MODUL 3

FILTRASI

1. Pengertian Filtrasi

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.

2 Jenis-Jenis Filtrasi

Pengolahan dengan menggunakan metode filtrasi atau penyaringan

merupakan metode fisik yang dilakukan dalam mengolah air sebagai air

minum. Proses filtrasi ini cara kerjanya bisa dipengaruhi oleh gravitasi ataupun

Gambar 2.1 Filtrasi

tenaga putar. Ada beberapa jenis filtrasi yang digunakan dalam pengolahan air

untuk air minum. Proses filtrasi dibagi menjadi beberapa jenis yaitu filter pasir

lambat, filter pasir cepat, filter karbon aktif dan filter karbon membrane.

Gambar 2.1 Skema Metode Filter Pada Proses Filtrasi

Berdasarkan kecepatan penyaringan, filtrasi dibagi menjadi dua yaitu :

1. Slow Sand Filter (Saringan Pasir Lambat)

Filtrasi dengan metode Slow Sand Filter merupakan penyaringan

partikel yang tidak didahului oleh proses pengolahan kimiawi (koagulasi).

Kecepatan aliran dalam media pasir ini kecil karena ukuran media pasir lebih

kecil. Saringan pasir lambat lebih menyerupai penyaringan air secara alami.

Filter pasir lambat adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi lambat.

Kecepatan filtrasi pada filter lambat sekitar 20 50 kali lebih lambat, yaitu

sekitar 0,1 hingga 0,4 m/jam. Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan

ukuran media pasir juga lebih kecil (effective size = 0,15 0,35 mm). Filter

lambat digunakan untuk menghilangkan kandungan organic dan organism

pathogen dari air baku. Filter pasir lambat ini efektif digunakan dengan

kekeruhan relatif rendah yaitu dibawah 50 NTU tergantung distribusi ukuran

partikel pasir, ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan

filtrasi.

Filter pasir lambat bekerja dengan cara pembentukan lapisan gelatin

atau biofilm yang disebut lapisan hypogeal atau Schmutzdecke. Lapisannya

mengandung bateri, fungsi, protozoa, rotifer, dan larva serangga air.

Schmutzdecke merupakan lapisan yang melakukan pemurnian efektif dalam

pengolahan air minum. Dalam Schmutzdecke, partikel terperangkap dan

organic yang terlarut akan terabsorbsi, diserap dan dicerna oleh bakteri, fungi,

an protozoa. Proses utama Schmutzdecke adalah mechanical straining

terhadap bahan tersuspensi dalam lapisan tipis yang berpori sangat kecil.

Keuntungan dari filter lambat yaitu :

a. Biaya kontruksi yang murah

b. Rancangan dan operasinya sederhana

c. Tidak perlu tambahan bahan kimia

d. Variasi kualitas air baku tidak menggangu

e. Tidak perlu banyak air untuk pencucian karena hanya dilakukan di

bagian atas media tanpa backwash

Sedangkan kerugiannya adalah filter pasir lambat adalah besarnya

kebutuhan lahan sebagai akubat lambatnya kecepatan proses filtrasi.

Gambar 2.2 Skema filter pasir lambat

2. Rapid Sand Filter (Saringan Pasir Cepat)

Proses filtrasi dengan cara ini merupakan jenis unti filtrasi yang

mampu menghasilkan debit air yang lebih banyak, namun kurang efektif

untuk mengatasi bau dan rasa yang ada pada air yang disaring. Debit air

yang cepat tersebut menyebabkan lapisan bakteri yang berguna untuk

menghilangkan patogen namun membutuhkan proses desinfeksi yang

lebih intensif. Arah aliran airnya dari bawah ke atas. Pada proses ini

umumnya melakukan backwash atau pencucian saringan tanpa

membongkar keseluruhan saringan.

Media yang digunakan untuk proses Rapid Sand Filter tersusun dari

pasir silica alami, anthrasit, atau pasir garnet yang memiliki variasi ukuran,

bentuk dan komposisi kimia.

Dasar filternya terdiri dari sistem pipa yang tersusun dari lateral

dan manifold untuk mengalirkan air terolah yang penerimaan airnya

diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada pipa lateral.

