfungsi sebagai outlet pada saat proses penyaringan, juga berfungsi sebagai inlet pada saat pencucian filter. Pada saat pencucian (backwash), sistem underdrain menyalurkan air dari reservoir yang didahului dengan udara dari blower. Penggunaan blower adalah untuk membantu proses backwash filter. Udara dari blower ini akan membantu mempercepat waktu backwash, membersihkan kotoran pada pasir lebih bersih dan juga untuk mengurangi penggunaan air bersih dari reservoir untuk kebutuhan backwash filter. Menurut Darmasetiawan (2001), udara dari blower dialirkan selama 5 10 menit dengan kecepatan 24 36 m3/m2/jam. Menurut Darmasetiawan (2001), headloss atau kehilangan tekanan pada underdrain sangat tergantung pada jenis underdrain yang dipakai. Underdrain dapat beupa : plat dengan nozzle


Buku ajar PBPAM Teepee dengan lubang di samping Pipa lateral pada manifold Pada semua jenis underdrain tersebut, diasumsikan headloss yang berlaku pada lubang mengikuti persamaan : 2

º

2à Dimana K adalah koefisien headloss yang tergantung pada jenis underdrain. Untuk nozzle, K = 1 3 sedangkan untuk lubang teepee atau pipa lateral K = 1 - 2. Kecepatan filtrasi melewati lubang adalah 0,2 m/dtk Perpipaan Pada unit filtrasi dilengkapi dengan sistem perpipaan yang terdiri dari pipa inlet, outlet, drain, dan wash line. Kriteria desain sistem perpipaan tersebut adalah: Kecepatan pada inlet (vi)

: 0,6

1,8 m/dtk

Kecepatan pada outlet (vo)

: 0,9

1,8 m/dtk

Kecepatan pada drain (vd)

: 1,2

2,4 m/dtk

Kecepatan pada wash line (vw)

: 2,4

3,7 m/dtk (Droste,1997)

Kehilangan tekanan (Headloss) Headloss pada unit filtrasi terdiri dari headloss pada media filtrasi, sistem underdrain, dan perpipaan. Headloss operasi (hL)

: 2,7

Headloss backwash dengan pompa (hLb): 10 m 2001)


4,5 m (Darmasetiawan,

Buku ajar PBPAM Menurut Fair & Geyer (1968) dan Kawamura (1991), headloss underdrain secara keseluruhan dapat diwakili oleh headloss orifice, sedangkan headloss lateral dan manifold dapat diabaikan karena sangat kecil. Perhitungan headloss filter dengan persamaan Carman Kozeny dalam Droste (1997) sebagai berikut: 2 1è ! 3 ÿ wà

150

Re º

1è M

je

m

dengan:

hL

= headloss media pada saat filtrasi (m)

e

= porositas

v

= kecepatan filtrasi (m/dtk)

ȥ

= faktor bentuk/sphericity

g

= percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2)

L

= tebal media (m)

fi

= faktor friksi

xi

= fraksi berat partikel

di

= diameter rata-rata butir media (m)

Re

= bilangan Reynolds

k

= konstanta (menurut Ergun = 1,75)


Buku ajar PBPAM ȡ

= massa jenis air (kg/m)

ȝ

= viskositas absolut air (kg/m.dtk)

6 è6 ÿÿ*1 è * º * è 1 *1 è * º 6 º

º

ÿÿ

0 , 22

4,5

1è ÿÿ º *1 è ! º 1 è 1 è

4à 3

dengan:

*

è1 ú

1

2

hLb

= headloss media pada saat backwash (m)

ȡs

= massa jenis media (kg/m)

ȡ

= massa jenis air (kg/m)

ee

= porositas terekspansi

Le

= tebal media terekspansi (m)

vb

= kecepatan backwash (m/dtk)

vs

= kecepatan pengendapan (m/dtk)

s

= berat jenis media

1 u ÿ 2 à

2


Buku ajar PBPAM dengan:

hLu

= headloss underdrain (orifice) (m) Q = debit orifice (m3/dtk)

C

= koefisien pengaliran (0.6)

A = luas orifice (m2)

Back wash Kecepatan backwash (Vbw) Vbw = 6 Vf Porositas sebelum terekspansi (Po): 1

2,95

Ã

4,5

1

à

3, 6

ÿÿ è

1

1

3, 6

`

3 1

2

Porositas saat ekspansi (Pe): 1

º 2,95

4,5

1

6÷ ÿÿ 6 è 6 ÷

1

1

3, 6

÷

3

1

` 2 à 3, 6 Persentase ekspansi :

è 100 1 è Tinggi ekspansi : è % º 100 Dimana : x = viskositas kinematik (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 °C ȡw = densitas air (kg/m3) ȡs = densitas partikel media (kg/m3), misalnya pasir Dp = ukuran butiran (m) Lp = kedalaman media (m) Le = tinggi media terekspansi (m)

1 :/ $ p 8 4 ' p &

/ 9 B :

p ! $

1 1 K

,

- !

%!/

9

B

?+

:,;:

B.,:

B,//

;<0

09<0;

9/,=

0=,0.

09,0=

J.

/B,:

9,B

,=

$


p !:

/:,: 09:, 0

Buku ajar PBPAM =

%

/

,:H

,=H

A

A

p

;

3

.

