Buku Ajar PBPAM

7/23/2019 Buku Ajar PBPAM

1/101

Buku ajar PBPAM

Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 UMUMSistem Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum yang akan direncanakan didasarkan khusus untuk air baku dari air

sungai dengan kualitas kekeruhan tinggi. Di dalam perencanaan Sistem 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. Perancangandiharapkan 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.

I.2 TUJUAN PENGOLAHAN AIR MINUMTujuan pengolahan air minum adalah :

Meningkatkan ilmu pengetahuan di bidang pengolahan air minum untuk antisipasijangka 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 S,P dan komponen organik toksik dan menghilangkankontaminan lainnya seperti organik sukar larut, anorganik terlarut, dll.

I.3 DATA-DATA UNTUK PERENCANAANData-data yang diperlukan untuk merencanakan bangunan pengolahan air minum

yaitu :

Daerah pelayananMerupakan 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 ditentukanperiode perencanaan mengingat waktu untuk pembangunan pengembangan instalasi

tersebut. Dasar pertimbangan pentahapan periode perencanaan yaitu : pertumbuhan

penduduk yang dilayani, kemampuan sosial ekonomi penduduk, kecepatanperkembangan 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


2/101

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 danbagaimana 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 yangturut 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 tidakmerusak lingkungan.

Jenis Sumber 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 SO2. Dari segi kuantitas, air hujan

tergantung pada besar kecilnya hujan, sehingga tidak mencukupi jika digunakan untukpersediaan 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 sebelumdikonsumsi 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. Secara kuantitas, air tanah dapat mencukupi kebutuhan air

bersih. Tetapi dari segi kontinuitas, pengambilan air tanah harus dibatasi, karenapengambilan 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-zatpencemar. Pencemaran biasanya terjadi di lokasi mata air itu muncul. Dari segi

kuantitas dan kontinuitas, mata air kurang bisa diandalkan sebagai sumber air airbaku.


3/101

Buku ajar PBPAM


I.4 PEMILIHAN SUMBER AIRProsedur 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 curahhujan, limpasan dan aliran sungai

Kecukupan pasokan yang aman untuk memnuhi kebutuhan saat ini dan mendatangPengukuran tingkat kelestarian oleh federal atau Lembaga Negara termasuk daerah

cakupan dan penggunaan anak sungai di masa mendatangStudi menyeluruh tentang kandungan air lokal

Tingkat penggunaan lahan didaerah cakupan air.Aspek kualitas

Data kualitas air selama periode kurun waktu tertentuPenilaian 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

I.5 DASAR SISTEM PENGOLAHANSebelum 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 effluentyang diinginkan. Sehingga diketahui berapa besar beban pengolahan yang harus

dipenuhi oleh sistem pengolahan. Sistem pengolahan yang terpilih merupakan sistemyang 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. Selain itu

juga dipertimbangkan segi operasionalnya, menyangkut ketersediaan tenaga,


4/101

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 instalasipengolahan air buangan yang direncanakan terhadap kenyamanan dan kesehatan

penduduk di sekitar lokasi. Oleh karena itu perlu dipertimbangkan jarak minimumlokasi pengolahan terhadap pemukiman penduduk.

I.6 STANDAR KUALITAS AIR MINUMLangkah pertama dalam penentuan kualitas air olahan adalah penentuan peraturankualitas air yang dipakai. Standar kualitas air diumumkan pada tingkat internasional,

maupun pada masing-masing negara. Satu pertimbangan dalam pengembangankualitas air olahan adalah kemungkinan standar kualitas air diubah atau dimodifikasi

di masa depan. Perubahan masa mendatang mungkin memperngaruhi reabilitas danfleksibilitas proses pengolahan air yang ditetapkan agar memenuhi standar yang lebih

ketat.

Standar 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/SK/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 kegunaantersebut.Kelas 2, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air,

pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertanaman, dan atauperuntukan 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 yangmempersyaratkan air yang sama dengan kegunaan tersebut.

Kelas 4, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi, pertanaman, danatau peruntukan lain yang mempersyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan

tersebut.

Tabel di bawah ini merupakan Keputusan Menteri Kesehatan RI Nomor907/MENKES/SK/VII/2002 : yang merupakan persyaratan kualitas air minum dan air

bersih serta mengacu pada nilai panduan WHO.

Tabel 1.1. Standar Air Minum

No Parameter SatuanKadar Maksimumyang


5/101

Buku ajar PBPAM


Diperbolehkan

1 BACTERIOLOGIS

Escherecia coli jml/100ml 0

total coliform jml/100ml 0

2 FISIKwarna TCU 15

bau dan rasa - -

Lanjutan tabel 1.1.

No Parameter Satuan

Kadar Maksimum

yangDiperbolehkan

temperatur C 3

kekeruhan NTU 5

Suspended Solid (SS) mg/lt -

residu tersuspensi (TSS) mg/lt 1000

padatan terlarut (TDS) 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 50nitrit 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 3Sumber: Kepmenkes RI No. 907/Menkes/SK/VII/2002

Pengolahan Air Bersih/Air Minum

Menurut Tambo (1974), pengolahan air didefinisikan sebagai operasi teknis yangdilakukan terhadap air baku agar menjadi air bersih yang memenuhi persyaratan

kualitas sebagai air bersih/air minum dengan menggabungkan beberapa proses


6/101

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 :

Pengolahan secara fisik

Pengolahan ini meliputi sedimentasi, flotasi dan filtrasi.

Pengolahan secara kimia

Pengolahan ini meliputi koagulasi, flokulasi, adsorpsi karbon, penukaran ion

dan klorinasi.

Pengolahan secara biologi

Pengolahan ini meliputi aerobic digestion dan anaerobic digestion.

Berikut diagram pengolahan air bersih secara konvensional :

Sumber : Kawamura, 1991

Gambar 1.1. Diagram Pengolahan Air Bersih Secara Konvensional

Strategi pengolahan air yang dapat diterapkan pada masing-masing jenis air adalah

berbeda. Strategi pengolahan yang lengkap meliputi:

Prasedimentasi

Koagulasi

FlokulasiSedimentasiFiltrasi

DesinfeksiSedangkan 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


7/101

Buku ajar PBPAM


Prasedimentasi: digunakan jikasumber air baku alirannya deras,

berfungsi menyisihkan SS yang

tinggi, bahan kimia dapat ditambahkan untuk mengoksidasi zat organikatau menahan oksidasi biologinya.

Koagulasi, Flokulasi, Sedimentasi:

berfungsi menyisih kan kekeruhan

dengan cara meng gumpalkankoloid dan mengendap kannya, juga

digunakan untuk menyisihkanwarna yang disebabkan oleh

molekul organik.

Filtrasi: berfungsi menyisihkankekeruhan 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 membunuh bakteri patogen. Klorin

ditambahkan dalam jumlah yangcukup untuk mendapatkan sisa

klorin yang cukup di dalam sistemdistribusi.

Reservoir: Digunakan untuk me

mungkinkan waktu kontakdesinfeksi terpenuhi dan untuk

menyimpan air untuk kebutuhan

puncak

Air baku

Klorin

Ammonia

Alum

Polimer

Klorin

Klorin

Ke sistem distribusi

Lumpur diambil

secara periodik dan

dibuang dengancara diratakan diatas tanah

Lumpur diambil

secara kontinyu &

dilandfilling ataudengan cara lain,

setelah di lakukanproses dewatering

Air pencucian &

lumpur yang telah

didewatering

dibuang bersama

dengan lumpur dari

proses sebelumnya.