Penggunaan manifold dan lateral bertujuan agar ditribusinya merata.

Saat proses filtrasi berlangsung, terjadi penurunan debit air

produksi akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring

dan tertahan pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil. Hal

ini ditandai oleh :

1. Penurunan kapasitas produksi

2. Peningkatan kehilangan energi (headloss) yang diikuti oleh

kenaikan muka air di atas media filter.

3. Penurunan kualitas air terproduksi.

Teknik pencucian ini dapat dilakukan dengan menggunakan back

washing, dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi

tumbukan antar media sehingga kotoran yang menempel pada media akan

lepas dan terbawa bersama aliran air.

Dalam melakukan proses filtrasi dengan metode ini perlu diperhatikan

beberapa hal. Mekanisme filtrasi dengan filter pasir cepat yaitu :

a. Penyaringan secara mekanis (mechanical straining)

b. Sedimentasi

c. Adsorpsi atau gaya elektrokinetik

d. Koagulasi di dalam filter bed

e. Aktivitas biologis

Pokok-pokok bagian yang perlu dikakukan dalam perencanaan proses

filtrasi yaitu :

1. Ukuran dan kedalaman media penyaring

Media penyaring yang digunakan adalah bak filter. Bak ini merupakan

tempat proses filtrasi berlangsung. Jumlah dan ukuran bak tergantung

debit pengolahan (minimum menggunakan dua bak).

2. Media filter.

Media filter adalah bahan berbutir/granular yang mempunyai pori-

pori. Air mengalir diantara pori-pori dan butiran maka terjadilah proses

penyaringan disini. Media dapat tersusun oleh satu macam bahan (single

media), dua macam (dual media), atau banyak media (multi media).

Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi :

a. Seragam (uniform)

b. Gradasi (stratified)

c. Tercampur (mixed)

3. Under Drain

Underdain merupakan bahan sistem pengaliran air yang telah melewati

proses filtrasi yang terletak di bawah media filter. Fungsi under drain :

a. Untuk mengalirkan air hasil penyaringan (air bersih) dan dialirkan

ke clear well.

b. Untuk mendistribusikan air keperluan back wash merata keseluruh

media pasir.

Underdrain terdiri atas:

1. Orifice, yaitu lubang pada sepanjang pipa lateral sebagai jalan

masuknya air dari media filter ke dalam pipa.

2. Lateral, yaitu pipa cabang yang terletak di sepanjang pipa

manifold.

3. Manifold, yaitu pipa utama yang menampung air dari lateral

dan mengalirkannya ke bangunan penampung air

Gambar 2.3 Bagian-bagian filter

Pengoperasian filter pasir cepat adalah sebagai berikut:

a. Selama proses berlangsung, partikel yang terbawa air tersaring di

media filter. Air terus mengalir melewati media pasir dan

penyangga kemudian masuk lubang/orifice, ke pipa lateral,

terkumpul di pipa manifold, dan akhirnya air keluar menuju bak

penampung (lihat Gambar 2.3).

b. Partikel yang tersaring di media lama kelamaan akan menyumbat

pori-pori media sehingga terjadi clogging (penyumbatan). Clogging

meningkatkan headloss aliran air di media dan peningkatannya

dapat dilihat dari meningkatnya permukaan air di atas media atau

menurunnya debit filtrasi. Untuk menghilangkan clogging,

dilakukan pencucian media.

c. Pencucian dilakukan dengan cara memberikan aliran balik pada

media (backwash), tujuannya untuk mengurai media dan

mengangkat kotoran yang menyumbat pori-pori media filter. Aliran

air dari manifold, ke lateral, keluar orifice, naik ke media hingga

media terangkat, dan air dibuang melewati gutter yang terletak di

atas media.

d. Jika media filter telah bersih, filter dapat dioperasikan kembali.