/:<.0

,:HA

0

9,0

?+

:=

.,/:

0

D

0,=0

/0<:0

0,=0

0,/0

900,B00

0/,9

/

C C

F/ ,%!.0F9- !./F B /00F:p !.:F Tabel 5.3. Karakteristik Pasir Ka Berat Bent

dar

pheri

Material

Poro

E

sitas

(mm)

Jenis uk

il

city (gr/cm3)

ika Bula

98

Pasir Bangka

Pasir Kwarsa

0,4 0,92

t

%

Bers

85

udut

Antrasit Bukit

Rem

0,4 2,65

0,45

%

1,0 0,4 -

Asam

0,42 1,0

0,85 lainnya

2,65

0,60

uk


1,4 - 1,7

0,60 1,4

Buku ajar PBPAM Antrasit

Bers

(Import Aus)

udut

0,4 -

0,72

0,55 1,4

Bula

85

1,0 -

Kerikil (gravel)

2,65 t

Plastik

1,4 - 1,7

0,5

%

5,0

esuai dengan permintaan

umber : Darmasetiawan, 2001 Koefisien keseragaman

: 1,5

Tebal media penyaring

: 60

70 cm

Distribusi ukuran media diperoleh dengan mengeplotkan d10 dan d60 dari masingmasing media pada kertas probabilitas dan menggambar garis lurus yang melalui kedua titik tersebut. Media penyangga berupa gravel, tebal 500 mm dengan susunan sebagai berikut: Tabel 5.4. usunan Media Penyangga (Gravel) Diameter gravel

Tebal media

(mm)

(mm)

Lapis 1

2 5

100

Lapis 2

5 9

100

Lapis 3

9 16

150

Lapis 4

16

150

usunan

25

(umber: Design Criteria for Waterworks Facilities, 1978)


Buku ajar PBPAM Contoh perhitungan 1: Kriteria desain terpilih Kecepatan operasional (va)

: 8 m3/m2/jam

Kecepatan backwash (vb)

: 25 m3/m2/jam

Pencucian dengan udara

: 30 m3/m2/jam

Lebar : panjang

:1:2

Ketinggian air di atas filter (Ha)

: 2,2 m

Perhitungan Jumlah minimum filter yang dibutuhkan (N), Debit air (Q)

= 0,25 m3/dtk

= (0,25)(86400)(264,17) = 5,71 mgd N

= 1,2Q0,5 = 1,2(5,71)0,5 = 3 buah

Debit masing-masing filter (Qf), Qf

= Q/N = 0,25/3 = 0,083 m3/dtk

Luas permukaan filter (Af),


Buku ajar PBPAM v

= 8 m/jam = 2,22 x 10-3 m/dtk

Af

= Qf/v = 0,083/(2,22 x 10-3) = 37,39 m2

Dimensi bak filter Af

=pxl

37,39 = 2l2 l

= 4,32 m = 4,3 m

p

= 8,65 m = 8,7 m

sehingga Af menjadi: Af

=pxl = 4,3 x 8,7 = 37,41 m2

Media filter Kriteria desain terpilih Media filter terdiri dari media penyaring dan media penahan. Media penyaring yang digunakan adalah antrasit dan pasir. Karakteristik antrasit dan pasir yang digunakan sebagai media penyaring terdapat pada Tabel 5.


Buku ajar PBPAM Tabel 5.5. Karakteristik Media Filter yang Digunakan Bera Faktor

Poro t

Materi bentuk

sitas jenis

al (ȥ)

E

Koef.

(d1

Keserag

0)

aman

Tebal media

(e)

(L)

(s)

(U)

Pasir 0,92

2,65

0,42

0,5

1,5

0,3

0,72

1,5

0,55

0,9

1,45

0,4

Antras it (umber: Teori dan Perencanaan Instalasi Pengolahan Air, 2001) Perhitungan Distribusi ukuran media diperoleh dengan mengeplotkan d10 dan d60 dari masingmasing media pada kertas probabilitas dan menggambar garis lurus yang melalui kedua titik tersebut: Antrasit

:

d60 = Ud10

= (1,45)(0,9 mm)

Pasir

:

d60 = Ud10 = (1,5)(0,5 mm)

= 1,31 mm = 0,75 mm

Distribusi ukuran media filter hasil pengeplotan pada gambar 5.3. selengkapnya dapat dilihat pada Tabel berikut ini: Tabel 5.6. Distribusi Media Filter Persentil d1

d2

da

L

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

berasarkan berat media


Buku ajar PBPAM Antrasit: 5 20

0,82

1,00

0,91

0,08

20

40

1,00

1,15

1,07

0,08

40

60

1,15

1,31

1,23

0,08

60

80

1,31

1,50

1,40

0,08

80

95

1,50

1,80

1,64

0,08 0,40

Pasir: 5 20

0,45

0,56

0,50

0,06

20

40

0,56

0,67

0,61

0,06

40

60

0,67

0,75

0,71

0,06

60

80

0,75

0,90

0,82

0,06

80

95

0,90

1,10

1,00

0,06 0,30

aDiameter rata-rata, 1 2 dimana d1 dan d2 diperoleh dari hasil plot probabilitas (Gambar 5.3.)


Buku ajar PBPAM

6

443

6

44,

6,

Persentil Media (%)

444

44

43

4,

,

46

6

36

6

26

&6

.6

)6

,6

,6

Pasir

)6

.6

Antrasit &6

26

6

36

6

46

,

4,

43

44

6,

44,

6

443

6 6

6

6&

6) 6, 6.