Uap dari

pembersihankolom

Gambar. 1.2. Bagan Pengolahan Air Minum untuk Air Permukaan yang Keruh dan

Mengandung Zat Organik

(Sumber: Environmental Engineering, 1985)

1

2

3

4

5

6


8/101

Buku ajar PBPAM


Berikut ini adalah alternatif pengolahan air dari beberapa parameter kualitas

air yang dipertimbangkan dalam pengolahan air :

Tabel 1.2. Alternatif Pengolahan Air Beberapa Parameter

No Parameter Alternatif Pengolahan

1 Warna Koagulasi

Adsorpsi GAC, PAC, resin sintetik

Oksidasi dengan chlorine, permanganat, danchlorine dioxide

2 Bau dan Rasa Oksidasi dengan chlorine, permanganat,ozon, dan chlorine dioxide

Adsorpsi Karbon Aktif (GAC dan PAC)

Aerasi

3 Kekeruhan Prasedimentasi (air dengan kekeruhan tinggi)

Koagulasi dan Flokulasi

Sedimentasi

Filtrasi

4 pH* Netralisasi5 Zat Padat Tersuspensi

(TSS)*Prasedimentasi (air dengan kekeruhan tinggi)

Koagulasi dan Flokulasi

Sedimentasi

Filtrasi

6 Zat Organik Reverse Osmosis

Ion Exchange

Air Stripping

Adsorpsi Karbon

Oksidasi

Koagulasi

7 CO2 agresif Transfer gas (Aerasi)

8 Kesadahan Pelunakan kapur sodaIon Exchange

9 Besi dan Mangan OksidasiTransfer gas (Aerasi)

Chemical Precipitation

Ion Exchange

10 Sulfat Ion Exchage dengan resin basa kuat

Softening (pelunakan)

11 Sulfida Oksidasi dengan klorinasi

Aerasi

Lanjutan tabel 1.2.No Parameter Alternatif Pengolahan

12 Fluorida Ion exchange dengan activated alumina

Pelunakan kapur

Koagulasi alum

13 Amoniak Air Stripping

14 Nitrat KoagulasiPelunakan kapur

Reduksi kimia

Denitrifikasi secara biologis

Ion exchange


9/101

Buku ajar PBPAM


Reverse osmosis

15 Arsen dan selenium Koagulasi dengan garam besi ataualumunium

Ion exchange dengan activated alumina

Ion exchange dengan resin basa kuat

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


10/101

Buku ajar PBPAM


BAB II

INTAKE

2.1. Umum

Intake adalah suatu konstruksi yang berguna untuk mengambil air dari sumber air dipermukaan 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 intakeSelama banjir, air tidak boleh masuk ke dalam intake

Sebaiknya sedekat mungkin dengan stasiun pemompaanPasokan 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

Sebaiknya tertutup untuk mencegah masuknya sinar matahari yang bisa menstimuluspertumbuhan 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

Sebaiknya terletak agak jauh dari bahu sungai untuk mencegah kemungkinan

pencemaran

Sebaiknya 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 dansungai dapat dijaga kesinambungannya.

Intake harus dibuat dengan pertimbangan peningkatan debit di masa yang akandatang.

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. Sumber 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


11/101

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

(Sumber: Kawamura, 1991)

Shore intake adalah intake yang dibangun di tepi sungai berupa rumah pompa denganintake berada dibawah permukaan air minimum.


12/101

Buku ajar PBPAM


Gambar 2.2 Shore Intake(Sumber: Kawamura, 1991)

Intake crib adalah intake yang dibangun di dasar sungai/sumber air baku yangdilengkapi pipa dengan screen dan pipa untuk mengalirkan air ke instalasi pengolahan.

Gambar 2.3 Intake Crib

(Sumber: Kawamura, 1991)Siphon well intake yaitu bangunan intake pada tepi sungai dan air baku dialirkan

dengan menggunakan siphon menuju sumur pengumpul dan selanjutnya akandipompakan menuju instalasi pengolahan.


13/101

Buku ajar PBPAM


Gambar 2.4 Siphon Well Intake

(Sumber: Kawamura, 1991)

Intake bendung adalah intake yang dibuat dengan membendung sungai pada tepinyasehingga 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(Sumber: 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)


14/101

Buku ajar PBPAM


Tutup manhole

Pipa hisap

Ke pompa

Sumur intake

Screen

HWL

HWL

Gambar 2.6 Intake Sumuran

(Sumber: Layla, 1978)

2.2. Screen

Pada intake biasanya dipasang kisi-kisi atau saringan (screen) untuk mencegahmasuknya daun-daun dan reruntuhan, melindungi pompa dari sampah-sampah dan

benda-benda penyumbat lainnya serta untuk menghilangkan padatan-padatan kasaryang mengapung, dengan criteria desain sebagai berikut :

Tabel 2.1. Kriteria Desain Intake

No Keterangan Uni

t

Kawamu

ra1

Droste

2

Layla3 Reynold

s4

Metcalf

5

Qasim

1

23

4

5

6

Kecepatan

Kemiringanbarscreen

Tebal barscreen

Jarak antar

barscreen

H : L

Headloss

m/s

0cm

cm

cm


15/101

Buku ajar PBPAM


Vbar = kecepatan aliran melalui BarScreen, m/detik

V2 = kecepatan aliran di saluran, m/detik

UF sin3

4

hvb

whL

!

dengan: hL = headloss saat melewati batang screen (m) = faktor bentuk batang screen

w = tebal batang screen (m)

b = jarak antar batang screen (m)

= kemiringan batang dari horisontal (o)

Menurut Syed, 1985:

Kehilangan tekanan (Hf) : Hf = 3F . sin (E) . g

v

b

t

2

)(.

23

4

Dimana, F : faktor bentuk batang v : kecepatan (m/dtk)

E : sudut kemiringan batang (0) K : massa jenis air (kg/m3)

t : tebal / diameter batang (m) Hs: Head statis (m)

b : jarak bukaan antar batang (m) L : efisiensi pompa

Tabel 2.2. Harga Faktor Bentuk (F)

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

Sumber: Syed, 1985

2.3. Pintu Air

Pintu air digunakan untuk mengatur aliran air dari sumber air baku ke saluran intakesehingga diperoleh debit pengaliran yang diinginkan. Pengaturan aliran air ini juga

dilakukan pada saat pemeliharaan (pembersihan dan perbaikan).Persamaan yang digunakan :

ghBHQ 26,0!

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. Saluran Pembawa

Saluran 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) :


16/101

Buku ajar PBPAM


Beton : 3 m/dtk

Baja, besi, PVC : 6 m/dtk

Persamaan yang digunakan adalah:

Rumus Hazen-Williams,

167,1

85,1

82,6D

LCvh

!

Menurut Manning:

V =

21

321

S

n

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)S = 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 5 m

Waktu detensi (td) : 1,5 menitPersamaan yang digunakan:

td

V

! HAV v! lpA v!

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 digunakanOver Flow rate (OR) = 900 x V settling


17/101

Buku ajar PBPAM


dimana

OR : Overflow rate, gal/hr/ft2

Vsettling : Kecepatan pengendapan, in/menit

V =

1/22/3SR

n

1

S = R

Vxnhdan

h2

2/3

!

dimana:

h : headloss melalui Grit Chamber, m

V : kecepatan pada saluran Grit Chamber, m/det

n : koefisien Manning

R : jari-jari hidrolis, m

: panjang saluran Grit Chamber, m

Q = 4,917 a1/2 b

3

ah

Dimana; Q : debit aliran melalui proporsional weir, ft3/detik

II TABEL 2.3. KRITERIA DISAIN GRITCHAMBERAIR BERSIH

Parameter Sumber (referensi)

Kawamura Montgomery

Diamater padat minimal yg disisihkan 0,1 mm 0,1 mm

Jumlah bak minimum 2 2

Kedalaman

air dengan pembersih otomatis 3 4 m 3 4 m

tanpa pembersih otomatis 3,5 5 m 3,5 5 m

Rasio P : L

4 : 1 8 :

1 3 : 1 8 : 1

Rasio P : H min 6 : 1 10 : 1

vh (m/detik)

0,05

0,08 0,05

td (menit) 6 15 10 20

Surface louding (m3/m2.jam) 10 25 8,33 16,67

k (safety factor) 1,5 2 1,5 2

kontrol

vo/H >

vh/PSlope dasar grit chamber 1 : 100 1 : 100


18/101

Buku ajar PBPAM


BAB III

KOAGULASI DAN FLOKULASI

Koagulasi

Pengertian koagulasi adalah penambahan dan pengadukan cepat (flash mixing)

koagulan yang bertujuan untuk mendestabilisasi partikel-partikel koloid dan

suspended solid (Reynolds, 1982). Sedangkan menurut Kawamura (2001)

koagulasi didefinisikan sebagai proses destabilisasi muatan koloid dan padatan

tersuspensi termasuk bakteri dan virus, dengan suatu koagulan. Pengadukan

cepat (flash mixing) merupakan bagian integral dari proses koagulasi. Tujuan

pengadukan cepat adalah untuk mempercepat dan menyeragamkan penyebaran

zat kimia melalui air yang diolah. Pengadukan cepat yang efektif sangat penting

ketika menggunakan koagulan logam seperti alum dan ferric chloride, karena

proses hidrolisisnya terjadi dalam hitungan detik dan selanjutnya terjadi

adsorpsi partikel koloid. Waktu yang dibutuhkan untuk zat kimia lain seperti

polimer (polyelectrolites), chlorine, zat kimia alkali, ozone, dan potasium

permanganat, tidak optimal karena tidak mengalami reaksi hidrolisis

(Kawamura, 1991).