Gambar 2.4 Aliran air pada saat operasi filter

Gambar 2.5 Aliran air pada saat pencucian filter

Tabel 2.1 Perbandingan Slow Sand Filter dan Rapid Sand Filter

3. Filter Karbon

Filter karbon merupakan metode karbon aktif dengan media

granular (Granular Activated Carbon) merupakan proses filtrasi yang

berfungsi untuk menghilangkan bahan-bahan organik, desinfeksi, serta

menghilangkan bau dan rasa yang disebabkan oleh senyawa-senyawa

organik. Selain fungsi tersebut juga digunakan untuk menyisihkan senyawa-

senyawa organic dan menyisihkan partikel-partikel terlarut.

Metode pengolahan karbon aktif prinsipnya adalah mengadsorbsi

bahan pencemar menggunakan media karbon. Proses adsorbsi tergantung

pada luas permukaan media yang digunakan dan berhubungan dengan luas

total pori-pori yang terdapat dalam media. Agar proses absorbsi bisa

dilakukan secara efektif diperlukan waktu kontak yang cukup antara

permukaan media dengan air yang diolah sehingga nantinya zat pencemar

dapat dihilangkan.

Ada alternative lain yang bisa dilakukan jika waktu kontak tidak

mencukupi, caranya yaitu dengan menaikan luas permukaan media dengan

ukuran yang lebih kecil. Zat yang ada dalam air yang mengalami absorbsi

berupa senyawa organik (menyebabkan bau dan rasa yang tidak

diinginkan), trihalometane, serta VolatileOrganic coumpunds (VOCs).

Instalasi pengolahan air minum biasanya menggunakan karbon aktif

yang dilakukan sebelum proses ozonisasi karena secara umum unit

pengolahan karbon aktif tidak dapat menyisihkan mikroorganisme patogen

seperti virus dan bakteri. Selain itu, juga tidak efektif dalam menyisihkan

kalsium (Ca) dan magnesium (Mn) yang menimbulkan kesadahan pada air,

flour dan nitrat. Sedangkan media yang digunakan dapat berupa arang

kayu, batok kelapa dan batubara.

Batubara merupakan media yang sering digunakan dalam unit

pengolahan dengan menggunakan karbon aktif. Namun batubara yang

digunakan yang telah mengalami proses pembakaran dengan temperature

sedang dalam kondisi anaerob. Sehingga batubara tidak akan terbakar

tetapi mengalami perubahan menjadi material karbon yang berpori

(porous). Batubara tersebut diaktifkan melalui proses pemanasan dengan

uap ar dan udara pada temperatur 1500 oF dan proses ini akan

mengoksidasi permukaan dan pori-pori media.

Hal yang perlu diperhatikan dalam pengolahan karbon aktif ini

adalah debit pengolahan dan headloss yang tersedia, senyawa-senyawa

organik yang terdapat dalam air baku, media yang digunakan, ukuran media

karbon aktif, kecepatan filtrasi, waktu kontak, dan waktu pembersihan

media karbon aktif. Media karbon aktif harus dibersihkan atau di regenerasi

kembali dalam waktu tertentu karena media ini akan mengalami keadaan

jenuh dimana kemampuan media untuk mengabsorbsi senyawa-senyawa

organik dan polutan akan berkurang. Proses regenerasi karbon aktif ini

dilakukan dengan tiga cara yaitu penguapan, pemanasan dan penggunaan

bahan kimia.

4. Filter Membran

Filtrasi dengan menggunakan membran ini merupakan alternative yang

digunakan untuk menggantikan filtrasi pasir lambat (slow sand filtration).

Teknologi ini mengurangi biaya operasional dan instalasi. Teknologi membrane

ini digunakan dalam instalasi pengolahan air dengan tujuan untuk

menghasilkan air layak minum.

Keunggulan dari membran ini adalah mempunyai ukuran yang lebih

kecil, kapasitas pengolahan lebih besar, serta mampu menghasilkan air layak

minum. Sistem membran ini umumnya dibedakan menjadi empat jenis yaitu

Reverse osmosis (RO), Elektrodialisis (ED), Ultrafiltrasi (UF), dan Mikrofiltrasi

(MF).