63

444 &

Ukuran Media (mm) Gambar 5.3. Distribusi Ukuran Media Filter (Droste, 1997) edangkan media penahan yang digunakan adalah lapisan gravel dengan faktor bentuk 0,98 (bulat) dan porositas 0,5. usunan media penahan adalah sebagai berikut: Tabel 5.7. usunan Media Penyangga (Gravel)


Buku ajar PBPAM usunan

d1 (mm)

d2 (mm)

d (mm)

L (mm)

Lapis 1

2

5

3,16

100

Lapis 2

5

9

6,71

100

Lapis 3

9

16

12

150

Lapis 4

16

25

20

150 500

istem underdrain Kriteria desain terpilih istem underdrain yang digunakan adalah sistem pipa lateral Rasio luas orifice : luas bed

: 2 x 10-3 : 1

Rasio luas lateral : luas orifice

:2:1

Rasio luas manifold : luas lateral

: 1,5 : 1

Diameter orifice (Do)

: ½ inch

Jarak antar orifice = Jarak antar lateral

:3

12 inch (7,5 30 cm)

Perhitungan Orifice Luas permukaan filter (Af)

= 37,41 m2

Rasio Aorifice : Afilter

= (2 x 10-3) : 1

Diameter orifice (Dor)

= 0,5 inch (0,0127 m)


Buku ajar PBPAM Luas orifice total (Aor.tot), . *2 10 è3 a . *2 10 è 3 37, 41 . 0,075 2

Luas masing-masing orifice (Aor), 1 2 º à` 4 1 2 º à *0,0127 4 º 1,27 10è 4 2 Jumlah orifice (Nor),

º

.

0,075 1,27 10 è 4 º 590

º

Lateral (pipa cabang) Rasio Alateral : Aorifice

=2:1

a 2 . a 2 0,075 a 0,152 Jumlah lateral (Nlat), Panjang pipa manifold Jarak antar lateral

= 8,4 m

= 0,2 m


Buku ajar PBPAM

2 a

8,4 42 à 0,2

Diameter pipa lateral (Dlat),

à º

4 a à

4*0,15 42 à º 0,067

à º à

jika pipa yang digunakan adalah pipa dengan diameter 3 inch, maka: 1 2 a º àà a 4 1 2 a º à *0,0762 42 4 a º 0,19 2 Manifold (pipa induk) Rasio Amanifold : Alateral

= 1,5 : 1

º 1,5 a º 1,5 0,19 º 0,285 2

Diameter pipa manifold (Dman),


Buku ajar PBPAM 4 à

` º

4*0,285 à º 0,6

` º `

Jumlah orifice per lateral (Nor/lat),

/ a º

a

590 42 º 14

/ a º / a

jadi, jumlah orifice sesungguhnya

= 14 x 42 = 588 buah

Jika panjang pipa lateral

= 3,5 m

Maka jarak antar orifice

= 3,5/14 = 0,25 m (memenuhi)

Pencucian dengan udara (Air scouring) Pencucian filter (backwash) filter diawali dengan mengalirkan udara dari blower selama 5 10 menit. Kebutuhan udara untuk backwash adalah Kecepatan udara (v) Luas filter (Af)

= 30 m3/m2/jam

= 37,41 m2

Kebutuhan udara = v x Af = 30 x 37,41 = 1122,3 m3/jam


Buku ajar PBPAM = 18,7 m3/menit Blower yang digunakan untuk memenuhi kebutuhan udara adalah blower jenis Roots blowers RH-125.RL-125. Dari tabel dan grafik antara debit udara (air volume) dengan tekanan (static pressure), putaran dan daya blower dapat diketahui tekanannya sebesar 3000 mmAq (29,4 kPa), putarannya 1400 rpm dan daya blower sebesar 11,7 kW. Diameter pipa blower sebesar 125 mm (5 inch). Gambar dan spesifikasi teknis blower selengkapnya dapat dilihat di lampiran. Udara dari blower dialirkan secara merata di bak filter melalui sistem underdrain. etelah air scouring dengan udara dari blower, pencucian filter dilanjutkan dengan air yang dipompakan dari reservoir. aluran penampung air backwash Kriteria desain terpilih Air bekas pencucian filter (backwash) ditampung dalam saluran gutter menuju saluran gullet dan selanjutnya dibuang melalui saluran drain. Kecepatan backwash (vb)

: 25 m/jam

Perhitungan Gutter Kecepatan backwash (vb)

= 25 m/jam = 6,94 x 10-3 m/dtk

Luas permukaan filter (Af) Debit backwash masing-masing filter (Qb),


= 37,41 m2

Buku ajar PBPAM º

º *6,94 10 è 3 *37,41 º 0,26 3 / m

jika dibuat dua buah gutter dengan pelimpah berupa V-notch pada kedua sisinya, maka debit masing-masing gutter (Qg), u 2 uà 0,133 /

uà

dimensi gutter direncanakan: panjang

= 8,7 m

lebar

= 0,5 m

Jumlah V-notch per meter = 5 buah, maka Jumlah V-notch (nv), nv = L x 5 = (4 x 8,7) x 5 = 174 buah Debit tiap V-notch (Qv), Qv = Q/nv = 0,26/174 = 1,5 x 10-3 m3/dtk Ketinggian air pada V-notch (Hv), º 1 2 m *2 à 2 2 tan O 2 3

