Bab 4 FILTRASI baru - - Get a Free Blog Here

Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

67

BAB 4

FILTRASI

4.1. Umum

Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)

yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain

untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan

koloid. Pada pengolahan air minum, Filtrasi digunakan untuk menyaring air

hasil dari proses koagulasi – flokulasi – sedimentasi sehingga dihasilkan air

minum dengan kualitas tinggi. Di samping mereduksi kandungan zat padat,

filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa,

bau, besi dan mangan.

Pada filtrasi dengan media berbutir, terdapat tiga phenomena proses, yaitu :

1. Transportasi : meliputi proses gerak brown, sedimentasi, dan gaya tarik

antar partikel.

2. Kemampuan menempel : meliputi proses mechanical straining, adsorpsi

(fisik - kimia), biologis.

3. Kemampuan menolak : meliputi tumbukan antar partikel dan gaya tolak

menolak.


68

4.2. Tipe Filter

Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat

dibedakan menjadi dua yaitu Saringan pasir cepat dan Saringan pasir lambat

Saringan pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori :

1. Menurut jenis media yang dipakai

2. Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi

3. Menurut arah aliran

4. Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan

5. Menurut pretreatment yang diperlukan.

4.2.1. Jenis-jenis filter berdasar sistem operasi dan media.

I. Jenis media Filter :

1. Single media : Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja

2. Dual media : misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit

3. Multi media : misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet.

1. Filter single media, filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir

kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas

sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.

Gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga

dan sistem pematusan (under drain).

2. Filter dual media, sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di

lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas.


69

Keuntungan dual media :

a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (10 – 15 m/jam)

b. Periode pencucian lebih lama

c. Merupakan peningkatan filter single media (murah).

3. Multi media filter : terdiri dari anthrasit , pasir dan garnet atau dolomit, fungsi

multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan

sebagai penyaring.

Gambar 4.1 : Filter aliran secara gravitasi dengan kelengkapannya (Tom D.

Reynolds, 1992).

II. Sistem kontrol kecepatan :

1. Constant rate : debit hasil proses filtrasi konstan sampai pada level tertentu.

Hal ini dilakukan dengan memberikan kebebasan kenaikan level muka air di

atas media filter.


70

2. Declining rate : debit hasil proses filtrasi menurun seiring dengan waktu

filtrasi, atau level muka air di atas media filter dirancang pada nilai yang

tetap.

III. Sistem aliran :

1. Aliran down flow (kebawah).

2. aliran upflow (keatas)

3. aliran horizontal.

IV. Kaidah pengaliran

1. Aliran secara grafitasi.

2. Aliran di bawah tekanan (pressure filter)

V. Pretreatment :

1. Kogulasi – flokulasi – sedimentasi.

2. Direct filtration.

Gambar 4.2. menjelaskan keadaan filter saat beroperasi dan pada saat

pencucian (back washing).


71

Gambar 4.2 : Potongan filter saat operasi dan pencucian balik (back wash)

4.3. Media Filter dan Distribusi Pasir

Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet.

Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia.

Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan

(sieve analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva

akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif dan keseragaman media yang

diinginkan.

Effective Size (ES) atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media filter

bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang

besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 % dari fraksi


72

berat, ini sering dinyatakan sebagai P10 (persentil 10). P10 yang dapat dihitung

dari ratio ukuran rata- rata dan standar deviasinya.

Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka

keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran

diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran (size).

ES = P10 = 282.1g

g

σ

μ

UC = P60/P10. = σg1.535

Kriteria untuk keperluan filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah :

Single media Pasir UC = 1,3 – 1,7.

ES = 0,45 – 0,7 mm

Untuk dual media :

Antrasit UC = 1,4 – 1,9

ES = 0,5 – 0,7.

Contoh Soal 4.1:

Distribusi ukuran dengan persen berat pasir lokal memiliki nilai ES = 0,031 cm dan UC = 2,3 diberikan pada tabel berikut. Suatu distribusi log-normal secara memuaskan menjelaskan variasi ukuran medium sebagaimana diobservasi dari grafik pada gambar 4.3. Spesifikasi saringan pasir adalah ES(d10) = 0,05 cm dan UC = 1,4.