Tabel 2.2 Jenis-jenis Membran

Jenis Membran Jari-jari Lubang (micron) Tekanan Kerja (psi)

Reverse osmosis 0.0006 >500

Elektrodialisis 0.001 Menggunakan potensial listrik

Ultrafiltrasi 0.002-0.1 30-100

Mikrofiltrasi 0.03-10 15-60

Sumber: Susumu kawamura, Integrated Design Of Water Treatment

Facilities,1991

Media yang digunakan dalam pembuatan filter membran ada dalam

berbagai jenis material dan metode pembuatannya. Media yang digunakan

digolongkan menjadi media absolut dan nominal tergantung kemampuan

untuk menahan partikel yang mempunyai ukuran sama atau lebih besar dari

ukuran pada media. Media membrane digolongkan sebagai media absolute

sedangkan untuk media nominal biasanya menggunakan bahan fiber glass,

polimer serta keramik.

Berdasarkan struktur lubang medianya, filter membran dibedakan

menjadi dua yaitu :

1. Membran tipis (screen membrane)

Membran tipis mempunyai lubang dengan bentuk lingkaran

yang sempurna atau hampir sempurna yang tersebar secara acak pada

permukaan membran. Membran dibuat melalui proses pelubangan

menggunakan penembakan electron (nuclear track), dan penggoresan

(etch process). Membran ini digunakan pada proses analisi gravimetric,

sitologi, analisis partikulat, analisis aerosol, dan penyaring darah.

2. Membran tebal (depth membrane)

Membran tebal mempunyai struktur permukaan yang tidak

beraturan dan tampak kasar. Filter ini dibuat dari berbagai jenis

polimer melalui proses pencetakan. Bahan utama yang digunakan

adalah ester selulosa.

Aplikasi membran yang digunakan berdasarkan ukuran pori-pori

membran dan mekanisme kerja membran atau proses pemisahannya dapat

dikelompokkan menjadi:

a. Mikrofiltrasi

Proses ini merupakan proses cross-flow tekanan rendah untuk

memisahkan pertikel koloid dan tersuspensi. Ukuran pori yang digunakan

yang sekitar 0,05 10 mikron. Kegunaan mikrofiltrasi dalam teknik

lingkungan adalah mengisolasi coliform dari contoh air yang diteliti. Selain

itu juga dapat digunakan untuk menyisihkan partikulat di udara yang akan

digunakan sebagai bahan baku generator ozon. Namun penggunaan terus

menerus akan menyebabkan tersumbat yang berakibat debit turun drastis

dan bila ini terjadi maka membran harus diganti.

b. Ultrafiltrasi

Proses ini merupakan pemisahan efektif yang menggunakan

membran dengan ukuran pori sekitar 0,005 10 mikron. Ultrafiltrasi

mampu menyisihkan virus, bakteri, partikel koloid, dan senyawa organic

berat bermolekul tinggi. Jika terjadi fouling maka membran harus diganti.

Beberapa jenis membrane ultrafiltrasi tertentu dapat di backwash.

Membrane ini tersusun atas dua lapisan yang sangat tipis dan lebih tebal

diatasnya dengan pori-pori halus.

c. Dialisis

Merupakan pemisahan solute dari ion atau zat berukuran pori

sekitar 0,0005 0,1 mikron. Slarutan yang didialisis dipisahkan dari

pelarutnya dengan membrane semipermeabel.

d. Elektrodialisis,

Merupakan proses pemisahan elektrokimia yang memindahkan

ion melewati membrane semipermeabel dengan ukuran pori sekitar

0,0005 0,01 mikron. Pada dasarnya sama dengan peruses dialysis hanya

saj yang membedakan adalah pada driving force yang mempunyai gaya

elektromotif sehingga akan menghasilkan tingkat transfer ion yang

meningkat.

Efisiensi dari elektrodialisis akan berkurang jika terjadi polarisasi

konsentrasi serta timbulnya endapan yang menempel pada permukaan

membran. Hal ini mengakibatkan kenaikan tegangan listrik yang diberikan

untuk mempertahankan kualitas air yang diinginkan. Untuk mengolah air

baku, diperlukan pengolahan pendahuluan untuk menghilangkan senyawa

organik, besi, dan kekeruhan.

e. Reverse Osmosis

Reverse osmosis meliputi pemisahan pelarut (solvent), seperti air,

dari larutan garam dengan menggunakan membran semi permeabel dan

tekanan hidrostatik.ukuran pori sekitar 0,0005 0,008 mikron.