*

ÿ ÿÿ

2

5

1,5 10è 3 ÿ º 1 2 *0,6 *2 9,81 2 2 tan 45 ÿÿ 3 º 0,045

2

5

Jadi, ketinggian V-notch dibuat 0,05 m = 5 cm qg

= Qg/b


Buku ajar PBPAM = 0,13/0,5 = 0,26

Kedalaman kritis/kedalaman pada jarak L meter (yc),

3

^à

2

à 3

0,26 2 9,81

0,19 Kedalaman air awal pada gutter (Ho),

º

2

M

2à à 2

2

2*0,13 *9,81 *0,5 2 *0,19 2

º 0,192 M

º 0,33 Maka ketinggian saluran pelimpah total (H), H = Hgutter + Hv-notch = 0,33 + 0,05 = 0,38 m Ketinggian gutter dibuat 0,4 m Jadi, dimensi gutter: Panjang = 8,7 m Lebar = 0,5 m Tinggi = 0,4 m Gullet Debit backwah masing-masing filter (Qb)

= 0,26 m3/dtk

Dimensi gullet direncanakan:

qgl

panjang

= 4,3 m

lebar

= 0,5 m

= Qb/b

= 0,26/0,5 = 0,52 Kedalaman kritis/kedalaman pada jarak L meter (yc),


Buku ajar PBPAM

º

º3

3

^ àa

2

à 0,522 9,81

º 0,3 Kedalaman air awal pada gullet (Ho),

2

M

2u à 2

2

2*0,26 *9,81 *0,5 2 *0,3 2

0,32 M 0,52

Jadi, dimensi gullet: Panjang

= 4,3 m

Lebar = 0,5 m Tinggi = 0,52 + fb = 0,7 m Perpipaan Kriteria desain terpilih Perpipaan terdiri dari pipa inlet, pipa outlet, pipa air backwash (wash line), dan pipa drain. Kecepatan pada inlet (vi)

: 1 m/dtk

Kecepatan pada outlet (vo)

: 1 m/dtk

Kecepatan pada drain (vd)

: 1,5 m/dtk

Kecepatan pada wash line (vw)

: 3 m/dtk


Buku ajar PBPAM Perhitungan Inlet Kecepatan pada saluran inlet (vi) = 1 m/dtk Debit masing-masing filter (Qf) = 0,083 m3/dtk Luas penampang pipa inlet (Ai),

u

0,083 1 0,083 2

Diameter pipa inlet (Di),

`

4 à

4*0,083 à ` 0,325 `

Jika digunakan pipa dengan diameter 12 inch (0,3 m) Maka, luas penampang pipa (Ai), 1 2 à` 4 1 2 à *0,3 4 0,07 2 dan kecepatan alirannya menjadi


Buku ajar PBPAM

u

0,083 0,07 1, 2 /

Outlet Kecepatan pada saluran outlet (vo)

= 1 m/dtk

Debit masing-masing filter (Qf) = 0,083 m3/dtk Luas penampang pipa outlet (Ao),

u

0,083 1 0,083 2

Diameter pipa outlet (Do),

` º

4 à

4*0,083 à ` º 0,325 ` º

Jika digunakan pipa dengan diameter 12 inch (0,3 m) Maka, luas penampang pipa (Ao), 1 2 º à` 4 1 2 º à *0,3 4 º 0,07 2


Buku ajar PBPAM

dan kecepatan alirannya menjadi

u

0,083 0,07 1, 2 /

Wash line Kecepatan pada wash line (vw)

= 3 m/dtk

Debit backwash masing-masing filter (Qf) Luas penampang wash line (Aw),

u

0,26 3 0,087 2

Diameter wash line (Dw),


= 0,26 m3/dtk

Buku ajar PBPAM 4 ÷ à

`÷ º

4*0,087 à ` ÷ º 0,33 `÷ º

Jika digunakan pipa dengan diameter 12 inch (0,3 m), maka luas penampang pipa (Aw), 1 2 ÷ º à`÷ 4 1 2 ÷ º à *0,3 4 ÷ º 0,07 2 dan kecepatan alirannya menjadi

u

0, 26 0,07 3,7 /

Drain Kecepatan pada pipa drain (vd)

= 1,5 m/dtk

Debit backwash masing-masing filter (Qf) Luas penampang pipa drain (Ad),

u

0, 26 1,5 0,173 2


= 0,26 m3/dtk

Buku ajar PBPAM Diameter pipa drain (Dd), 4 m à

`m º

4*0,173 à `m º 0,47 `m º

Jika digunakan pipa dengan diameter 18 inch (0,457 m), maka luas penampang pipa (Ad), 1 2 m º à`m 4 1 m º à *0,457 4 m º 0,16 2

2

dan kecepatan alirannya menjadi

u

0, 26 0,16 1,6 /

Kehilangan tekanan (Headloss) Kehilangan tekanan pada saat filtrasi Pada media penyaring Kehilangan tekanan pada media penyaring pada saat pengoperasian filter dihitung dengan persamaan Carman Kozeny dalam Droste (1997): 2 1è ! 3 ÿ wà


Buku ajar PBPAM

150

je

1è M

je

w u

Kehilangan tekanan pada media antrasit (hLa), 1 è 2 ÿ 3 ÿ w à ! ÿ 1 è 0,55 *2,22 10 è 3 ÿ 3 ÿ *0,72 *9,81 0,55 0,022

