Pedoman TeknisPerhitungan Kolam Pengendap

pada Tambang Batubara

Kementerian Energi dan Sumber Daya Mineral

Direktorat Jenderal Mineral dan Batubara

Direktorat Teknik dan Lingkungan Mineral dan Batubara

1

Daftar Isi1. Tujuan Pedoman Teknis2. Manfaat Kolam Pengendap3. Definisi, Perbedaan dan Fungsi4. Kesalahan Teknis5. Tipe Pengendapan6. Strategi Pengolahan7. Prinsip Perancangan Kolam Pengendap8. Pengendalian Debit Air9. OM yang Efektif dan Efisien10.Tahapan Perancangan Kolam Pengendap11.Kriteria Desain Kolam Pengendap12.Desain Kolam Pengendap13.Pemeliharaan dan Pemantauan Kolam Pengendap

2

Tujuan Pedoman Teknis

Memberikan panduan pelaku usahapertambangan batubara dalam mendesainkolam pengendap

Panduan untuk melakukan pengelolaan danpemeliharaan terhadap kolam pengendapsehingga kolam pengendap tersebut berfungsiefektif.

3

Manfaat Kolam Pengendap

Meminimalisasi dampak kegiatanpertambangan

Mengolah air tambang dan aliran permukaanagar sesuai dengan Baku Mutu Lingkungan(BML)

Memanfaatkan air tambang untuk kegiatanlain

4

Definisi, Perbedaan dan Fungsi

Kolam pengendap (sediment pond): tempat untukmenangkap runoff dan menahan air ketika tanah dankotoran lain dalam air mengendap menjadi sedimen.

Kolam pengendap vs DAM : KPmenahan air mengendapkan material tersuspensi,

setelah air jernih, air tersebut bisa dialirkan. DAM mengatur debit air untuk tujuan tertentu

(irigasi, PLTA, mencegah banjir) Fungsi lain :

penampungan air limbah tambang yang mengandunglogam berat (Fe dan Mn)

air yang mengandung asam (pH < 6)

5

Kesalahan Teknis

Dinding kolam tidak diperkuat, menambah beban erosi padakompartemen pengolah

Saluran inlet kompartemen melebar, merubah fungsi kompartemen

6

Kesalahan Teknis (2)

Lahan terganggu (hilir) tidak dilengkapi dengan material kendali erosi

Dinding dan sekitar kolam tidak ada tanaman/material pengendali erosi

7

Kesalahan Teknis (3)

Pemisah kompartemen tidak sesuai dengan fungsi pemisah Dinding dan sekitar kolam tidak ada tanaman/material

pengendali erosi

8

Pengendalian Erosi

9

Tipe Pengendapan

a. Tipe 1: tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat selama pertikeltersebut mengendap.

b. Tipe 2: bersatunya beberapa partikel membentuk gumpalan sehingga berat partikelsemakin besar dan mempercepat pengendapannya.

c. Tipe 3: pengendapan dimana gaya antar partikel saling menahan partikel lainnyauntuk mengendap.

d. Tipe 4: pengendapan dimana terjadi pemampatan partikel yang telah mengendapkarena berat partikel.

a. Tipe 1: pengendapan partikelTunggal (discrete particle settling)

b. Tipe 2: pengendapan gumpalanpartikel (flocculant settling)

c. Tipe 3: pengendapan secaraperintangan (hindered settling)

d. Tipe 4: pengendapan secarapemampatan (compression settling)

10

Strategi Pengolahan

Pengaturan debit

Pengendalian erosi dari hulu, menggunakantanaman penutup, mulsa, dll

Kriteria desain sesuai dengan prinsip pengendapandan tipe sedimen

Operasional dan pemeliharaan yang efektif danefisien

Jalan akses yang mudah dan stabil

Lokasi penempatan lumpur sedimen yang aman

11

Prinsip Perancangan Kolam Pengendap

Luas Tangkapan Hujan

Debit Maksimum sebagai dasar perancangan

Waktu Tinggal sesuai dengan tipe sedimen

Kecepatan Reaksi flokulan dan

Surface loading/Beban permukaan : Laju permukaanpada saat debit puncak sebaiknya 3x debit rata-rata untuk kapasitas kolam kecil & 1,5x untuk kapasitaskolam besar