3 Faktor-faktor yang Mempengaruhi Proses Filtrasi

Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika. Oleh karena itu

perlu diperhatikan faktor-faktor yang berkaitan dan akan mempengaruhi

kualitas hasil filtrasi. Faktor tersebut yaitu :

1. Debit Filtrasi

Debit yang terlalu besar menyebabkan tidak berfungsinya filter

secara efisien. Sehingga proses filtasi tidak terjadi secara sempurna. Dan

akibatnya aliran air terlalu cepat melewati rongga antara butiran media

pasir. Hal in akan menyebabkan berkurangnya waktu kontak permukaan

butiran media penyaring dengan air yang disaring. Dan kecepatan yang

terlalu tinggi akan menyebabkan partikel terlalu halus tersaring.

2. Konsentrasi Kekeruhan

Konsentrasi kekeruhan mempengaruhi efisiensi filtrasi karena

kekeruhan yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori

dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga filtrasi dibatasi seberapa

besar konsentrasi kekeruhan dari air baku yang boleh masuk. Jika

kekeruhan terlalu tinggi dilakukan pengolhana terlebih dahulu seperti

koagulasi, flokulasi dan sedimentasi/ Debit Filtrasi, Konsentrasi Kekeruhan,

Temperatur, Kedalaman media, Ukuran, dan Material, Tinggi Muka Air Di

Atas Media Kehilangan Tekanan

3. Temperatur

Massa jenis, viskositas absolute dan viskositas kinematis akan

mengalami perubahan jika suhu atau temperatur dari air mengalami

perubahan. Selain itu daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab

kekeruhan juga akan mempengaruhi daya absorpsi dan efisiensi daya saring

filter.

4. Kedalaman media, Ukuran, dan Material

Pemilihan media dan ukuran keputusan penting dalam perencanaan

pembuatan bangunan filter dimana tebal tipisnya media menentukan

lamanya pengaliran dan daya saring. Jika media terlalu tebal akan

menyebabkan daya saring terlalu tinggi. Dan watu yang dibutuhkan untuk

pengaliran lama.

5. Tinggi Muka Air Di Atas Media Kehilangan Tekanan

Tinggi muka air diatas media mempengaruhi besarnya debit atau

laju filtrasi dalam media. Muka air yang cukup tinggi diatas media

meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori dan juga

meningkatkan laju filtrasi bila dalam filter dalam keadaan bersih. Muka air

diatas media naik bila lubang pori tersumbat terjadi saat filter kotor.

Tekanan yang cukup dibutuhkan aliran air untuk melewati lubang pori.

4 Media Filter dan Distribusi Media

Bagian filter yang berperan penting dalam melakukan penyaringan

adalah media filter. 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 (Gambar 7.5)

untuk mencari ukuran efektif (effective size) dan keseragaman media yang

diinginkan (dinyatakan sebagai uniformity coefficient).

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 berat, ini sering dinyatakan sebagai d10 (diameter pada persentil 10).

Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka

keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara

ukuran diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran efektif atau dapat

ditulis: UC = d60/d10. d60 adalah diameter butiran pada persentil 60).

Gambar 2.6 Lembar untuk penggambaran hasil analisis ayakan pasir

Berdasarkan jenis dan jumlah media yang digunakan dalam penyaringan,

media filter dikategorikan menjadi:

1. Single media

Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja. 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

2. Dual media

Misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit. Filter dual media sering

digunakan filter dengan media pasir kwarsa di lapisan bawah dan antharasit

pada lapisan atas. 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: misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet atau

dolomit. Fungsi multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter

agar berperan sebagai penyaring.

Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi:

Seragam (uniform), ukuran butiran media filter relatif sama dalam satu

bak

Gradasi (stratified), ukuran butiran media tidak sama dan tersusun

bertingkat

Tercampur (mixed), ukuran butiran media tidak sama dan bercampur

Perhitungan persentase pasir yang dapat digunakan, pasir yang terlalu kecil,

pasir yang terlalu besar dapat dihitung sebagai berikut:

Persentase stok pasir yang dapat digunakan:

Persentase pasir yang terlalu kecil:

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

Puse = 2 (Pst60 - Pst10)

Persentase ukuran pasir yang terlalu besar:

Keterangan:

Pst10 adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES sesuai kriteria yang

diminta

Pst60 adalah persentase pasir stok yang memenuhi ES x UC sesuai kriteria

yang diminta

5 Dimensi Bak Filter

Luas permukaan bak filter tergantung pada jumlah bak, debit

pengolahan, dan kecepatan (rate) filtrasi. Jumlah bak ditentukan berdasarkan

debit pengolahan dengan rumus pendekatan: N = 1,2 Q0,5, dengan Q adalah

debit pengolahan (mgd). Jumlah bak juga dapat ditentukan dengan batasan

luas permukaan maksimum 100 m2 per bak. Jumlah bak minimum adalah dua.

Luas permukaan bak dihitung dengan rumus:

dengan Vo adalah kecepatan filtrasi. Berdasarakan luas permukaan bak,

ukuran bak (panjang dan lebar, atau diameter) dapat ditentukan. Ratio lebar

terhadap panjang berkisar 1 : 1 hingga 1 : 2.

Tinggi bak filter ditentukan dari tinggi total bahan yang terdapat di

bak, meliputi underdrain, media penyangga, media filter dan air di atas media

ditambah dengan tinggi jagaan (free board). Tinggi air di atas media

direncanakan sekitar 90 sampai 120 cm.

A = Q/V

Pc = 100 - Pf - Puse

Persamaan Rose:

dengan x adalah fraksi berat butiran media dengan ukuran di dan L adalah

tebal media total.

Besarnya kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan

dengan menggunakan percobaan piezometrik dalam skala laboratorium

seperti terlihat pada Gambar 2.7. Gambar 2.7(a) memperlihatkan rangkaian

alat yang digunakan untuk mengukur tinggi tekanan air (head) pada

piezometer selama percobaan filtrasi berlangsung. Makin ke bawah lokasi titik

sampling, maka head makin menurun (karena kehilangan tekanan atau

headloss bertambah). Selama proses filtrasi berlangsung, head di setiap

piezometer dicatat seperti digambarkan pada Gambar 2.7(b). Dengan

bertambahnya waktu filtrasi, head makin menurun (karena terjadi clogging

yang menyebabkan headloss meningkat), bahkan bisa mencapai head negatif,

artinya tinggi muka air di piezometer berada di bawah dasar media filter.

hL =

Gambar 2.7 Kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan piezemetrik

(b) profil kehilangan tekanan selama proses filtrasi.

Headloss pada proses filtrasi akan selalu meningkat sejalan dengan

waktu operasi filtrasi. Naiknya headloss ini dapat digunakan untuk

menentukan filter run atau siklus filtrasi, yaitu periode waktu operasi filtrasi

di antara dua pencucian media. Filter run ditentukan dengan melakukan

pencatatan kekeruhan pada efluen filter dan headloss yang terjadi selama

filter beroperasi. Gambar 2.8 memperlihatkan hubungan antara headloss dan

kekeruhan dengan waktu. Dengan mengacu pada besarnya kekeruhan

maksimum pada efluen, waktu backwash dapat ditentukan. Waktu backwash

juga dapat ditentukan dengan memberi batasan pada nilai headloss

maksimum.

Gambar 2.8 Hubungan antara headloss dan kekeruhan dengan waktu operasi

filter

6 Hidrolika Pencucian (Backwashing)

Filter 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 (untuk filter constant head)

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

air di atas media filter (untuk filter constant rate)

3. Penurunan kualitas air produksi

Jika keadaan ini tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang

negatif pada Gambar 2.7 b, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter

cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (backwashing),

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. Untuk meningkatkan

kinerja backwashing, sering didahului dengan pencucian di permukaan

(surface washing) dan/atau memberikan tekanan udara dari bawah dengan

blower (air washing).

Tujuan pencucian filter adalah melepaskan kotoran yang menempel

pada media filter dengan aliran ke atas (upflow) hingga media terekspansi.