2

*0,4 *28,81 10 3

Kehilangan tekanan pada media pasir (hLs), 1 è º 3

2 ÿ ÿ à

ÿ m

1 è 0,42 *2,22 10 è 3 ÿ º 3 ÿ *0,92 *9,81 0,42 º 0,112

2

*0,3 *87,50 10 3

Kehilangan tekanan media penyaring pada saat filtrasi (hL), M 0,022 M 0,112 0,134 Tabel 5.8. Perhitungan Kehilangan Tekanan Media Penyaring Pada aat Filtrasi Persentil

xi/di di Re

berdasarkan berat media

fi (xi/di) fi

(mm-

(mm)


(mm-1) 1)

Buku ajar PBPAM Antrasit: 5

20

0,91

1,63

43,16

0,220

9,50

20

40

1,07

1,92

36,91

0,187

6,90

40

60

1,23

2,20

32,43

0,163

5,29

60

80

1,40

2,51

28,64

0,143

4,10

80

95

1,64

2,94

24,71

0,122

3,02 28,81

Pasir: 5

20

0,50

1,14

78,07

0,400

31,23

20

40

0,61

1,40

63,89

0,328

20,96

40

60

0,71

1,62

55,45

0,282

15,64

60

80

0,82

1,88

48,03

0,244

11,72

80

95

1,00

2,29

39,74

0,200

7,95 87,50

Pada media penyangga

Tabel 5.9. Perhitungan Kehilangan Tekanan Media Penyangga Pada aat Filtrasi usunan

d

Re

fi


xi/di

fi(xi/di)

Buku ajar PBPAM (mm)

(mm-1)

(mm-1)

Lapis 1

3,16

7,70

11,49

0,063

0,724

Lapis 2

6,71

16,35

6,34

0,030

0,190

Lapis 3

12

29,25

4,31

0,017

0,073

Lapis 4

20

48,74

3,29

0,010

0,033 1,020

Kehilangan tekanan media penyangga pada saat filtrasi (hL), 2 1è 3 ÿ ! wà

1 è 0,5 ( 2,22 10 è 3 ) 2 ÿ ( 0,5)(1,020 103 ) 3 0 , 5 ( 0 , 98 )( 9 , 81 ) 1,1 10 è3

Pada sistem underdrain Headloss underdrain secara keseluruhan dapat diwakili oleh headloss orifice, sedangkan headloss lateral dan manifold dapat diabaikan karena sangat kecil. Debit filtrasi (Q) = 0,083 m3/dtk Jumlah orifice (Nor)

= 588 buah

Debit orifice (Qor),


Buku ajar PBPAM

º

0,083 588 º 1, 41 10 è4 3 / m

º

Luas penampang orifice (Aor)

= 1,27 x 10-4 m2

Kehilangan tekanan pada sistem underdrain (hLu), 2

1 u ÿ 2 à ÿ

1 1,41 10 è 4 ÿ è4 ÿ 2(9,81) (0,6)(1,27 10 )

2

0,172

Kehilangan tekanan pada saat backwash Pada media penyaring Kehilangan tekanan pada media penyaring pada saat backwash dihitung dengan persamaan sebagai berikut: 6 è6 ÿÿ*1 è * º * è 1 *1 è * º 6

Kehilangan tekanan pada media antrasit (hLba), * è 1 *1 è * *1,5 è 1 *1 è 0,55 *0,4 0,090 Kehilangan tekanan pada media pasir (hLbs),


Buku ajar PBPAM * è 1 *1 è * *2,65 è 1 *1 è 0,42 *0,3 0,287 Kehilangan tekanan media penyaring pada saat backwash (hLb), M 0,090 M 0,287 0,377 Pada saat pencucian filter (backwash) media penyaring akan mengalami ekspansi. Tebal media terekspansi dihitung dengan persamaan sebagai berikut:

4à 3 º

º

*

è1 ú

1

2

4,5

ÿÿ

0 , 22

1è ÿÿ º *1 è º 1 è

1 è

Tebal media antrasit terekspansi (Lea), *1 è !

1 è

*1 è 0,55 (0,4)(2,72) 0,49

Tebal media pasir terekspansi (Les),


Buku ajar PBPAM

*1 è !

1 è

*1 è 0,42 (0,3)(2,69) 0,47

Tebal media penyaring terekspansi (Le), º M º 0,49 M 0,47 º 0,96 Tabel 5.10. Perhitungan Tebal Media Penyaring Terekspansi Persentil berasarkan

Di

xi/(1Re

berat

Cd

vs

ee ee)

(mm)

media Antrasit: 5 20

0,91

7,1.10-

3380,3

0,042

0,67

0,61

20

40

1,07

3

2891,6

0,049

0,65

0,57

40

60

1,23

2500

0,057

0,63

0,54

60

80

1,40

2181,8

0,065

0,61

0,51

80

95

1,64

1846,2

0,076

0,59

0,49

8,3.103 9,6.103 0,011 0,013


Buku ajar PBPAM 2,72 Pasir: 5 20

0,50

20

40

0,61

40

60

0,71

60

80

0,82

80

95

1,00

3,9.103 4,8.10-

6153,8

0,042

0,67

0,61

5000

0,051

0,65

0,57

4363,6

0,059

0,62

0,53

3750

0,069

0,60

0,50

3076,9

0,084

0,58

0,48

3 5,5.103 6,4.103 7,8.103 2,69

Pada media penyangga Pada saat pencucian filter (backwash), media penyangga (gravel) tidak mengalami ekspansi dan headloss yang terjadi dihitung dengan persamaan Carman Kozeny. Kehilangan tekanan media penyangga pada saat backwash(hLb),