Aliran Laminer : untuk memastikan partikel terpidahdari fluida

12

Pengendalian Debit Air

1. Membagi debit pada hulu

a. Untuk memperkecil beban pengolahan pada hilir

b. Mempermudah distribusi alat berat

c. Gangguan saat perawatan/pemeliharaan tidaksignifikan

2. Membagi debit pada hilir

a. Pertimbangkan kestabilan lereng

b. Pertimbangkan penampang hidrolis

13

OM Efektif dan Efisien Jangka Waktu Lama/Jangka Waktu pendek

Lama : Konstruksi permanen, dirubah saluranpengalirannya

Pendek : Konstruksi semi permanen

Prosedur Kerja diletakkan di lokasi yang mudahdibaca operator

Rencana pemeliharaan dan perawatan : mempertimbangkan ketersediaan alat, area penirisan, ruang gerak alat, jalan angkut sertabiaya pemeliharaan

14

Tahapan Perancangan KolamPengendap Data Curah Hujan Lokal

Data Curah Hujan Regional

Identifikasi CurahHujan

Luas area tangkapan, Tinggi hidrolis,

Zonasi area, Area pretreatmentIdentifikasi Topografi

Uji Kolom

Jar test (bila menggunakan flokulan)Karakterisasi Material

Asumsi * Debit diolah *Waktu T inggal *

Kontrol aliran laminerPerhitungan

Zona inlet * Zona Pengendapan *Ruang Lumpur

Zona OutletDesain Kolam

15

Kriteria Desain Kolam Pengendap Curah Hujan

Area Tangkapan Hujan

Debit air

Waktu tinggal : 2-3 jam

Surface Loading : 1,5 m3/m2 .s

Laju Pengendapan Partikel

Kecepatan gerusan (Scouring Velocity) : Kecepatan aliran hendaknya tidak melebihi kecepatan

gerusan, agar partikel yang telah mengendap tidak tergerusdan melayang lagi.

Besarnya kecepatan gerusan (scouring velocity) terutamadipengaruhi oleh specific gravity dan ukuran butir partikel.

16

Desain Kolam Pengendap

a. Zona masukan (inlet) tempat dimanaair masuk ke dalam kolampengendapan.

b. Zona pengendapan, tempat dimana partikel padatan (solid) akan mengendap.

c. Zona keluaran (outlet), tempat dimanakeluarnya buangan air yang telahmemenuhi baku mutu lingkungan.

17

Pemeliharaan dan PemantauanKolam Pengendap

1. Pemeliharaan Kolam : ada 2 alternatif pengerukan Excavator : ketersediaan alat, area penirisan, ruang gerak

alat, jalan angkut serta biaya pemeliharaan. Pompa lumpur : persentase lumpur vs kemampuan

pompa

2. Perbaikan kolam pengendap fungsi mengendapkan sedimen agar optimal. optimal : apabila kondisi kolam sesuai dengan yang

direncanakan. longsoran pada tanggul, tertutupnya inlet/outlet.

3. Peningkatan kapasitas kolam pengendap Debit air inlet tidak sesuai dengan desain awal kolam

pengendap18

Contoh Desain Kolam Pengendap

Perkuatan dinding Tanpa Perkuatan Dinding

19

Contoh Desain Kolam Pengendap (2)

Perkuatan dinding Tanpa perkuatan dinding

20

Contoh Desain Kolam Pengendap (3)

Perkuatan dinding Tanpa Perkuatan dinding

21

Contoh Perhitungan Kolam PengendapanDiketahui

Intesitas Hujan =20 mm/jam

Luas tangkapan =200 Ha

Koefisien Limpasan = 0,2 Ukuran partikel padatan = 1 x 10-6 m

Kerapatan partikel padatan (rs) = 2800 kg/m3

Prosentase padatan (% solid) = 30 %

Prosentase air (% cair) = 70 %

Bagaimana desain kolam pengendap sesuaidengan data diatas, apabila hasil percobaan kolompengendapan sebagai berikut?