Menurut Kawamura (1991), keefektifan pengadukan cepat dipengaruhi :

Tipe koagulan yang digunakan

Jumlah zat kimia yang diberikan dan karakteristiknya masing-masing

Kondisi lokal, misalnya kondisi daerah, temperatur, kelayakan suplai energi dan

sebagainya

Karakteristik air baku

Tipe pengaduk zat kimia

Kehilangan tekanan (headloss) yang tersedia untuk pengadukan cepat

Variasi aliran pada instalasi

Jenis proses selanjutnya

Biaya

Dan lain-lain.

Kawamura (1991) menyebutkan bahwa pemilihan koagulan sangat penting

untuk menentukan desain kriteria pengadukan cepat dan untuk proses


19/101

Buku ajar PBPAM


flokulasi dan sedimentasi agar berjalan efektif. Koagulan yang sering

digunakan adalah koagulan garam logam seperti : alumunium sulfat, ferric

chloride, dan ferric sulfate. Polimer buatan seperti polydiallyl dimethyl

ammonium (PDADMA) dan polimer kation alam seperti chitosan (terbuat dari

kulit udang) juga dapat digunakan. Perbedaan antara koagulan logam dengan

polimer kation adalah pada reaksi hidrolisnya dengan air. Garam logam

mengalami hidrolisis ketika dimasukkan ke dalam air sedangkan polimer tidak.

Reaksi hidrolisis ini menghasilkan hydroxocomplex seperti

23

32

3

62 ,)(,)( AlOHOHFeHAl dan2

)(OHFe .

Selain koagulan, biasanya dalam pengolahan air bersih ada penambahan zat

kimia yang dibubuhkan dalam pencampuran cepat. Zat kimia yang sering

digunakan adalah alum, polimer kationik, potasium permanganat, chlorine,

powerded activated carbon (PAC), amonia, kapur soda, serta anionic dan

nonionic polymers. Pemilihan zat kimia yang tepat sangat penting khususnya

pada air baku yang tidak memiliki alkalinitas yang cukup (Kawamura, 1991).

Jenis koagulan yang sering dipakai (Reynolds, 1982) adalah :

Alumunium Sulfat (Alum)

Alum [Al2(SO4)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(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 3CaSO4 + 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(SO4)3.14H2O + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + 14 H2O


20/101

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 Sulfate (FeSO4)

Ferrous sulfate membutuhkan alkalinitas dalam bentuk ion hidroksida agar

menghasilkan reaksi yang cepat. Senyawa Ca(OH)2 biasanya ditambahan untuk

meningkatkan pH sampai titik tertentu dimana ion Fe2+ diendapkan sebagai

Fe(OH)3. Reaksinya adalah :

2FeSO4. 7H2O + 2Ca(OH)2 + O2 2Fe(OH)3 + 2CaSO4 + 13 H2O

Agar reaksi di atas terjadi, pH harus dinaikkan hingga 9,5. Selain itu, ferrous

sulfate digunakan dengan mereaksikannya dengan klorin dengan reaksi :

3FeSO4.7H2O + 1,5Cl2 Fe2(SO4)3 + FeCl3 + 21H2O

Reaksi ini terjadi pada pH rendah sekitar 4,0.

Ferric Sulfate dan Ferric Chloride

Reaksi sederhana ferric sulfate dengan alkalinitas bikarbonat alam membentuk

ferric hydroxide dengan reaksi :

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Sedangkan reaksi ferric chloride dengan alkalinitas bikarbonat alami yaitu :

2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 2Fe(OH)3 + 3CaSO4 + 6CO2

Apabila alkalinitas alami tidak cukup untuk reaksi, Ca(OH)2 ditambahkan untuk

membentuk hidroksida. Reaksinya adalah :

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 2Fe(OH)3 + 3CaCl2


21/101

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 :

Diffusion mixing dengan water jet bertekanan (Gambar 3.1)

Keuntungan dari sistem ini adalah bahwa air baku tanpa penambahan zat kimia

atau sudah mengalami destabilisai sebagian bisa digunakan dalam sistem injeksi

zat kimia. Valve yang dipasang pada pompa bisa digunakan untuk mengontrol

kecepatan pemompaan dan variasi energi input untuk aliran yang bervariasi dan

berjenis-jenis zat kimia koagulasi. Sistem ini mempunyai durasi pengadukan

sekitar 0,5 detik dan nilai G sekitar 1000 detik-1 (AWWA, 1997).

Sumber : Montgomery, 1985

Gambar 3.1. Jet Injection Sistem Pengadukan Cepat

In-line static mixing (Gambar 3.2.)

Pengaduk ini dikenal dengan pengaduk statis tidak bergerak. Pengaduk ini

cukup efektif dalam proses koagulasi. Kelebihan pengaduk ini adalah (1) tidak

adanya bagian yang bergerak, (2) tidak membutuhkan energi luar untukmenjadi input (masukan) ke dalam sistem, (3) lebih sedikit terjadinya

penyumbatan daripada tipe pengadukan difusi dengan pompa. Kekurangannya

adalah bahwa tingkat dan waktu pengadukannya merupakan fungsi debit aliran.

Panjang pengadukan biasanya 1,5 2,5 diameter pipa. Dalam penerapannya,

maksimum headloss yang melintasi unit koagulasi adalah 0,6 m. Desain instalasi


22/101

Buku ajar PBPAM


pegolahannya harus mempunyai screen pada intake di bagian hulu dari

pengaduk statis sehingga sampah-sampah besar tidak merusak pengaduk statis

(Kawamura, 1991).

Sumber

: Montgomery, 1985

Gambar 3.2. In-line Static Mixer

Nilai G dirumuskan sebagai berikut :

5.0

.

!

V

PG

Q

Untuk pengadukan cepat dengan static mixer besarnya P dapat diperoleh

melalui persamaan (Kawamura, 1991) :

QwhP !

ND

SQNh

!

4

1,02)1(009,0 Q

Dimana :

P = energi pengadukan, (Watt = N.m/s)

Q = viskositas absolut air (N.s/m2) = 1,336.10-3 N.s/m2 pada 10 CV = volume zone pengadukan (m3)

Q = debit aliran (m3/s)

w = berat air = 1000,15615 kg/m3

h = tekanan jatuh (m)


23/101

Buku ajar PBPAM


S = specific gravity = 1,00

N = jumlah elemen pengadukan

Mechanical mixing (Gambar 3.3)

Pengaduk mekanis secara umum merupakan tipe pengaduk paddle atau

propeller. Lebih dari satu set blade propeller atau paddle tersedia pada sebuah

shaft. Pengaduk mekanis sering dirancang dengan penggerak shaft vertikal

dengan sebuah penurun kecepatan dan motor elektrik. Nilai desain untuk

kebanyakan sistem pengaduk cepat secara mekanis yaitu waktu detensi 10 60

detik dan nilai G sebesar 600 1000 detik-1 (AWWA, 1997).