73

Ukuran Bukaan (mm)

Berat kumulative (%)

Ukuran Bukaan (mm)

Berat kumulative (%)

0,149

0,178

0,210

0,249

0,297

0,350

0,419

0,500

0,2

1,0

3,0

5,1

8,9

15

12

30

0,59

0,71

0,84

1,00

1,19

1,41

1,68

40

60

72

85

92

97

99

Gambar 4.3. : Contoh distribusi kumulatif stock pasir


74

Penyelesaian:

Ukuran d60 adalah :

d60= U(d10) = 1,4 (0,05) = 0,70 cm

Prosentase stok pasir yang dapat digunakan adalah :

Puse = 2 (Pst60 – Pst10) = 2 (60 – 30) = 60 %

Prosentase pasir yang terlalu kecil dapat dihitung dari :

Pf = Pst10 – 0,1 Puse = Pst10 – 0,2 (Pst60 – Pst10)

= 30 % - 0,2 (60 % - 30 %) = 24 %

Dengan demikian diinginkan untuk menghilangkan 24 % dari ukuran pasir terkecil, yaitu pasir dengan ukuran lebih kecil dari 0,044 cm.

Prosentase ukuran pasir yang terlalu besar adalah :

Pc = 100 – Pf - Puse = 100% – 24% - 60% = 16 %.

Jadi 16 % ukuran pasir terbesar yang harus dibuang atau ukuran pasir di atas 0,085 cm dihilangkan.

4.4. Hidrolika Filtrasi

Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai aliran

dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan

aliran mengikuti persamaan Darcy – Weisbach sbb :

gD

VLfhc

L 2. 2

= (4.1)

dimana :


75

hL = kehilangan tekanan akibat gesekan aliran,

L = panjang atau kedalaman media,

V = kecepatan aliran,

D = diameter kanal.

Porsi kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan dengan

menggunakan percobaan Piezometri dalam skala laboratorium seperti terlihat

pada gambar 4.4a dan 4.4b.

Jika r besarnya jari – jari hidrolis pada saluran pipa, maka :

4.4... 2 Dc

LDcLD

pipabasahKelilingpipaVolumer c =

∏∏

== (4.2)

Porositas media ε dapat dinyatakan sebagai perbandingan :

mediabutiranvolumeronggaVolumemediaronggaVolume

.....

+=ε (4.3)

Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume

rongga Vv dapat dinyatakan sebagai :

ppv VNV .1

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

=ε

ε (4.4)

Jika Ab luas permukaan butiran maka jari – jari hidrolis r adalah :

61..

1d

ANVN

rbp

pp ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−

=ε

εε

ε (4.5)


76

(a)

(b)

Gambar 4.4. : kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan peizemetri (b) profil kehilangan tekanan selama proses filtrasi.


77

Dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga :

⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛−

=ε

ε13

2 dDc (4.6)

Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) Va = (debit/luas area bak), maka

kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:

εqv = (4.7)

untuk jenis media yang tidak bulat digunakan factor kebulatan ψ, sehingga perlu

dikoreksi :

6d

AV

b

p Ψ= (4.8)

Dari rumus Darcy – Weisbach untuk f’ = ¾ f, diperoleh persamaan Carman –

Kozeny :

gV

dLfh a

L

2

3

1' ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=εε

ψ (4.9)

Nilai f’ merupakan fungsi NRe (Ergun, 1952) :

75,11150'Re

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

Nf ε (4.10)

Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang

diturunkan dengan rumus :


78

μρ

υVadVadN .....

ReΨ

=Ψ

= (4.11)

dimana : ρ = berat jenis

υ = viskositas dinamis

μ = viskositas kinematis.

Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran

media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb:

gdVLC

h aDL 4

2

....

067,1εψ

= (4.12)

CD = koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds (Pers. 4.11).

Nilai koefisien drag untuk NRe < 1 : CD = Re

24N

Untuk 1< NRe< 104, nilai Koefisien drag : CD= 34,0324

ReRe

++NN

Untuk NRe > 104 : CD = 0,4.

Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose

berubah menjadi :

∑=d

xCg

VLh Da

L 4

2

..

067,1εψ

(4.13)

dimana : x = fraksi berat partikel dengan ukuran d


79

Contoh Soal 4.2 :

Sebuah bak filter single media dengan data sebagai berikut:

- Tebal media pasir, L = 60 cm

- Specific gravity pasir, Sg = 2,65

- Diameter pasir rata-rata, d = 0,45 mm

- Faktor bentuk pasir, Ψ= 0,82

- Porositas media pasir, ε = 0,45

- Rate filtrasi, Va = 8 m/jam

- Temperatur air = 28oC

Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut:

a. dengan persamaan Carman-Kozeny

b. dengan persamaan Rose

Penyelesaian:

1. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Carman-Kozeny

Persamaan Carman-Kozeny:

gV

dLfh a

L

2

3

1' ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=εε

ψ

75,11150'Re

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

Nf ε NRe = (Ψρ d Va) / μ

Pada T = 28oC, μ = 0,8363. 10-2 gram/cm-detik dan ρ = 0,9963 gram/cm3

NRe = (0,82 x 0,9963 x 0,045 x 800 / 3600) / 0,008363 = 0,977

f' = 150 x [(1- 0,45) / 0,977] +1,75 = 86,2

cm ,981

2(800/3600)

30,45

0,4510,045 x 0,82

6086,2xLh 58642=⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −=

2. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose


80

CD = 24 / NRe = 24 / 0,977 = 24,565

53,32cm0,045

10,45

(800/3600)*60

98124,565*

0,821,067h

4

2

L ==

Contoh soal 4.3:

Sebuah bak filter single media non uniform terstratifikasi dengan data sebagai berikut: - Tebal media pasir total, L = 60 cm - Specific gravity pasir, Sg = 2,65

- Faktor bentuk pasir, Ψ = 0,82

- Porositas media pasir, ε = 0,45 - Rate filtrasi, Va = 8 m/jam - Temperatur air = 28oC - Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut:

Diameter (mm % Berat 0,61 0,55 0,40 0,27 0,18

9 19,1 45,5 21,3 5,1

Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut

Penyelesaian:

Langkah penyelesaiannya adalah:

1. Hitung NRe untuk masing-masing diameter

2. Hitung CD untuk masing-masing diameter (perhatikan nilai NRe karena rumus CD tergantung pada nilai NRe)

3. Hitung CD x / d untuk masing-masing diameter


81

Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut:

diameter (mm) % berat NRe CD CD x / d

0,61 9 1,324 21,071 3,11

0,55 19,1 1,194 23,187 8,05

0,4 45,5 0,868 27,637 31,44

0,27 21,3 0,586 40,947 32,30

0,18 5,1 0,391 61,420 17,40

92,30d

xCD =∑ / mm

Jadi cm 88,47 923,05*0,45

(800/3600))

98160(

0,821,067h

4

2

L ==

4.5. Hidrolika Pencucian dengan Aliran ke Atas (“Back Washing”)

Saringan pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan

mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh

media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh:

1. Penurunan kapasitas produksi

2. Peningkatan kehilangan energi (head loss) yang diikuti oleh kenaikan

muka air di atas media filter.

3. Penurunan kualitas air terproduksi.


82

Gambar 4.5. : Kondisi filter saat terjadi penyumbatan.

Jika keadaan ini telah tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang

negatif (Gb 4.5.), maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat dapat

dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing), dengan kecepatan

tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media.

Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada

media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan

aliran air.

Pencucian Filter

Tujuan : melepaskan Lumpur yang menempel pada media pasir/antrasit dengan

aliran ke atas (upflow) hingga pasir/antrasit terekspansi.

Lama pencucian = 3 – 15 menit.

Untuk menghitung head pompa pencucian / tinggi menara, maka harus dihitung

headloss melalui media, dasar (under drain), sistem perpipaan pada saat filter

mencapai clogging (penyumbatan).