Buku ajar PBPAM 2

1è º 3 ÿ à

m

1 è 0,5 (6,94 10 è3 ) 2 º (0,5)(0,47 10 3 ) ÿ 3 ÿ (0,98)(9,81) 0,5 è3 º 4,7 10

Tabel 5.11. Perhitungan Kehilangan Tekanan Media Penyangga Pada aat Backwash d Re

usunan

xi/di

fi(xi/di)

(mm-1)

(mm-1)

fi

(mm) Lapis 1

3,16

24,08

4,87

0,063

0,307

Lapis 2

6,71

51,12

3,22

0,030

0,097

Lapis 3

12

91,43

2,57

0,017

0,044

Lapis 4

20

152,38

2,24

0,010

0,022 0,470

Pada sistem underdrain Debit backwash (Qb)

= 0,26 m3/dtk

Jumlah orifice (Nor)

= 588 buah

Debit orifice (Qor),


Buku ajar PBPAM

º

0, 26 588 º 4, 42 10 è 4 3 / m

º

Luas penampang orifice (Aor)

= 1,27 x 10-4 m2

Kehilangan tekanan pada sistem underdrain (hLu),

º

1 ÿ 2 à ÿ

2

1 4,42 10 è4 ÿ º è4 ÿ 2(9,81) (0,6)(1,27 10 )

2

º 1,72

Pompa backwash Kriteria desain terpilih Kecepatan backwash (v) = 25 m3/m2/jam Luas filter (A)

= 37,41 m2

Perhitungan Debit backwash per bak filter Q

(Q)

=vxA = 25 x 37,4 = 935,25 m3/jam = 0,26 m3/dtk


Buku ajar PBPAM Direncanakan menggunakan 2 buah pompa sehingga debit masing-masing pompa, Q

= 0,26/2 = 0,13 m3/dtk

Contoh perhitungan 2 : 2 2 2 Luas unit filtrasi (A) = 1 / 4à` º 1 / 4à (3) º 7,065 Total luas filter = 10 x 7,065 = 70,65 m2J (memenuhi) 0,027 3 / m

º º 3,93.10 è 3 / m

2 7 , 065 Kec. Filtrasi (v) = = 14,148 m/jam...(memenuhi)

Kehilangan tekanan pada media pasir 20 mesh (= 8,5.10-4 m) : Cek bilangan Reynold (Persamaan 2.34) 0,92 8,5 10 è4 3,93 10 è3 ` º º 2,35 1 Re º 1,306 10 è 6 Koefisien drag (Persamaan 2.33) 24 3 24 3 ` º M M 0,34 º M M 0,34 º 12,51 2,35 Re Re 2,35 Head loss (Persamaan 2.31) 2 1,067 ` 1 ` 4 à ` w 2

3,93 10 è 3 ÿ 1 1,067 12,51 0,87 1 4 8,5 10 è 4 0,92 9,81 *0,42

Underdrain Kec. underdrain = 0,2 m/dtk 2

º

º2

( 0, 2 ) 2 º 4,08.10 è3 2.9,81

2à Persamaan 2.35, Kehilangan tekan total adalah = 0,87 m + 4,08.10-3 m

= 0,874.10-3 m J(tidak memenuhi) Back wash : Kecepatan backwash (Vbw) (Persamaan 2.36) = 6 Vf = 6 x 3,93.10-3 = 0,02358 m/dtk § 0,024 m/dtk = 86,4 m/jam J(tidak memenuhi) Porositas sebelum terekspansi (Po) (Persamaan 2.37)


Buku ajar PBPAM 1

2,95

Ã

1

à

ÿÿ è

4,5 3, 6

*1,306 10

2,95

1

1

3, 6

`

3 1

2

1

* *

è3 1000 3,6 3,93.10 ÿ 1 2650 è 1000 *9,81 3,6 8,5 10 è 4 Porositas saat ekspansi (Pe) (Persamaan 2.38) 1

2,95

Ã

4, 5

1

à

3, 6

è6

1

ÿÿ è

*1,306 10

2,95

1

1

4, 5

1

3, 6

`

1 1

3

0,36

2

3

1

2

1

1

1000 *0,024 3 3, 6 0,65 ÿ 1 1 2650 è 1000 *9,81 3,6 8,5 10 è 4 2 Persentase ekspansi (Persamaan 2.39) 0,65 è 0,36

è 100 82,86 100 1 è 1 è 0,65 Tinggi ekspansi (Persamaan 2.40) è 100 è6

4,5

*

è 1 1 1,83 ...( )

82,86

Volume backwash Waktu pencucian filter (backwash) 15 menit Kecepatan pencucian = 0,024 m/dtk Volume backwash = Q x t = 0,027 m3/dtk x 15 menit x 60 dtk/menit = 24,3 m3