Menurut Reynolds, 1982:

Gradien kecepatan : G2 = RQ.

P

Menurut Fair & Geyer, 1986:

Daya pengadukan yang dibutuhkan

- Untuk single blade :

P = 5.74 x 10-4. Cd . V . (1 K )3 n3 r3 A- Untuk multiple blade :

P = 1.44 x 10-4 CD . V . (1 K )3 n3 b (r4 - r04 )

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 g 1,9

Sumber: Reynolds, 1982

Keterangan : P : Daya pompa (watt) n : jumlah putaran permenit (rpm)

Q : 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)

V : berat jenis air (kg/m3) td : waktu tinggal (jam)

G : gradien kecepatan (1/dt)

k : ratio kecepatan fluida terhadap kecepatan blade/impeller


24/101

Buku ajar PBPAM


Sumber :

Montgomery, 1985

Gambar 3.3. Mechanical Mixer

In-line mechanical mixing (Gambar 3.4)

Tipe pengaduk ini menghasilkan pengadukan cepat yang lebih efisien walaupunletaknya tetap. Keuntungan menggunakan tipe ini adalah bisa mencapai

dispersi atau penyebaran zat kimia yang cepat. Pengaduk ini beroperasi pada

watu detensi yang pendek (kurang dari satu detik) dan pada nilai G yang tinggi.

Namun, hal tersebut menjadi pertimbangan penting karena menjadi kelemahan

alat ini dalam air yang membutuhkan waktu reaksi yang lebih lama dan lebih

dari satu zat kimia untuk pembentukan flok (AWWA, 1997).


Gambar 3.4. In-line Mechanical Mixer

Hydraulic mixing dengan terjunan (Gambar3.5)


25/101

Buku ajar PBPAM


Pengadukan hidrolis dapat dilakukan dengan men ggunakan V-notch, saluran

air, orifice, aliran turbulen sederhana yang disebabkan oleh kecepatan dalam

pipa, fitting atau saluran. Total headloss untuk pengadukan zat kimia koagulan

tidak lebih dari 3,2 m. Energi dari suatu terjunan efektif setinggi 30 cm

menyediakan nilai G sebesar 1000 s-1 pada suhu 20 C (AWWA, 1997).

Gradien kecepatan (G) : 400-1000 /dt

Waktu detensi (td) : 60 detik (untuk kekeruhan tinggi)

G x td : 20.000 30.000

21

.

.

-

!

td

hgG

Y (2-11)dimana, G =gradien kecepatan (1/detik)

g =percepatan gravitasi (m/s2)

h =tinggi terjunan

Y =viskositas kinematis

Gambar 3.5. Koagulasi Tipe Terjunan

Diffusion dengan pipe grid (Gambar 3.6)

Tipe pengadukan cepat ini tergantung pada turbulensi yang diciptakan oleh

pipa grid. Koagulan atau zat kimia lainnya ditambahkan ke dalam aliran melaui

injeksi orifice di dalam grid. Masalah yang umum terjadi adalah tersumbatnya

orifice setelah beberapa bulan hingga satu tahun instalasi beroperasi. Di bawah

kondisi normal, pengaduk ini tidak direkomendasikan (Kawamura, 1991).


26/101

Buku ajar PBPAM



Gambar 3.6. Diffusion Flash Mixer

Salah satu jenis pengadukan cepat tipe hidrolis adalah pengadukan dalam pipa.

Panjang pipa yang diperlukan untuk pengadukan cepat berdasarkan kecepatan

aliran dan waktu pencampuran, dengan rumus perhitungan sebagai berikut

(Darmasetiawan, 2001) :

vLtd!

2G

vHfg

Y!

AQV /!

Dimana :

L = panjang pipa (m)

V = kecepatan aliran dalam pipa (m/detik)

= 2.5 4 m/detik

Q = kapasitas pengolahan (m3/detik)

td = waktu pencampuran (detik)

A = luas penampang pipa (m)

= T D2


27/101

Buku ajar PBPAM


G = gradien kecepatan (/dt)

Y = viskositas kinematik (1,306x10-6 m/s pada suhu 10oC)

Gradient kecepatan 350-1700 /dt /detik. Dengan rumus sebagai berikut :

!

td

HfgG

Y0.5

Dimana :

G = gradient kecepatan (per detik)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/det2)

Hf = kehilangan tinggi tekanan sepanjang aliran (m)

td = waktu pencampuran

Y = viskositas kinematis ( 1,306 x 10-6 m2/det pada temperatur 10 C)

Peavy (1985) menjelaskan bahwa parameter desain untuk pengadukan cepat

adalah waktu pengadukan (t) dan gradien kecepatan (G). Untuk mendapatkan

flok yang baik dilakukan pengadukan yang bertahap dan gradien kecepatannya

makin lama makin menurun.

Tabel 3.2. Kriteria Desain Unit Koagulasi

NoKeterang

an

Uni

t

Kawamur

a1

Al-

Layla2

Reynold

s3

Darmaset

iawan4Peavy5

Montgome

ry6

1G dtk

-1300

700 -

1000700 - 1000

600 -

10001000

2 Td dtk 10 - 30 30 - 60 20 - 60 20 - 40 10 - 60

3G x Td

300 - 160020000 -

30.0001000 - 2000

4 pH alumopt.

4 4,5 - 8,0 5,0 - 7,5

Sumber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982;

4.Darmasetiawan, 2001; 5.Peavy, 1985;

6. Montgomery, 1985


28/101

Buku ajar PBPAM


Pengadukan cepat dengan in-line static mixer mempunyai kriteria desain

tersendiri yaitu (Kawamura, 1991) :

G x t = 350 1700 (rata-rata 1000)

t = 1 5 detik

3.2. Flokulasi

Menurut kawamura (1991), flokulasi merupakan pengadukan lambat yang

mengiringi dispersi koagulan secara cepat melalui pengadukan cepat. Tujuannya

adalah mempercepat tumbukan yang menyebabkan terjadinya gumpalan

partikel koloid yang tidak stabil sehingga dapat diendapkan. Istilah koagulasi -

flokulasi kadang-kadang digunakan secara bergantian dalam beberapa literatur.

Namun penggumpalan partikel ini pada prinsipnya terjadi dalam dua tahap

proses.

Pemilihan proses flokulasi seharusnya berdasarkan kriteria di bawah ini

(Montgomery, 1985) :

Tipe proses pengolahan, misalnya konvensional, filtrasi langsung, softening atau

sludge conditioning.

Kualitas air baku, misalnya kekeruhan, warna, partikel tersuspensi dan

temperatur.

Tipe koagulan yang digunakan.

Kondisi lokal, seperti ketersediaan petugas lapangan.

Proses flokulasi bisa dilakukan melalui pengadukan mekanis maupun dengan

baffle (Kawamura, 1991) :

Pengadukan secara mekanis

Vertical shaft dengan turbin atau blade tipe propeler.

Tipe paddle dengan horizontal atau vertical shaft.

Baffled channels

Horizontal baffled channel

Vertically baffled channel

Montgomery (1985) menjelaskan bahwa tipe flokulator yang umum digunakan

adalah pengaduk mekanis. Flokulator dengan paddle digunakan untuk energi


29/101

Buku ajar PBPAM


pengadukan rendah hingga sedang. Sedangkan flokulator dengan propeler atau

turbin digunakan untuk energi pengadukan sedang hingga besar.

Pengadukan di dalam flokulator direkomendasikan dengan menggunakan

pengaduk paddle shaft vertikal karena dapat menghasilkan energi yang

bervariasi terhadap zona-zona flokulasi. Sedangkan bak flokulasi yang

disarankan adalah rektangular karena dapat menghasilkan pengadukan yang

sempurna (AWWA, 1997).

Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang

umum digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan

waktu yang singkat cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan

nilai G yang rendah dan waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan

lebih besar (Peavy, 1985).

Menurut Kawamura (1991), nilai gradien kecepatan masing-masing tipe

flokulasi dapat ditentukan sebagai berikut :

Baffle Channel

Persamaan yang digunakan:

21

.