Ada tiga sistem pencucian filter :


83

a. Menggunakan menara air

b. Pipa distribusi

c. Interfilter

d. Pompa backwash.

Jika keadaan ini telah tercapai, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter

cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing),

dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan

antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang

menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa

bersama dengan aliran air.

Persamaan kontinyuitas untuk partikel yang mengendap dan yang terekspansi

dapat disusun sebagai berikut :

Peep ALAL ρερε )1.(.)1.(. −=− (4.14)

L dan LE masing-masing adalah tinggi media mula-mula dan tinggi media

terekspansi. ε dan εE porositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas

permukaan bak filter dan ρP berat jenis partikel.

Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan :

)1()1(

ee LL

εε

−−

= (4.15)

untuk partikel yang seragam, menurut Fair & Geyer (1982) :


84

22,0)(VsVB

e =ε (4.16)

dimana : VB = kecepatan upflow back wash

Vs = kecepatan mengendap partikel.

Kombinasi persamaan (4.15) dan (4.16) di atas diperoleh persamaan:

])/(1[)1(

22.0VsVLL

Be −

−=

ε (4.17)

Contoh Soal 4.4

Saringan pasir cepat memiliki kedalaman media pasir 0,61 m. Spesific gravity = 2,65; faktor bentuk (Ψ) = 0,82; porositas (ε) = 0,45; Laju filtrasi = 1,7 lt/detik-m2 suhu operasi = 25 ° C.

Data sieve analysis adalah sebagai berikut:

Sieve Size Berat tertahan (%) d (m) 14 – 20 20 – 28 28 – 32 32 – 35 35 – 42 42 – 48 48 – 60 60 – 65

65 – 100

0,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02

0,0010006 0,0007111 0,0005422 0,0004572 0,0003834 0,0003225 0,0002707 0,0002274 0,0001777

Tentukanlah :

a. Kecepatan back wash yang diperlukan untuk ekspansi media

b. Debit aliran air yang diperlukan untuk ekspansi media

c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash

d. Tinggi ekspansi media pasir (LE)


85

Penyelesaian :

a. Kecepatan aliran back wash untuk mengekspansi media ditentukan dengan mengacu pada kecepatan pengendapan partikel terbesar. Kecepatan mengendap, Vs dapat dihitung dengan rumus berikut :

( )21

134

/

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−= dS

CgVs s

D

Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus :

340324 ,ReRe

++=NN

CD dengan

νsdV

N Ψ=Re

Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0,0010006 m atau 0,1 Cm, dari Gambar 4.6 (hubungan antara ukuran partikel dan kecepatan pengendapan), partikel dengan diameter 0,1 cm dan spesifik gravity 2,65 memiliki kecepatan pengendapan sekitar 14 cm/s. Pada suhu 25 °C viskositas air = 0,8975 x 10-2 Cm2/detik, nilai NRe nya adalah :

9,127108975,0

141,082,02Re == −x

xxN

793,034,09,127

39,127

24=++=DC

det165,00010006,0

793,0165,2

det806,9

34

2/1

2

mmxxmXVs =⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ −=

a. Vb=Vsε4,5 = (0,165m/det)(0,45)4,5 = 0,00454 m/det

b. Debit backwash = (0.00454 m/det)(1000 l/m3) = 4,54 l/det-m2

c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash :

( )( )Lh sL ε

ρρρ

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ −= 1

( )( )( )LSs ε−−= 11

( )( )( ) m5540m61045011652 ,,,, =−−=

d. Ketinggian ekspansi dihitung dengan menentukan porositas saat ekspansi sebagai berikut:

454,0165,0

00454,022,022,0

=⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

se V

Vbε


86

Catatan: Untuk menghitung εe, digunakan Vb yang sama untuk semua ukuran, yaitu 0,00454 m/det dan Vs masing-masing ukuran pasir.