Umumnya tinggi ekspansi sebesar 15 sampai 35% (Droste, 1997). Lama

pencucian sekitar 3 hingga 15 menit. Ada beberapa sistem pencucian filter,

yaitu:

Menggunakan menara air

Interfilter

Pompa backwash

Untuk menghitung head pompa pencucian atau tinggi menara, maka

harus dihitung headloss melalui media, dasar filter (under drain), dan sistem

perpipaan pada saat awal backwash. Saat awal backwash, tekanan air

backwash harus mampu memecahkan media yang kemungkinan memadat

akibat adanya kotoran yang melekat pada permukaan media. Tekanan air

backwash juga harus mampu mengangkat pasir hingga ketinggian tertentu

(terfluidasi).

Besarnya kecepatan backwash ditentukan melalui persamaan :

Vb = Vs 4,5

Porositas media terekspansi (e) bergantung pada kecepatan backwash dan

kecepatan

pengendapan partikel:

Dimana :

Vb = Kecepatan backwash

Vs = Kecepatan pengendapan partikel

7 Sistem Underdrain

Sistem underdrain adalah sistem pengaliran air di bawah media filter

setelah air melewati proses penyaringan. Persyaratan sistem underdrain

adalah:

a. dapat mendukung media di atasnya

b. distribusi merata pada saat pencucian

Kriteria untuk sistem underdrain adalah sebagai berikut:

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

e = (

)

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.

Gambar 2.9 sampai 2.12 di bawah ini adalah bentuk sistem underdrain

dengan model

orifice-lateral-manifold dan bentuk sistem underdrain lainnya.

Gambar 2.9 Sistem underdrain dengan model manifoldpipe

Gambar Sistem underdrain dengan model perforated plate

8 Desain Perencanaan Unit Filtrasi

1. Media Pasir

Kriteria Desain

1. Distribusi media pasir

Nomor Ayakan

Ukuran Bukaan (mm)

% Komulatif Lolos

140 0,105 0,2

100 0,149 0,9

70 0,210 4,0

50 0,297 9,9

40 0,420 21,8

30 0,590 39,4

20 0,840 59,8

18 1,000 66,5

16 1,190 74,4

12 1,680 93,3

8 2,380 96,8

6 3,360 100,0

2. ES = Efective Size filter : 0,35 0,5 = 0,6

3. UC= Uniform Coefficient : 1,3 1,7 = 1,3

%kumulatif lolos ES

Nilai P10 : 0,55 diplotkan kegrafik sebagai ukuran bukaan dan diperoleh

%kumulatif lolos sebesar 40 %

%kumulatif lolos ES

Nilai P60 : 0,78 diplotkan kegrafik sebagai ukuran bukaan dan diperoleh

%kumulatif lolos sebesar 59%

%kumulatif lolos Pusable

( )

( )

% Ukuran Bukaan Ptoo fine

( )

( )

Nilai Ptoo fine : 36,2% diplotkan kegrafik sebagai %kumulatif lolos dan diperoleh ukuran bukaan sebesar 0,27 mm Ukuran Bukaan Ptoo fine

Nilai Ptoo coarse : 74% diplotkan kegrafik sebagai %kumulatif lolos dan diperoleh ukuran bukaan sebesar 1 mm Kesimpulan

Ptoo fine dan Ptoo coarse sebesar 0,27mm dan 1 mm. Ini menunjukkan diameter

bukaan yang efektif dan efisien digunakan dalam filtrasi, Jadi no ayakan yang

digunakan 18, 20, 30, 40, 50, 70

2 Media Antrasit

8 Desain Perencanaan Unit Filtrasi

1. Media Pasir

Kriteria Desain

1. Distribusi media pasir

Nomor Ayakan

Ukuran Bukaan (mm)