.

!

td

hgG

Y g

vKh

L2

2

!

dengan: G = gradien kecepatan (1/dtk)

g = percepatan gravitasi (9,81 m/dtk2)

h = headloss total (m)

= viskositas kinematik air (m2/dtk)

td = waktu dsetensi (dtk)

hL = headloss per belokan (m)

K = 1,5

v = kecepatan aliran air (m/dtk)

(Kawamura, 1991)


30/101

Buku ajar PBPAM


Sumber : AWWA, 1997

Gambar 3.7 Baffled Channels

2. Pengaduk mekanis dengan paddle

5.03

2

!

V

AvCG D

R

Dimana :

CD = koefisien drag yang tergantung pada bentuk paddle dan kondisi aliran

(nilainya 1,8)

A = luas daerah paddle (m2)

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

V = volume tangki flokulasi (m3)

v = kecepatan aliran (m/s)


31/101

Buku ajar PBPAM


Sumber : Kawamura, 1991

Gambar 3.8 Horizontal Shaft Flocculator3. Pengadukan melalui plat berlubang, pengadukan ini memanfaatkan kontraksi pada waktu airmelalui lubang.

Detail plat

Gambar 3.9. Flokulator Melalui Media Berlubang

Parameter desain untuk flokulasi adalah G x t (tanpa satuan). Nilai G x t yang

umum digunakan berkisar antara 104 sampai 105. Nilai G yang besar dengan

waktu yang singkat cenderung menghasilkan flok padat yang kecil, sedangkan

nilai G yang rendah dan waktu yang lama menghasilkan flok yang ringan dan

lebih besar (Peavy, 1985).

Diffuse


32/101

Buku ajar PBPAM


Menurut Darmasetiawan (2001) pada model flokulator dengan plat berlubang kehilangan tekanan dan

dapat dihitung dengan persamaan :

22

2

)4/(2

.

DNg

QKHf

T!

Sedangkan untuk menghitung nilai G dicari dengan rumus :5.0

3

2

81

-

NLA

KQ

DG

YT

Keterangan :

Hf = kehilangan tekanan (m)

K = koefisien kontraksi (2 - 4)

Q = debit (m3/dt)

N = jumlah lubang / diffuserY = 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)

Tabel 3.3. Kriteria Desain Flokulator Mekanis (Horizontal Shaft dengan Paddle)

NoKeterang

anUnit

Kawamur

a1

Al-

Layla2

Reynold

s3

Darmaset

iawan4

Peavy

5

Montgomer

y6

1G dtk-

160 - 10 10 - 75 80 - 20 70 - 20 > 50

2 Td mnt 30 - 40 10 - 90 10 - 20 10 - 30 15 - 20

3G x Td

104- 105 104- 105104-

105

4Dalam

bak4,8

5Kec.

maksm/s 1,0

0,15

1,00,1 - 1,0 1

6 Luas

paddle 5 - 20 %

area bak

15 - 20

% area

bak

15 - 20

%

area

bak

20 %

area bak

Sumber : 1.Kawamura, 1991; 2.Al-Layla, 1980; 3.Reynolds, 1982;

4.Darmasetiawan, 2001; 5.Peavy, 1985; 6. Montgomery, 1985

Contoh perhitungan :


33/101

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 mV = D2.L = (0,2032)2.(0,5)m = 0,016 m3

Dengan persamaan 2.12

mxh 013,02)2032,0(

)10.336,1)(1()05,0)(12(009,04

1,032

!

!

Dengan persamaan 2.11, sNmxxP /66,0)013,0()15615,1000()05,0( !!

Dengan persamaan 2.10

5.0

.

!

V

PGQ

=

15,0

37,175

016,010.336,1

66,0

!

dtkx

(tidak memenuhi)

Dengan waktu detensi (t) = 2 detik maka nilai G x t = 175,7 x 2

= 351,4(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 (Sodium Hypochloride)

Debit yang diolah dalam 1 (satu) line = 50 L/s

DPC (daya pengikat Chlor) = 1,2 mg/L

Sisa Chlor = 0,4 mg/L

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

NaOCl mengandung 17,5 % chlor, sehingga dosis NaOCl adalah

=

ppmLmgLmgLmgx 10/10/14,9/6,15,17

100$$!

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


34/101

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 () = 1,306.10-6 m2/s pada suhu 10C

Percepatan gravitasi = 9,81 m/s2

Dimensi

Diameter flokulator = 4,8 m

Tinggi air existing = 3,6 m

Volume tangki berdasarkan tinggi air :

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

Waktu detensi (td) = Q

Volume

= det/05,0

11,653

3

m

m

= 1302,2 detik = 21,70 menit(memenuhi)

Luas lintasan paddle = 20 % luas bak = 20 % x D2

= 20 % x (3,14) (4,8)2 = 3,62 m2

Gradien kecepatan (G) dengan kecepatan aliran 0,5 m/s (Persamaan 2.14)

5.03

2

!

VAvCD

R=

)11,65)(10.306,1(2)5,0).(62,3.(8,1

6

3

= 69,20 /detik(memenuhi)

G x td = 69,20 /detik x 1302,2 detik

= 90.112,24(memenuhi)

Contoh 2

Kriteria desain terpilih

Pengadukan dengan cara mekanis

Waktu detensi (td) : 60 dtkGradien 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 () : 0,890 x 10-3 kg/m.dtk


35/101

Buku ajar PBPAM


Massa jenis air () : 997 kg/m3

Perhitungan

Debit tiap bak (Q),

dtkmQ

QQ

/125,02

25,0'

2

'

3!!

!

Volume bak (V),

35,7

60125,0

mV

V

tdQV

!

v!

v!

Dimensi bak,

Panjang (p) = 2 m

Lebar (l) = 2 m

Kedalaman (H) = 2 m

Daya pengadukan (P),

21

!

V

PG

Q

wattP

P

VGP

6675

5,710890,0100032

2

!

v!

!

Q

Diameter impeler (Di),

Di = 50% x 2

= 1 mJari-jari impeler (r),

mDi

r 5,02

!!

Jarak impeler dari dasar (H),

H = Di= 1 m

Jumlah putaran (N),

Untuk koagulasi pengaduk yang digunakan adalah blade menerus, dengan demikian ri

= 0 dan blade ada di kedua sisi batang pengaduk, maka:

? A ? A

rpmN

N

kN

rrkNbCdPio

36,148

1004,26675

5,013,09978,11044,16675

11044,1

33

434

4434

!

v!

v!

v!

V

\Bak koagulan

Kriteria desain terpilih

Koagulan yang digunakan : Aluminium sulfat (Al3(SO4)3.14H2O)

Kadar alum aktif : 49 %


36/101

Buku ajar PBPAM


Massa jenis () :134 gr/100 ml (1,34 kg/l)

Konsentrasi larutan alum : 5 %

Dosis alum maksimum (Cal) : 40 mg/l

Jumlah bak koagulan : 2 bak

Waktu pencampuran (tc) : 8 jamPerhitungan

Kebutuhan alum (M),

harikgM

dtkmgM

M

QCM al

/27,1763

/16,20408

4025049

100

49

100

!

!

!

!

Debit koagulan (Q),

jamlharilQ

Q

M

Q

/83,54/87,1315'

34,1

27,1763'

'

!!

!

!

Volume alum yang dibutuhkan selama pencampuran (Val),

Val = Q x tc= 54,83 x 8 = 438,64 l

Volume larutan (Vlar),

377,88,8772

64,4385

100

mlV

V

lar

lar

!!

v!

Dimensi bak pembubuh

Panjang (p) = 2 m

Lebar (l) = 2 m

Kedalaman (H) = 2,4 m

Sistem pembubuhan koagulan

Sistem 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

mntmljaml

/83,91360

1000/83,54!

v

strokemlmntstroke

mntml/62,9

/95

/83,913!