Buku ajar PBPAM BAB VI DEINFEKI

6.1. Umum Air yang telah disaring di unit filtrasi pada prinsipnya sudah memenuhi standar kualitas tetapi untuk keperluan menghindari kontaminasi air oleh mikroorganisme selama penyimpanan dan pendistribusian perlu dilakukan proses desinfeksi. Desinfeksi yang umum digunakan adalah dengan cara klorinasi, walaupun ada beberapa cara lain seperti dengan ozon dan ultra violet (UV) yang jarang digunakan. ebagai desinfektan, pembubuhan klorin dilakukan di lokasi reservoir (akhir proses pengolahan) dan disebut sebagai postklorinasi. Metode pembubuhan klorin dapat dilakukan dengan cara gravitasi atau dengan pompa pembubuh. (Darmasetiawan, 2001) Keefektifan desinfektan dalam membunuh mikroorganisme tergantung pada (AWWA, 1997) : Jenis desinfektan yang digunakan Konsentrasi residu desinfektan Waktu dimana air kontak dengan desinfektan Temperatur air pH air, yang mempunyai pengaruh dalam mengnon-aktifkan apabila klorin digunakan. edangkan menurut Al-layla (1980), desinfektan yang digunakan dalam desinfeksi haruslah : Dapat mematikan semua jenis organisme patogen. Ekonomis dan dapat dilaksanakan dengan mudah Tidak menyebabkan air menjadi toksik dan berasa Dosis diperhitungkan agar terdapat residu untuk mengatasi adanya kontaminan dalam bakteri. Metode-metode desinfeksi yang sering digunakan (Reynolds, 1982): a. Klorinasi


Buku ajar PBPAM Klorin merupakan senyawa yang paling sering digunakan sebagai desinfektan. ebagai oksidan klorin dipakai untuk mengoksidasi Fe dan Mn, menghilangkan rasa, warna dan amonia nitrogen dalam air. Klorin yang digunakan umumnya berupa gas klorin atau klorin cair atau senyawa klorin yang terdiri dari CaOCl2 dan Ca(OCl)2. Klorin bereaksi dengan air pada pH 5 dan 6 akan membentuk hypochlorous dan hydrochloric acids. Cl2 + H2O HOCl

HOCl + HCl

H + Cl-

Ca(OCl)2 + 2H2O Ca++ + H2O + 2OCl= enyawa klor dapat mematikan bakteri karena oksigen yang terbebaskan dari senyawa asam hypochlorous mengoksidasi beberapa bagian yang penting dari sel bakteri sehingga rusak. b. Ozonisasi Merupakan oksidan yang sangat kuat lebih kuat dibanding asam hipoklorit. Air yang diozonisasi dilewatkan pada filter arang aktif yang bertindak sebagai kontraktor biologis agar organisme saphropit membongkar zat yang terbongkar secara biologis. c. Klorin dioksida Kekuatannya melebihi klorin. Prinsip desinfeksi ini tidak lain dimaksudkan untuk memperoleh klorin bebas, sedang ClO2 bebas bertahan melebihi HClO. Pada disinfeksi terminal dosis antara 0,1-3 mg/l dan untuk menghilangkan bau dan rasa dosis dipakai sampai 10 mg/l/hari. d. Pemanasan Ultra Violet Digunakan dalam skala besar dan kecil. angat efektif dalam mendesinfeksi baik terhadap air maupun air buangan. Berdasarkan pertimbangan teknik, maka desinfeksi yang menggunakan metode ini masih memerlukan sisa klor dalam pengolahan. Derajat aktifitas ultra violet yaitu pada intensitas radiasi sampai menyentuh organisme yang akan dibunuh. 6.2. Klorinasi enyawa 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, Martin, 2001) Faktor yang mempengaruhi efisiensi desinfeksi adalah : Waktu kontak


Buku ajar PBPAM Konsentrasi desinfektan Jumlah mikroorganisme Temperatur air PH Adanya senyawa lain di dalam air enyawa klor yang sering digunakan sebagai desinfektan adalah hipoclorit dari kalsium dsn natrium, kloroamin, klor dioksida, dan senyawa komplek dari klor. Tabel 6.1. enyawa Desinfektan Klor enyawa

Mol equivalen klor

Persen berat klor

Cl2

Cl2

100

CaClOCl

Cl2

56

Ca(OCl)2

2Cl2

99.2

NH2Cl

Cl2

138

NHCl2

2Cl2

165

HOCl

Cl2

135.4

NaOCl

Cl2

95.4

enyawa 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 ³break point chlorination´. Penambahan dosis klor setelah titik ini akan memberi sisa klor yang sebanding dengan penambahan klor.(Darmasetiawan, Martin, 2001) Keuntungan dicapainya break point yaitu : enyawa ammonium teroksidir sempurna Mematikan bakteri patogen secara sempurna Mencegah pertumbuhan lumut Proses klorinasi dapat terjadi sebagai berikut : Penambahan klor pada air yang mengandung senyawa nitrogen akan membentuk senyawa kloramine yang disebut klor terikat. Pembentukan klor terikat ini bergantung pada pH, pada pH normal klor terikat (NCl3) tidak akan terbentuk kecuali jika break point telah terlampaui. NH3 + HOCl NH2Cl + HOCl NHCl2 + HOCl

NH2Cl + H2O N HCl2 + H2O NCl2 + H2O


Buku ajar PBPAM Pada air yang bebas senyawa organic akan terbentuk klor bebas yaitu asam hipoklorus (HOCl) dan ion hipoklorit (OClØ), yang berfungsi dalam proses desinfeksi. Cl2 + H2O

HOCl

H+ + OClØ

HOCl + H+ + ClØ

Kondisi optimum untuk proses desinfeksi adalah jika hanya terdapat HOCl, adanya OClØ akan kurang menguntungkan. Kondisi optimum ini dapat tercapai pada pH < 5. Dosis klorin yang dibubuhkan harus cukup untuk menghasilkan sisa klor minimum 0,2 mg/l di akhir distribusi. (Kep Menkes RI No: 907 / MENKE / K / VII/2002). edangkan 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 Cl2. Kriteria desain yang digunakan adalah: Kandungan klorin dalam kaporit : 65 70% Konsentrasi larutan : 2% Massa jenis kaporit : 80