22

23

Tahapan Perhitungan

1. Menentukan debit diolah :

2. Menentukan Volume berdasarkan waktu tinggal

3. Cek surface loading

4. Cek aliran laminer

5. Cek Kecepatan gerusan

6. Bandingkan kecepatan gerusan saat debit puncak

7. Hitung ruang pengendapan lumpur

8. Desain kolam pengendap berdasarkan perhitungan

24

1 Menghitung debit diolah Q m3/jam 5560 5560 5560 5560

a. Koefisien C desain 0.2 0.2 0.2 0.2

b. Intensitas Hujan I mm/jam Perhitungan 50 50 50 50

c. Luas tangkapan A Ha Survey 200 200 200 200

2 Perhitungan Dimensi Kolam

a. Waktu tinggal T jam 2 2 2 2

b. Volume V m3

V=Q.T 11,120.00 11,120.00 11,120.00 11,120.00

c. Kedalaman d m desain 5 5 5 5

d. Luas A m2

A=V/d 2,224.00 2,224.00 2,224.00 2,224.00

d. Panjang P m 100 100 100 50e. Lebar L m 22.24 22.24 22.24 44.48

3 Cek Surface Loading ASL m3/m2.jam ASL=Q/A 2.50 2.50 2.50 2.50

Tipikal desain ASL=28 m3/m2.hari

Sehingga dilakukan iterasi

4 Cek Laminaritas 1 sekat 3 sekat 3 sekat

a. Luas penampang hidrolis Ah m2

(L.d) 111.2 111.2 111.2 222.4

b. Panjang Saluran L m desain 100 100 100 50

c. Keliling Basah LB m desain 32.24 42.24 62.24 84.48d. Luas Penampang Basah Aw m

2L*LB 3224 4224 6224 4224

e. Diameter Hidrolik DH m 4A/Aw 0.138 0.105 0.071 0.211

f. Kecepatan rata-rata fluida v m/s Q/Ah 0.014 0.014 0.014 0.007

g. Viskositas kinematik (m/r) v desain 0.0010003 0.0010003 0.0010003 0.0010003

Cek Bilangan Reynolds Re Re=v.DH/v 1.916 1.462 0.992 1.462 Bilangan Reynolds >1 Turbulen Turbulen Laminer Laminer

Koefisien gesek CD 15.036 19.236 24.187 19.236

Keterangan

25

5 Cek Kecepatan gerusan (Scour velocity)

a.Konstanta kohesi b desain 0.05 0.05 0.05 0.05

b. Specific gravity s desain 1.25 1.25 1.25 1.25

c.percepatan gravitasi g m/s2

desain 9.81 9.81 9.81 9.81

d.diameter partikel dp m percobaan 0.000001 0.000001 0.000001 0.000001

e. faktor friksi Darcy Weisbach f desain 0.025 0.025 0.025 0.025

Scour Velocity VH m/s VH={(8b(s-1).g.d)/f} 0.00626 0.00626 0.00626 0.00626

6 Bandingkan kecepatan saat debit puncak

a. Debit Puncak Q m3/jam 5,560 2,780 1,390 5560

b. Luas penampang Ah m2

Ah=L.d 111.2 55.6 111.2 222.4

Kecepatan V m/s V=Q/Ah 0.0139 0.0139 0.0035 0.0069

Kesimpulan VHV

(SS terangkat) (SS terangkat) (OK) (OK)

5

100

22,4

5

100

11,2

11,2

100

5

5,6

5,65,6

26

7 Hitung ruang pengendapan (ruang lumpur)

a. Kerapatan partikel C0 mg/L percobaan 2800 2800 2800

b. Panjang kolom H0 mm percobaan 900 900 900

c. Debit inflow Q m3/hari perhitungan 133,440 66,720 33,360

d. Berat lumpur % berat percobaan 30 30 30

e. Hitung konsentrasi lumpur Cu mg/L 30%*1000000 300,000 300,000 300,000

f. kedalaman kolom Hu mm C0.H0/Cu 8.4 8.4 8.4

g. waktu diperlukan untuk tu menit percobaan 41 41 41

mengendap hari min : 1440 min/hari 0.0285 0.0285 0.0285

h. Luas pengendapan A m2 A=Q.tu/H0 4,221.48 2,110.74 1,055.37

8 Cek kecepatan pengendapan

waktu pengendapan dalam tx menit grafik percobaan 10 15 15

10 menit, Hx mm grafik percobaan 617 420 420

maka kecepatan pengendapan v s mm/s V s=(H0-H10)/t10 0.472 0.533 0.533m/hari 40.752 46.08 46.08

Luas Pengendapan A m2

A=Q/v s 3,274.44 1,447.92 723.96 Kesimpulan ruang pengendapan lumpur yang dipakai adalah nilai yang paling besar, yaitu

4221.48 m2

27

28

29

30

Terima Kasih

sulistiyohadi@minerba.esdm.go.id31