Berdasarkan perhitungan debit koagulan yang dibutuhkan dan besarnya volume per

stroke dapat ditentukan jenis dosing pump yang digunakan serta setting panjang


37/101

Buku ajar PBPAM


strokenya dengan menggunakan grafik. Dari grafik didapat jenis dosing pump DM2-

48 dengan tekanan 5 bar yang disetting pada angka 10.

Flokulasi

Kriteria desain terpilihPengadukan dengan cara hidrolis (baffle channel vertikal)

Jumlah bak : 2 bakJarak antar baffle minimum : 0,75 m

Kedalaman (H) : 4 mJumlah channel (n) : 6 buah

Jumlah belokan (n-1) : 5 buahHeadloss (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 ( ) : 0,893 x 10-6 m2/dtk

K : 1,5Perhitungan

Volume bak (V),

31501200125,0 mV

tdQV

!v!

v!

Kedalaman bak dibuat 4 m dan lebar bak dibuat 3 m, maka panjang bak (p),

mp

Hlp

A

Vp

5,1243

150

)(

150

!v

!

v!

!

Headloss per channel (h),

21

.

.

!

td

hgG

Y

g

tdGh

.2Y!

Tahap I (h1),

G = 70Td = 200 dtk

mh

gtdGh

089,081,9

20010893,070

.

62

2

!v

!

!

Y

Tahap II (h2),G = 60

Td = 200 dtk


38/101

Buku ajar PBPAM


mh

g

tdGh

066,0

81,9

20010893,060

.

62

2

!v

!

!

Y

Tahap III (h3),

G = 50

Td = 200 dtk

mh

g

tdGh

046,081,9

20010893,050

.

62

2

!v

!

!

Y

Tahap IV (h4),

G = 40Td = 200 dtk

mh

g

tdGh

029,081,9

20010893,040

.

62

2

!v

!

!

Y

Tahap V (h5),G = 30

Td = 200 dtk

mh

g

tdGh

016,081,9

20010893,030

.

62

2

!v!

!

Y

Tahap VI (h6),

G = 20Td = 200 dtk

mh

g

tdGh

007,081,9

20010893,020

.

62

2

!v

!

!

Y

Jadi headloss channel total (hchannel),

hchannel = h = 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


39/101

Buku ajar PBPAM


Headloss per belokan (hL),

mh

g

vKh

L

L

3

2

2

109,981,92

36,05,1

2

v!!

!

Terdapat lima (5) buah belokan, maka :

hL = 5 x hL

= 0,05 m


40/101

Buku ajar PBPAM


BAB IV

SEDIMENTASI

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 partikeldiskrit.

Tipe pengendapan partikel flok, yaitu pengendapan flok dalam suspensi cair. Selamapengendapan, 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 sehinggaharus 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) :

2000Re !R

vR

5

2

10 "! gRvFr

Dimana :

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

= P

AR !

A = luas area yang dilewati (m2)


41/101

Buku ajar PBPAM


P = keliling basah (m)

= viskositas kinematis (m2/s) = 1,306.10-6 m2/s pada 10 C

g = konstanta gravitasi (9,81 m/s2)

Pada dasarnya bak pengendapan yang panjang adalah yang paling baik tetapi tanpadidukung 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 hidrolisadalah volume bak dibagi dengan debit rencana (Kawamura, 1991) :

Q

Vtd !

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 instalasipengolahan yang mengolah aliran besar. Tipe bak ini secara hidrolis lebih stabil.

Biasanya desainnya, terdiridari bak-bak yang panjangnya 2 - 4 kali lebarnya dan 1020 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) :

bh

QVo !

(m/jam)Sedangkan waktu detensinya (t) adalah

oV

l

Q

lbh

Q

Vt !!!

(jam)

dan waktu pengendapan (Vs) dihitung dengan persamaan :

o

s

s SA

Q

bl

QV !!!

(m/jam)

Dimana :

Q = debit alran air (m3/jam)

V = volume bak sedimentasi (m3)

= l x b x h

As = luas permukaan bak = b x l


42/101

Buku ajar PBPAM


Sumber : Reynolds, 1982Gambar 4.1. Bak Pengendap Rectangular

Tabel 4.1. Kriteria Desain Bak Pengendap Rectangular

No

Keterangan Unit Kawamura1

Droste2

Rich3

Martin4

JWWA5

Layla6

Reynolds7

Fair8

12

3

456

7

8

9

10

11

12

13

14

Bebanpermukaan

Tinggi air

tdKemiringan

plate

Panjang

Lebar

P:L

L:H

Freeboard

Re

Fr

Kecepatan

Removal

efisiensi

Faktor

keamanan

M/jam

m

jam0m

m

m

m/m

nt

0.83-2.5

3-5

1.5-460-90

6:1

4:1

3:1

6:1

0.6

10-5

0.3-1.7

20-70

2.5-5

70-

75

2.4-

3

0.5-1

2-5

3:1

5:1

10-

5

4-53-4

60

105

0.6

2-5

3010

50-

70

1.8

45-60>751.5-6

2:1

0.3-0.7

90

50-

75

0-1

Sumber: 1. Kawamura, 1991; 2. Droste, 1997; 3. Rich, 1961; 4. Martin, 2001; 5. JWWA, 1978; 6. Layla, 1978; 7.

Reynolds, 1982; 8. Fair & Geyer, 1986.

Beberapa kelebihan dan kelemahan bak empat persegi panjang adalah (Montgomery,

1985):

Lebih toleransi terhadap shock loads


43/101

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 saataliran masuk ke tengah dan dialirkan menuju perimeter, kecepatan horizontal air

secara kontinu menurun. Kecepatan horizontal (Vo) di dalam bak sirkular dapatdihitung dengan rumus (Al-Layla, 1980) :

rH

Q

A

QV

oT

!!(m/jam)

Sedangkan waktu detensinya (td) adalah

oVr

Qhr

QVtd !!!

2

T

(jam)

dan waktu pengendapan (Vs) dihitung dengan persamaan :

o

s

sS

A

Q

r

QV !!!

2T (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

A = luas rata-rata permukaan bak =rh

rh

TT

!2

2


44/101

Buku ajar PBPAM


Sumber : Droste, 1997

Gambar 4.2. Bak Pengendap Circular

Perhitungan weir bentuk V-notch pada bak circular menggunakan persamaan-

persamaan berikut :

Panjang weir (L) = 2 r

Kec. weir loading = L

Q

Jumlah V-notch (n)

= CCr

L

/

Debit air per V-notch = n

Q


45/101

Buku ajar PBPAM


Tinggi air di atas V-notch (Hw) =

52

2tan28

15

UgC

Q

d

Lebar V-notch pada bagian atas (w) = 2 Hw

Dimana :

r = jari jari bak sedimentasi

rC/C = jarak antar pusat V-notch (center to center)

Cd = koefisien pengaliran = 0,62

= besarnya sudut yang dibentuk V-notch

Tabel 4.2. Kriteria Desain Unit Sedimentasi Circular

N

oKeterangan Unit

Kawam

ura1

Al-

Layla2

Reynolds

3

Darmaset

iawan4

Peavy5 Montgom

ery6

1Kec. aliran

m/s < 0,32,78.10-

4

2 Diameter m 4,5 - 90 < 30

3 Tinggi bak m 3 - 5 2 - 5 1,8 - 5

4 NRe < 2000 < 500 < 2000

5 NFr > 10-5 > 10-5 > 10-5

6 Td jam 1 - 3 2 - 8 1 - 2 2 - 4

7

Kec.

pengendap

an

m/jam0,85 -

1,71,2 - 1,4 1- 2

8 Tinggi air m 3 - 5

9Kec.

horizontalm/s 2,5.10-3

2,5.10-3 -

1,5.10-2

10 Weir

loading

m2/ja

m7 25 20,4 -

37,355,8 - 11,25

Sumber : 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


46/101

Buku ajar PBPAM


Efisiensi pengendapan tinggi

Adanya masalah pada aliran sirkuit pendek

Membutuhkan operasi yang lebih hati-hati

Membutuhkan fasilitas flokulasi yang terpisah

Sedikit toleransi terhadap shock loadsPada perencanaan bak pengendap dengan aliran kontinue terdiri dari komponen-

komponen sebagai berikut :

Q Q

Zone inlet zone pengendapan zone outlet

Q Q

Zone penampungan lumpur

Gambar 2.3 Bak Pengendap

( Sumber : Darmasetiawan, 2001)

Zone inlet

Pada zone inlet air yang masuk diasumsikan langsung merata pada potongan

melintang di dalam bak pengendap, dengan tingkat kandungan SS (suspended solid)yang homogen ketidatmerataan pada zone inlet ini akan dapat menghasilkan

turbulensi sehingga dapat meruntuhkan bentukan flok yang telah terbentuk diflokulator.