(Fair & Geyer, 1968) 98 gr/100 ml

Kandungan klorin dalam gas Cl2 : > 99% Massa jenis gas Cl2

: 1,47 gr/100 ml (0oC)

(Droste, 1997)

Contoh Perhitungan : Perencanaan Desinfeksi dengan kaporit Ca(OCl)2 Kadar chlor dalam kaporit = 60 % ȡ kaporit = 0,86 kg/L Konsentrasi larutan =5%


Buku ajar PBPAM DPC isa chlor yang diharapkan Pembuatan larutan kaporit

= 1,5 mg/L = 0,5 mg/L = 3 kali sehari (8 jam sekali)

Perhitungan Dosis chlor = DPC + sisa chlor = 1,5 + 0,5 = 2,0 mg/L Kebutuhan kaporit º m º 125 / m 2,0à /

100 60

º 416,67 à / m º 36 à / 36 41,86 / u 0,86 Debit kaporit :

º

95 41,86 / º 795,34 / 5

Debit pelarut : Debit larutan kaporit ua u M u 41,86 M 795,34 837 ,2 / 837 ,2 / ua 279,07 / 8 | 34,88 / | ù 581,33 / 3 a / Kehilangan Tekan Direncanakan panjang pipa, Pp 1m dengan diameter, Dp = 1 inchi Qpipa = 581,33 cc/menit 9,69 10è6 º º º 0,019 / m 1 à *0,0254 2 4 Kehilangan tekan dalam pipa

u 2,63 ú 0,2785 ` 0,86

1 0,54

9,6910è6 2,63 ú 0,2785120*0,0254

Kehilangan tekan pada pipa inlet, valve, dan outlet a

2

2 à

a a

2

2 à

a a

2

2à

2 * M 2 M ú M 2 à *0,0083 2 M 0,86 0,86 *1 M 2 0,25 M 1 ú 2 9,81


1 0,54

1

Buku ajar PBPAM Dimensi Bak Pelarut Qor = Qpipa = 9,69 x 10-6 m3/dt Diameter orifice, Dor = 1 x 10-3 m 9,69.10 è6 º º 12,34 / m º 1 à *1 10 è3 2 4 Pada vor juga berlaku : vor

V2 g *hf è hftot 1 2

dengan CV = koefisien kecepatan = 0,97 Hf = tinggi cairan + Ppipa = H+ Pp 12,34 0,97 2 9,81 * M 1 è 0,86

12

161,84 19,62 M 0,37 8,23 8,22 Volume bak u 9,69 10 è6 3 / 8 | 3600 0, 28 3 0,28 0,03 2 8 , 23 Luas permukaan :

Pbak = Lbak As º L2 0 ,22 º L2 L º P º 0 , 47 m

Perhitungan pH Dosis chlor yang digunakan 2,0 mg/L dengan kadar chlor dalam kaporit 60 %. Kaporit yang ditambahkan : 100 2 ,0 g R 3, 33 g R 2 , 33 10 è 5 ol R 60

Reaksi yang terjadi

* a 2 M 2

* 2 M a

a 2 M M a è 2 M M 2

3

2 2

3

2

2

M 2

Dengan penambahan kaporit sebanyak 2,33 X 10-5 mol/L, akan terjadi penambahan : [Ca2+] = 2,33 x 10-5 mol/L = 0,932 mg/L [CO2] = 4,66 x 10-5 mol/L = 2,050 mg/L [HCO3Ǧ] = 4,66 x 10-5 mol/L = 2,843 mg/L Konsentrasi pada awal air baku : [Ca2+] = 5,78 mg/L [CO2] = 0 [HCO3Ǧ] = 31 mg/L


Buku ajar PBPAM Konsentrasi HCO3Ǧ telah dihilangkan pada proses koagulasi-flokulasi, sehingga konsentrasi HCO3Ǧ pada proses desinfeksi adalah nol. Konsentrasi di akhir proses desinfeksi : [Ca2+] total = 5,78 + 0,932 = 6,712 mg/L [CO2] total = 0 + 2,050 = 2,050 mg/L [HCO3Ǧ] total = 0 + 2,843 = 2,843 mg/L Perhitungan ion strength (ȝ) Tabel 6.2. Perhitungan ȝ etelah Desinfeksi Ion Konsentrasi BM Ci (mg/L) (mol/L) Ca2+ 6,712 40 0,17 x 10-3 Mg2+ 0 24 0 HCO3Ǧ 2,843 61 0,047 x 10-3 O42Ǧ 2,2 98 0,022 x 10-3 ClǦ 1,78 35,5 0,05 x 10-3 Na+ 0 23 0 ȝ 1' 1 è log

0,5 x Ci x zi2 0,33 x 10-3 0 0,023 x 10-3 0,045 x 10-3 0,025 x 10-3 0 0,423 x 10-3

u 0,5 1 M 1, 4 u 0 , 5

0 ,5 * 0, 423 10 è 3 1' 6,7 è log 8 ,12 0,5 1 M 1, 4 *0 , 423 10è 3

' 7 ,58 10è 9

2sis ru è log ' 3ru ú 2 ,05 ru è log 7 , 58 10 è 9 8,3 2 ,843 ú pH baru setelah proses desinfeksi masih masuk dalam range 7,5 8,5 yang diijinkan untuk air minum, sehingga tidak perlu melakukan proses netralisasi pH.


Buku Ajar PBPAM

Recommend Documents