Untuk ukuran pasir yang lain dihitung dengan cara yang sama, diperoleh hasil sebagai berikut:

Sieve Size

Berat tertahan

(%) d (m) NRe CD Vs

(m/det) εe e

xε−1

14 – 20 20 – 28 28 – 32 32 – 35 35 – 42 42 – 48 48 – 60 60 – 65 65 – 100

0,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02

0,00100060,00071110,00054220,00045720,00038340,00032250,00027070,00022740,0001777

127,9109,6100,591,3 82,2 73,1 64,0 54,8 45,9

0,792890,845410,878050,916540,962701,019251,090391,182991,30922

0,165 0,135 0,115 0,104 0,093 0,083 0,073 0,064 0,054

0,454 0,474 0,490 0,502 0,515 0,528 0,542 0,558 0,579

0,01590,16420,51640,60490,42550,15030,06970,04890,0243

0200,21

=−

∑e

xε

Maka tinggi ekspansi total adalah:

( ) ( )( )( ) mmxLLe

e 673,0020,2610,0454,011

1 =−=−

∑−=ε

ε

Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I


87

4.6. Dasar Filter dan Underdrain

Persyaratan :

a. dapat mendukung media di atasnya

b. distribusi merata pada saat pencucian

Untuk pencucian interfilter : headloss 20 – 30 cm (distribusi kurang merata pada

saat pencucian).

i. Dasar filter dapat terdiri dari sistem perpipaan yang tersusun dari lateral dan

manifold, dimana air diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada

pipa lateral.

ii. Kecepatan pencucian ± 36 m/jam (600 l/m2.menit), dengan tinggi ekspansi

sebesar 15 cm sehingga headloss = 25 cm.

iii. Manifold dan lateral ditujukan agar distribusi merata, headloss 1 – 3 m

dengan kriteria sistem manifold – lateral :

a. Perbandingan luas orifice/filter = 0,0015 – 0,005

b. Perbandingan luas lateral/ orifice = 2 – 4

c. Perbandingan luas manifold/lateral = 1,5 – 3

d. Diameter orifice = 0,6 – 2 cm.

e. Jarak antara orifice = 7,5 – 30 cm

f. Jarak antara lateral = orifice.

Susunan media filter dan posisi underdrain dapat dilihat pada Gambar 4.1.


88

4.7 . Filtrasi pada Pengolahan Air dan Air Buangan.

Perencanaan suatu sistem saringan pasir cepat untuk pengolahan air tergantung

pada tujuan pengolahan dan pre-treatment yang telah dilakukan pada air baku

sebagai influen filter.

Saringan pasir lambat adalah sistem filtrasi yang pertama kali digunakan untuk

pengolahan air, dimana sistem ini dikembangkan sejak tahun 1800 SM.

Prasedimantasi dilakukan pada air baku mendahului proses filtrasi.

Saringan pasir cepat selalu didahului dengan proses koagulasi – flokulasi dan

pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspen yang terkandung dalam air

baku. Jika kekeruhan pada influen saringan pasir cepat berkisar 5 – 10 JTU

maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 – 98 %. Standar

operasi saringan pasir cepat adalah 1,37 /det-m2 namun sering dioprasikan pada

rentang beban hidrolik 2,04 – 3,4 /det-m2 .Pengembangan saringan pasir cepat

digunakan Informasi kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air

diberikan pada Tabel 4.1

Pada pengolahan air limbah filtrasi dipergunakan untuk pengolahan lanjut

(advance wastewater treatment), antara lain :

1. Penyaringan efluen dari secondary treatment secara biologis.

2. Penyaringan efluen dari secondary treatment yang diolah secara kimiawi.

3. Penyaringan air limbah segar yang telah diproses secara kimiawi.


89

Pada pengolahan lanjut, umumnya digunakan filtrasi dengan dual media atau

mixed media. Karakteristik filter untuk pengolahan air limbah dijelaskan pada

Tabel 4.2.

Tabel 4.1 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air bersih.