% Komulatif Lolos

140 0,105 0,2

100 0,149 0,9

70 0,210 4,0

50 0,297 9,9

40 0,420 21,8

30 0,590 39,4

20 0,840 59,8

18 1,000 66,5

16 1,190 74,4

12 1,680 93,3

8 2,380 96,8

6 3,360 100,0

2. ES = Efective Size filter : 1

3. UC= Uniform Coefficient : 1,7

%kumulatif lolos ES

Nilai P10 : 0,55 diplotkan kegrafik sebagai ukuran bukaan dan diperoleh

%kumulatif lolos sebesar 74,4 %

%kumulatif lolos P60

Nilai P60 : 0,78 diplotkan kegrafik sebagai ukuran bukaan dan diperoleh

%kumulatif lolos sebesar 95%

%kumulatif lolos Pusable

( )

( )

% Ukuran Bukaan Ptoo fine

( )

( )

Nilai Ptoo fine : 70,28% diplotkan kegrafik sebagai %kumulatif lolos dan diperoleh ukuran bukaan sebesar 0,925 mm Ukuran Bukaan Ptoo fine

Nilai Ptoo coarse : 111,48% jika diplotkan kegrafik melewati 100%kumulatif lolos. Jadi ukuran dbukaan maksimum digunakan Kesimpulan Ptoo fine dan Ptoo coarse sebesar 0,95mm dan ukuran maksimum untuk Ptoo coarse.

Ini menunjukkan diameter bukaan yang efektif dan efisien digunakan dalam filtrasi,

Jadi no ayakan yang digunakan 6, 8, 12, 16, 18, 20

3 Filter dan Underdrain

Kriteria Desain :

Q = 0,0732 m3/detik

Vf = 1,37 L/detik.m2

Luas total filter

Konversi debit (Q)

Q = 0,0732

x

= 73,2 liter/detik

Jadi :

A =

=

= 53,43 m2

Jumlah filter

n = 12

n = 12

= 3,25 4 buah

Luas masing-masing filter

a =

a =

= 18 m2

1. Menghitung underdrain untuk masing-masing filter

a. Perencanaan orifice

Luas orifice total

Rasio luas orifice adalah (1,5 sampai 5) x 10-3

aorifice = (2x10-3) x a

aorifice = (2x10-3) x 18 m2 = 0,036 m2

Diameter orifice

Kriteria desain untuk diameter orifice adalah

hingga

inch

Dorifice =

inchi

Konversi :

Dorifice =

inchi x 0,0254

= 0,0127 m

Luas orifice

aorifice1 =

aorifice1 =

( ) = 1,2x10-4 m2

Jumlah orifice

orifice =

orifice =

= 300 buah

Jarak orifice

Berdasarkan kriteria desain, jarak orifice adalah 3-12 inchi di bagian tengah.

Pada perencanaan ini digunakan 7 inch.

2. Perencanaan Lateral

Luas lateral total

Rasio luas lateral terhadap luas orifice yang dilayani adalah (2 sampai 4) : 1.

Pada perencanaan ini luas rasio yang digunakan 4.

alateral = luas rasio x aorifice

alateral = 4 x 0,036 m2 = 0,144 m2

Panjang dan Lebar filter

Untuk single filter P:L = 1:1,5 L = 1,5 P

a = PxL

a = Px1,5P

P =

=

= 3,5 m

Jadi :

L = 1,5 P

L = 1,5 x 3,5 m = 5,25 m

Jumlah lateral

Pada perencanaan, panjang manifold harus lebih kecil dari panjang filter. Dari

hasil perhitungan didapati bahwa panjang filter adalah 3,5 m, sehingga diasumsikan

bahwa panjang manifold adalah 4 m. Dan untuk jarak lateral harus mendekati jarak

orifice, maka diambil sebesar 6 inch atau 0,2 m.

lateral =

+ 1

lateral =

+ 1 = 17,5 18 lateral

Luas tiap lateral

atiap lateral =

=

= 0,008 m2/lateral

Kecepatan lateral

Vlateral =

< 0,2 m/s

Vlateral =

< 0,2 m/s Memenuhi KD

3. Perencanaan manifold

Luas maniford

Rasio luas manifold adalah 1,5 3

Pada perencanaan ini digunakan rasio luas sebesar 3.

amanifold = 3 x

amanifold = 3 x 0,144 m2 = 0,432 m2

Kecepatan manifold

Vmanifold =

< 0,5 m/detik

VmanifJold =

=0,067m/detik