Untuk menghindari ini secara umum aliran air harus mempunyai kecepatan alirantidak 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 :

g

VHf o

2

2

!

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

2

4DVQ oo

T!

maka N

QQo !

Sehingga

-

!

5.0)2(

4

HfgN

QD

T

B

Vo

H Vs


47/101

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 pengendapanPada zone bidang pengendap flok yang sudah terbentuk diharapkan dapat mengendap.

Secara 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

Secara umum asumsi yang diambil dalam teori adalah sebagai berikut :

partikel yang mengendap tidak dipengaruhi oleh kecepatan alirankecepatan 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 :

)(2 wB

wBR

!

RgVF o

r

2

!atau Rg

VFr o

.sin 2 E!

Y

RVR

o

e!

atau YE .sin

.Re

RVo!

Dimana :

Fr = bilangan Fraude Fr > 10-5Re = bilangan Reynold Re < 500

Vo = kecepatan horizontal (m/s)R = radius hidrolik (m)Y = viskositas kinematik (1,306x10-6 m/s pada suhu 10oC)w = jarak antar plat (m)

E = kemiringan plat (o)

Zone outlet

Perhitungan weir bentuk V-notch menggunakan persamaan-persamaan berikut :

q

QL !


48/101

Buku ajar PBPAM


5v! Lnv (Qasim, 1985)

v

vn

QQ !

5

2

21

2tan22

32

!

Egd

QH v

v

(Darmasetiawan, 2001)

g

gn

QQ !

b

Qq

g

g!

3

2

g

qy

g

c !

c

g

coygb

QyH

2

22 2!

dengan: L = panjang pelimpah (m)

Q = debit total (m3/dtk)q = beban pelimpah (m3/m.hari)

nv = jumlah V-notchQv = debit tiap V-notch (m3/dtk)

Hv = tinggi air pada V-notch (m)Qg = debit tiap gutter (m3/dtk)

ng = jumlah gutteryc = kedalaman kritis/kedalaman pada jarak L m (m)

b = lebar gutter (m)Ho = kedalaman air awal pada gutter (m)

Contoh Perhitungan 1 :

Kriteria Desain

Surface loading = 2 4 m/jam

Diameter orifice = u 3 cm

Ro = 60 120 m3/m2 . hari

Kemiringan plate (E) = 45 - 60o

Jarak antar plate (wp) = 25 100 mmTebal plate (tp) = 2,5 5 mm

Panjang plate (Pp) = 1000 2500 mmlebar plate (lp) = 1000 1200 mm

NFR =u 10-5

NRE =e 500Jarak pipa inlet ke zona lumpur = 0,2 0,3 m

Jarak plate ke pipa inlet = 1 1,4 m

Jarak gutter ke plate = 0,3 0,4 m


49/101

Buku ajar PBPAM


Tinggi plate = 1 1,2 m

Kadar lumpur = 4 - 6%

Perencanaan

Bentuk bangunan 4 persegi panjang, dengan P : L = 3 : 1Q/A = 5,56 x 10-4 m/dt

td = 1 jam = 3600 dtNRe < 500

NFr > 10-5Kedalaman bak, H = 3 m

Jarak antar plate, w = 5 cm = 0,05 mTinggi plate, h = 1 m

Sudut kemiringan plate, = 60

Tebal plate, t = 0,5 cm = 0,005 m

Y/Yo = 75 %

Faktor keamanan, good performance = 1/3

Zona Sedimentasi

Direncanakan 2 bak sedimentasi dengan debit masing-masing 0,062 m3/dt

Dimensi bak

mF

mH

mP

mLL

LA

LP

mA

dtmA

Q

3,0

2

3,18

1,635,111

3

3

5,1111056,5

062,0

/1056,5

2

2

2

4

4

!

!

!

!!

!

!

!

!

!

Kecepatan horisontal partikel

dtmdtmHL

QvH /105/

21,6

062,0 3!v

!v

!

Jari-jari hidrolis

mmHL

HLR 2,1

221,6

21,6

2!

v!

v!

Cek bilangan Reynold

memenuhitidakRv

NH

_500671910893,0

2,11056

3

Re "!

v!

v!

Y Cek bilangan Froud


50/101

Buku ajar PBPAM


memenuhitidak

Rg

vN

H

Fr _101012,22,181,9

105 56232

!v

!

v!

Karena NRe dan NFr tidak memenuhi kriteria desain, perlu penambahan plate settler

pada bak sedimentasi. Perhitungannya adalah sbb :

Kecepatan aliran masuk plate

dtmv

vA

Q

o

o

/1037,660sin

1056,5

sin

44

!

!

! E

Dimensi plate

060

005,0

10,0

1

15,1

60sin

1

sin

!

!

!

!

!!!

E

E

mt

mw

mh

mh

l

Jumlah plate

Jarak horisontal antarplate,m

wx 115,0

60sin

10,0

sin!!!

E

Jumlah plate,buah

x

Pn 1601,159

115,0

3,18}!!!

Jari-jari hidrolis

mmw

R 05,02

10,0

2!!!

Cek bilangan Reynold

OKRvo

N 50067,3510893,0

05,01037,66

4

Re !

v!

v!

Y Cek bilangan Froud

OK

Rg

voNFr 55

242

101025,82705,081,9

1037,6

"!v

!

v!

Zona InletDimensi pipa inlet


51/101

Buku ajar PBPAM


mD

D

D

DA

mv

QA

36,0

131,041103,0

41

103,06,0

062,0

2

2

2

2

!

!!

!

!!!

T

T

Diameter Orifice

mD

mA

dtmQ

n

mw

mPbakPpipa

or

or

or

or

or

12,0

012,06,0

107

/1076042,0

65,1

9

5,1

9

23

33

!

!

!

!!

!!

!

!!

Zona LumpurKonsentrasi effluen dan lumpur

LmgLmgturbidityCs

LmgLmgturbidityCef

/42/5,5280,080

/5,10/5,5220,080100

!v!v!

!v!v!

Berat lumpur tiap hari harikgLmgdtLCsQWs /99,2248640010/42/6286400 6 !vvv!vv! Debitlumpur kering

harimmkg

harikg

s

WsQds /087,0

/2600

/99,224 33

!!!V

Debit lumpur

harimharim

lumpur

QdsQs /9,2

03,0

/087,0 33

!!!

Volume bak lumpur

33 7,83/9,2 mhariharimtcQsV !v!v!

Dimensi ruang lumpur


52/101

Buku ajar PBPAM


mD

mmm

mHs

HsAucutV

mL

Ls

mmP

Ps

pembuang 14,0

23,01,63,18

7,83

31ker

03,23

1,6

3

66,35

3,18

5

3

!

!

!

!

!!!

!!!

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)

171,0

/1053,1251,6

/062,0

5

33

"!

n

dtmmmn

dtm

vH

Ln

Qo

Rencana jumlah gutter, n = 2 dengan 45 V-notch

Debit tiap gutter

cfsdtmn

QQg 095,13088,35/031,0

2

062,0 3 !v!!!

Dimensi gutter

3,18

28,0

02,003,0)19,02,0(19,0)%20(

29,019,05,1

19,0612,0

5,149,2095,01

49,2

23

23

!!

!

!!

!v!

!!

v!

!

PPg

mHg

FreeboardhoHoHoHg

mmLg

mftHo

HoHocfs

HoLgQg

Debit tiap

V-notch

dtmhoQw /1012,203,036,136,1342

52

5!v!!