Karakteristik Nilai rentang tipikal

I Single Media A.Media pasir :

Kedalaman (mm) ES (mm) UC

B.Media anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC

C. Laju Filtrasi (l/det-m2)

610 – 760 0,35 – 0,70 <1,7 610 – 760 0,70 – 0,75 <1,75 1,36 – 3,40

685 0,6 <1,7 685 0,75 <1,75 2,72

II. Dual Media Anthrasit :


Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC

Laju Filtrasi (l/det – m2)

460 – 610 0,9 – 1,1 1,6 – 1,8 150 – 205 0,45 – 0,55 1,5 – 1,7 2,04 – 5,44

610 1,0 1,7 150 0,5 1,6 3,4

III. Mixed Media Anthrasit :



Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC


420 – 530 0,95 – 1,0 1,55 – 1,75 150 – 230 0,45 – 0,55 1,5 – 1,65 75 – 115 0,20 – 0,35 1,6 – 2,0 2,72 – 6,80

460 1,0 <1,75 230 0,50 1,60 75 0,20 <1,6 4,08


90

Tabel 4.2 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan limbah.

Karakteristik Nilai rentang tipikal

I. Dual Media Anthrasit :




305 – 610 0.8 - 2,0 1,3 – 1,8 150 – 305 0,4 – 0,8 1,2 – 1,6 1,36 – 6,79

460 1,2 1,6 305 0,55 1,5 3,40

III. Mixed Media Anthrasit :



Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC

Laju Filtrasi (l/det – m2)\

205 – 510 1,0 – 2,0 1,4 – 1,8 205 – 405 0,4 – 0,8 1,3 – 1,8 50 – 150 0,2 – 0,6 1,5 – 1,8 1,36 – 6,79

405 1,4 1,5 255 0,5 1,6 100 0,3 1,6 3,40

4.8. Rangkuman

1. Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dari fluida yang membawanya

dengan menggunakan media berpori. Filtrasi dapat dilakukan dengan

menggunakan media berbutir .

2. Saringan pasir adalah filtrasi dengan menggunakan pasir dengan ukuran

tertentu sebagai media penyaring.


91

3. Berdasarkan pada produksi air terolah saringan pasir dapat dibedakan

menjadi dua yaitu saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat

4. Saringan pasir lambat menggunakan pasir dengan diameter berkisar antara

0,15 – 0,35 mm, dan laju penyaringan sebesar 0,1 – 0,3 m/jam, dan proses

yang terjadi secara phisik – biologis - biokimia dengan waktu operasi 20 –

100 hari.

5. Saringan pasir cepat dapat menggunakan media tunggal, media ganda atau

multi media. Media tunggal digunakan pasir kwarsa saja, media ganda

digunakan pasir kwarsa dan antrasit, multi media digunakan pasir kwarsa,

anthrasit dan karbon aktif.

6. Saringan pasir cepat memiliki ukuran media pasir beriksar antara 0,5 – 2,0

mm, dengan laju aliran 5 – 15 m/jam dan waktu operasi berkisar antara 1 – 3

hari.

7. Selama proses filtrasi akan terjadi kehilangan tekanan (headloss) yang

dapat diprediksikan dengan menggunakan persamaan Rose dan Carman –

Kozeny.

8. Media filtrasi ditetapkan berdasar pada nilai ukuran efektif (effective size,

ES) dan nilai keseragamannya (uniformity coefficient, UC).

Effective size (ES) adalah ukuran diameter media yang paling efektif dalam

menyaring air, biasanya pada diameter 10 % tebal media di bagian atas.

Uniformity coefficient (UC) merupakan angka keseragaman ukuran media

filter, yang diambil dengan cara diamter 10 % dibagi dengan diameter 60 %.


92

9. Selama proses filtrasi berlangsung akan terjadi penurunan debit air produksi

akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring dan tertahan

pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil.

10. Pencucian media filter pada saringan pasir cepat dapat dilakukan dengan

pencucian aliran balik (backwashing), agar pasir terekspansi dan mengalami

fluidisassi sehingga terjadi benturan antar partikel pasir yang berakibat pada

lepasnya kotoran dari permukaan media dan terbawa bersama air cucian.

11. Kecepatan backwash minimum ditentukan berdasarkan pada nilai “settling

velocity” pasir dengan diameter terbesar.

12. Filter pasir dilengkapi dengan fasilitas “underdrain” untuk mengalirkan air

terolah. Under drain terdiri dari “lateral dan manifold”.

4.9. Soal-soal

1. Sebuah filter dual media terdiri atas pasir dan antrasit dengan spesifikasi

sebagai berikut:

Parameter Media Pasir: Media Antrasit

Ketebalan

Diameter partikel

Specific gravity

Faktor bentuk

Porositas

60 cm

0,045 cm

2,65

0,82

0,45

40 cm

0,1 cm

1,20

0,75

0,55

Bila total headloss yang terjadi pada kedua media adalah 55 cm (hL pasir+ hL

antrasit = 55 cm), hitunglah rate filtrasinya pada temperatur 28oC.


93

2. Gambar berikut adalah potongan memanjang filter dengan dua macam pasir:

Data media filter:

Media Ketebalan Ukuran partikel

Porositas Faktor bentuk

Pasir I 40 cm 0,45 mm 42 % 0,75 Pasir II 35 cm 0,50 mm 45 % 0,75

Headloss total di media penyangga dan underdrain= 4 cm

Tentukan ukuran bak filter (panjang, lebar)!

3. Berikut adalah data pengamatan filtrasi selama 24 jam:

Waktu (jam) 1 2 4 6 8 12 16 20 24 Kekeruhan efluen (NTU)

0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,5 2,0 4,0

Porositas (%) 0,48 0,48 0,45 0,42 0,40 0,38 0,34 0,30 0,28 Pertanyaan:

a. Bila kekeruhan efluen maksimum adalah 1 NTU, tentukan filter run

b. Pada headloss berapakah filter harus di-backwash?

(Data media pasir: L= 60 cm, d= 0,045 cm, Sg= 2,65, Ψ = 0,82, rate

filtrasi= 10 m/jam, T= 27oC)

4. Media filter dengan ketebalan bed 60 cm dibackwash dengan rate 1,1

cm/detik. Porositas media 0,4. Hitunglah tinggi media terekspansi dan

headlossnya jika ukuran butiran media adalah sebagai berikut:

40 cm


94

Diameter rata-rata (cm) % berat pasir

0,112

0,077

0,050

0,035

0,021

2,25

10,00

30,50

30,25

7,00

5. Filter cepat beroperasi pada kecepatan 8 m/jam. Jenis filter adalah single

media pasir dengan spesifikasi sebagai berikut :

• Densitas media ρs = 2.650 kg/m3

• Faktor bentuk Ψ = 0,82

• Porositas ε = 0,4

• Tebal media L = 60 cm

Distribusi Media :

Diameter (mm) Fraksi berat %

0,3

0,6

0,8

1,0

1,2

10

16

24

30

20

a. Proses Filtrasi :

• Berapa nilai P10, P60, P90

• Berapa nilai ES , UC

• Berapa head loss filtrasi

• Gambarkan kurva headloss filtrasi pada setiap lapis media

b. Proses Backwash :

• Berapa kecepatan mengendap pasir terbesar (mm/dt)

• Berapa nilai porositas ekspansi (εe) di setiap ukuran media pasir


95

• Berapa tinggi expansi media pasir (cm)

• Berapa headloss akibat backwash

• Bagaimana menentukan tinggi menara backwash, gambarkan bagian

tekanan headlossnya

4.10. Bahan Bacaan :

1. Fair, Gordon M, John. C Geyer, dan Daniel A. Okun, Water and Wastewater

Engineering, Volume 2 : Water Purification and Wastewater Treatment and

Disposal, John Wiley and Sons Inc. New York, 1981.

2. Rich, Linvil G.,) Unit Operations of Sanitary Engineering, John Wiley & Sons,

Inc., 1974.

3. Reynolds Tom D. dan Paul A. Richards, Unit Operations and Processes in

Environmental Engineering, PWS Publishing Company,20 Park Plaza, MA

12116, 1996.

4. Huisman, L, Rapid Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands,

1994.

5. Huisman, L Slow Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, 1994.

6. Droste, Ronald L., Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment,

John Wiley & Sons, Inc., 1997.

Bab 4 FILTRASI baru - - Get a Free Blog Here

Documents

Transcript of Bab 4 FILTRASI baru - - Get a Free Blog Here