Jumlah V-notch

Total jumlah V-notch,

buahQwQgn 1482,146

1012,2031,0

4}!

!!

Gutter mempunyai 2 sisi pelimpah, maka tiap sisibuahn 78

2

148' !!

Dimensi V-notch

Freeboard V-notch, mmhoFw 015,003,02121 !!!


53/101

Buku ajar PBPAM


Lebar muka air V-notch, mcmhoLw 06,0613245tan2 !!!r!

Lebar pintu V-notch, mcmFwhoLp 09,0915,13245tan2 !!!r! Jarak antar V-notch

mw

wmm

wnLpnPg

388,0

7409,0743,18

!

vv!

vv!

Jarak V-notch ke tepi,m

ww 194,0

2

388,0

2' !!!

Misal : jarak gutter ke tepi = b, maka jarak antar gutter b = 2b

mb

bm

bbLgLoutlet

38,1

429,021,6

222

!

!

!

Jarak antar gutter mmb 76,238,12 !!

Saluran Pengumpul

Fungsinya untuk mengumpulkan air dari gutter sebelum menuju bak filtrasi.

5,0

017,03,0057,0

057,0

8,1103,0

103,06,0

062,0 2

!

!!!

!

v!

v!

!!!

Psal

mFHairHsal

mHair

Hair

HairLsalAsal

mv

QAsal

Kehilangan Tekanan

Head loss pada V-notch

mhf

hf

hfgCnotchQ D

029,0

181,9215

81012,2

2tan215

8/

25

584,04

25

!

vvvv!

vvvv!

U


54/101

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 untukmenyisihkan sebanyak mungkin padatan tersuspensi yang halus. Proses ini digunakan

untuk menyaring secara kimia air yang sudah terkoagulasi dan terendapkan agarmeghasilkan air minum dengan kualitas yang tinggi.

IIIPRINSIP FILTRASI :IVA.PENYARINGANMEKANIS

Proses ini terjadi pada saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat. Media yangdipergunakan dalam filtrasi adalah pasir yang mempunyai pori-pori yang cukup kecil.

Dengan demikian partikel-partikel yang mempunyai ukuran butir lebih besar dariruang antar butir pasir media dapat tertahan. Selama 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 menahanpartikel-partikel yang mempunyai ukuran kecil.

V B.PENGENDAPANProses 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.

VIC.BIOLOGICALACTIONProses ini hanya terjadi pada saringan pasir lambat. Suspensi-suspensi yang terdapat

dalam air mengandung organisme-organisme seperti alga dan plankton, yangmerupakan bahan makanan bagi jenis-jenis mikro organisme tertentu. Organisme-

organisme tersebut membentuk lapisan diatas media filter yang disebut dengan

lapisan 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 strainingFlokulasi antar butir

Sedimentasi antar butirProses mikrobiologis

Sedangkan dari bentuk bangunannya, filter dikenal dengan 2 macam :

a. Saringan dengan bangunan terbuka / secara gravitasi


55/101

Buku ajar PBPAM


b. Saringan dengan bangunan tertutup / secara bertekanan

Sumber : Peavy, 1985

Gambar 5.1. Operasi Filter Aliran Gravitasi

Menurut Peavy (1985), dalam penjernihan air bersih dikenal dua macam saringan :

Saringan Pasir Lambat (Slow Sand Filter)

Saringan 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 mendominasidipermukaan filter. Kehilangan tekan yang tinggi menghasilan rata-rata aliran yangsangat rendah (0,12 0,32 m/jam) sehingga membutuhkan konstruksi filter yang

sangat luas. Pencucian dilakukan secara periodik (biasanya sekali sebulan) denganmengambil media filter bagian atas setebal 3 - 5 cm untuk dicuci di luar filter.

Saringan pasir lambat membutuhkan ruang yang luas dan modal yang besar. Selain itusaringan ini tidak berfungsi baik dengan air yang kekeruhannya tinggi karena

permukaannya cepat tersumbat, dan membutuhkan pencucian yang lebih sering.

Saringan Pasir Cepat (Rapid Sand 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


56/101

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. Kriteriakualitas air yang dimasukkan ke filter adalah dengan kekeruhan di bawah 5 NTU,

sehingga air baku yang di atas 5 NTU harus diolah melalui proses koagulasiflokulasi - sedimentasi (Darmasetiawan, 2001).

Filter bertekanan tertutup biasanya dalam kontainer logam dan bisa dioperasikandalam mode downflow atau upflow. Filter ini bisa terdiri satu atau banyak media dan

dibersihkan dengan backwash. Headloss maksimum dalam filter bertekanan adalah 20200 mm (Droste, 1997)

Tabel 5.1. Perbedaan Slow Sand Filter dan Rapid Sand Filter

Sumber : 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 (SiO2) 96 %. Pasir dengan kualitas yang demikian

Parameter Slow Sand Filter Rapid Sand Filter

Area filter

Ukuran pasir

Tinggi air di atasfilter

Air baku

Kecepatan filtrasi

Distribusi pasir

Periode pencucian

Metode pencucian

Kehilangan

tekanan

Kedalaman media

filter

Sistem underdrain

Sangat luas

ES = 0,25 0,35 mm

UC = 2 - 3

0,9 1,6 m

Tidak cocok untuk air yang

mengandung zat organik

tinggi

0,1 0,4 m/jam

Tercampur

1-3 bulanPengerukan lap. atas 0,5 - 2,5

cm

< 1 m

1,0 1,5 m

didukung kerikil 0,3 0,5 m

Melalui pipa berlubang,cabang keluar melalui pipa

utama

Relatif kecil

ES = 0,45-0,55 mm

UC = < 1,5

0,9 1,60 m

Perlu pengolahan

pendahuluan untuk

menyisihkan kekeruhan

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

Kecil ke besar

24 - 48 jam

Back wash

0,2 0,5 m

Pasir 80 cm

Kerikil 38 - 60 cm

Melalui pipa berlubangkeluar melalui pipa

manifold


57/101

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. Saringan satu media, saringan dengan pasir saja atau pecahan arang.

2. Saringan dua media, saringan dengan pasir dan media lain seperti gravel

3. Saringan multi media, saringan dengan pasir, garnet, dan antrasite coal.

Sumber : Droste, 1997

Gambar 5.2. Filter Bertekanan

Jumlah Bak Filter

Persamaan yang digunakan adalah:

5,02,1 QN !


58/101

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):

Dp

vD

g

hfD

L1067,1

4

2

vvvv!I]

Dimana :

hL = kehilangan tekanan (m)

= faktor bentuk (sphericity) media filterCD = koefisien drag

g = percepatan gravitasi (m/s2)D = kedalaman bed (m)

Vf = kecepatan aliran (m/s) = porositas

Dp = diameter butiran (m)

NRe = bilangan Reynolds

Kofisien drag untuk NRe < 1 adalah

Re

24

NCD !

dan untuk NRe > 1 tetapi < 104 adalah

34,0324

ReRe

!NN

CD

sedangkan untuk bilangan Reynolds dapat dihitung dengan

RfvDpN

..

e

=!

Sistem underdrainMenurut Droste (1997), ada beberapa sistem underdrain, yaitu:

Gravel layer


59/101

Buku ajar PBPAM


Underdrain blok

Strainer

Pipa lateral

Sistem yang sering digunakan adalah sistem pipa lateral karena headlossnya

rendah dan distribusinya yang merata.

Kriteria desain underdrain dalam Fair & Geyer (1968):

Rasio luas orifice : luas bed = (1,5 5) x 10-3 : 1

Rasio luas lateral : luas orifice = (2 4) : 1

Rasio luas manifold : luas lateral = (1,5 3) : 1

Diameter orifice (Do) = - in (0,6 2 cm)

Jarak antar orifice = Jarak antar lateral = 3 12 in (7,5 30 cm)

Sistem 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

Buku Ajar PBPAM

Documents

Transcript of Buku Ajar PBPAM