Filter Cepat

download Filter Cepat

of 29

Transcript of Filter Cepat

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    1/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    67

    BAB 4

    FILTRASI

    4.1. Umum

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

    yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain

    untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan

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

    hasil dari proses koagulasi flokulasi sedimentasi sehingga dihasilkan air

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

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

    bau, besi dan mangan.

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

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

    antar partikel.

    2. Kemampuan menempel : meliputi proses mechanical straining, adsorpsi

    (fisik - kimia), biologis.

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

    menolak.

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    2/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    68

    4.2. Tipe Filter

    Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat

    dibedakan menjadi dua yaitu Saringan pasir cepat dan Saringan pasir lambat

    Saringan pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori :

    1. Menurut jenis media yang dipakai

    2. Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi

    3. Menurut arah aliran

    4. Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan

    5. Menurut pretreatment yang diperlukan.

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

    I. Jenis media Filter :

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

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

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

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

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

    sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.

    Gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga

    dan sistem pematusan (under drain).

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

    lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas.

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    3/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    69

    Keuntungan dual media :

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

    b. Periode pencucian lebih lama

    c. Merupakan peningkatan filter single media (murah).

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

    multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan

    sebagai penyaring.

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

    Reynolds, 1992).

    II. Sistem kontrol kecepatan :

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

    Hal ini dilakukan dengan memberikan kebebasan kenaikan level muka air di

    atas media filter.

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    4/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    70

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

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

    tetap.

    III. Sistem aliran :

    1. Aliran down flow (kebawah).

    2. aliran upflow (keatas)

    3. aliran horizontal.

    IV. Kaidah pengaliran

    1. Aliran secara grafitasi.

    2. Aliran di bawah tekanan (pressure filter)

    V. Pretreatment :

    1. Kogulasi flokulasi sedimentasi.

    2. Direct filtration.

    Gambar 4.2. menjelaskan keadaan filter saat beroperasi dan pada saat

    pencucian (back washing).

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    5/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    71

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

    4.3. Media Filter dan Distribusi Pasir

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

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

    Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan

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

    akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif dan keseragaman media yang

    diinginkan.

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

    bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    6/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    72

    berat, ini sering dinyatakan sebagai P10 (persentil 10). P10yang dapat dihitung

    dari ratio ukuran rata- rata dan standar deviasinya.

    Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka

    keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran

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

    ES = P10= 282.1g

    g

    UC = P60/P10. = g1.535

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

    Single media Pasir UC = 1,3 1,7.

    ES = 0,45 0,7 mm

    Untuk dual media :

    Antrasit UC = 1,4 1,9

    ES = 0,5 0,7.

    Contoh Soal 4.1:

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    7/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    73

    Ukuran Bukaan(mm)

    Berat kumulative(%)

    Ukuran Bukaan(mm)

    Berat kumulative(%)

    0,149

    0,178

    0,210

    0,249

    0,297

    0,350

    0,419

    0,500

    0,2

    1,0

    3,0

    5,1

    8,9

    15

    12

    30

    0,59

    0,71

    0,84

    1,00

    1,19

    1,41

    1,68

    40

    60

    72

    85

    92

    97

    99

    Gambar 4.3. : Contoh distribusi kumulatif stock pasir

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    8/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    74

    Penyelesaian:

    Ukuran d60adalah :

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

    Prosentase stok pasir yang dapat digunakan adalah :

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

    Prosentase pasir yang terlalu kecil dapat dihitung dari :

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

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

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

    Prosentase ukuran pasir yang terlalu besar adalah :

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

    Jadi 16 % ukuran pasir terbesar yang harus dibuang atau ukuran pasir di atas0,085 cm dihilangkan.

    4.4. Hidrolika Filtrasi

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

    dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan

    aliran mengikuti persamaan Darcy Weisbach sbb :

    gD

    VLfh

    c

    L2

    . 2

    = (4.1)

    dimana :

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    9/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    75

    hL = kehilangan tekanan akibat gesekan aliran,

    L = panjang atau kedalaman media,

    V = kecepatan aliran,

    D = diameter kanal.

    Porsi kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan dengan

    menggunakan percobaan Piezometri dalam skala laboratorium seperti terlihat

    pada gambar 4.4a dan 4.4b.

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

    4.4..

    . 2 Dc

    LDc

    LD

    pipabasahKeliling

    pipaVolumer c =

    == (4.2)

    Porositas media dapat dinyatakan sebagai perbandingan :

    mediabutiranvolumeronggaVolume

    mediaronggaVolume

    ...

    ..

    += (4.3)

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

    rongga Vv dapat dinyatakan sebagai :

    ppv VNV .

    1

    =

    (4.4)

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

    61.

    .

    1

    d

    AN

    VNr

    bp

    pp

    =

    =

    (4.5)

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    10/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    76

    (a)

    (b)

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    11/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    77

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

    =

    132 dDc (4.6)

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

    kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:

    qv= (4.7)

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

    dikoreksi :

    6

    d

    A

    V

    b

    p = (4.8)

    Dari rumus Darcy Weisbach untuk f = f, diperoleh persamaan Carman

    Kozeny :

    g

    V

    d

    Lfh a

    L

    2

    3

    1'

    =

    (4.9)

    Nilai f merupakan fungsi NRe(Ergun, 1952) :

    75,11

    150'Re

    +

    = Nf

    (4.10)

    Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang

    diturunkan dengan rumus :

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    12/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    78

    VadVadN

    .....Re

    =

    = (4.11)

    dimana : = berat jenis

    = viskositas dinamis

    = viskositas kinematis.

    Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran

    media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb:

    gd

    VLC

    h aD

    L 4

    2

    ..

    ..

    067,1 = (4.12)

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

    Nilai koefisien drag untuk NRe< 1 : CD =Re

    24

    N

    Untuk 1< NRe< 10

    4

    , nilai Koefisien drag : CD= 34,0

    324

    ReRe ++ NN

    Untuk NRe > 104: CD = 0,4.

    Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose

    berubah menjadi :

    = dxCgVLh Da

    L 4

    2

    ..067,1

    (4.13)

    dimana : x = fraksi berat partikel dengan ukuran d

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    13/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    79

    Contoh Soal 4.2 :

    Sebuah bak filter single media dengan data sebagai berikut:

    - Tebal media pasir, L = 60 cm

    - Specific gravity pasir, Sg= 2,65

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

    - Faktor bentuk pasir, = 0,82

    - Porositas media pasir, = 0,45

    - Rate filtrasi, Va= 8 m/jam

    - Temperatur air = 28oC

    Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut:

    a. dengan persamaan Carman-Kozeny

    b. dengan persamaan Rose

    Penyelesaian:

    1. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Carman-Kozeny

    Persamaan Carman-Kozeny:

    g

    V

    d

    Lfh aL

    2

    3

    1'

    =

    75,11

    150'Re

    +

    =

    Nf

    NRe= (d Va) /

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

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

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

    cm,981

    2(800/3600)

    30,45

    0,451

    0,045x0,82

    6086,2x

    Lh 58642=

    =

    2. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    14/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    80

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

    53,32cm0,045

    1

    0,45

    (800/3600)*60

    981

    24,565*

    0,82

    1,067h

    4

    2

    L ==

    Contoh soal 4.3:

    Sebuah bak filter single media non uniform terstratifikasi dengan data sebagaiberikut:

    - Tebal media pasir total, L = 60 cm

    - Specific gravity pasir, Sg= 2,65

    - Faktor bentuk pasir, = 0,82- Porositas media pasir, = 0,45

    - Rate filtrasi, Va= 8 m/jam

    - Temperatur air = 28oC

    - Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut:

    Diameter (mm % Berat

    0,610,550,40

    0,270,18

    919,145,5

    21,35,1

    Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut

    Penyelesaian:

    Langkah penyelesaiannya adalah:

    1. Hitung NReuntuk masing-masing diameter

    2. Hitung CDuntuk masing-masing diameter (perhatikan nilai NRekarena rumusCDtergantung pada nilai NRe)

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    15/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    81

    Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut:

    diameter (mm) % berat NRe CD CDx / d

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

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

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

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

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

    92,30d

    xCD = / mm

    Jadicm88,47923,05*

    0,45

    (800/3600))

    981

    60(

    0,82

    1,067h

    4

    2

    L ==

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

    Saringan pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan

    mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh

    media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh:

    1. Penurunan kapasitas produksi

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

    muka air di atas media filter.

    3. Penurunan kualitas air terproduksi.

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    16/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    82

    Gambar 4.5. : Kondisi filter saat terjadi penyumbatan.

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

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

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

    tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media.

    Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada

    media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan

    aliran air.

    Pencucian Filter

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

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

    Lama pencucian = 3 15 menit.

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

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

    mencapai clogging (penyumbatan).

    Ada tiga sistem pencucian filter :

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    17/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    83

    a. Menggunakan menara air

    b. Pipa distribusi

    c. Interfilter

    d. Pompa backwash.

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

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

    dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan

    antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang

    menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa

    bersama dengan aliran air.

    Persamaan kontinyuitas untuk partikel yang mengendap dan yang terekspansi

    dapat disusun sebagai berikut :

    Peep ALAL )1.(.)1.(. = (4.14)

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

    terekspansi. dan Eporositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas

    permukaan bak filter dan Pberat jenis partikel.

    Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan :

    )1(

    )1(

    e

    e LL

    = (4.15)

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    18/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    84

    22,0)(Vs

    VBe= (4.16)

    dimana : VB= kecepatan upflow back wash

    Vs = kecepatan mengendap partikel.

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

    ])/(1[

    )1(22.0

    VsVLL

    B

    e

    =

    (4.17)

    Contoh Soal 4.4

    Saringan pasir cepat memiliki kedalaman media pasir 0,61 m. Spesific gravity =

    2,65; faktor bentuk () = 0,82; porositas () = 0,45; Laju filtrasi = 1,7 lt/detik-m2suhu operasi = 25 C.

    Data sieve analysis adalah sebagai berikut:

    Sieve Size Berat tertahan (%) d (m)

    14 2020 28

    28 3232 3535 4242 4848 6060 65

    65 100

    0,878,63

    26,3030,1020,647,093,192,161,02

    0,00100060,0007111

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

    Tentukanlah :

    a. Kecepatan back wash yang diperlukan untuk ekspansi media

    b. Debit aliran air yang diperlukan untuk ekspansi media

    c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash

    d. Tinggi ekspansi media pasir (LE)

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    19/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    85

    Penyelesaian :

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

    ( )21

    134

    /

    = dS

    CgVs

    s

    D

    Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus :

    340324

    ,ReRe

    ++=NN

    CD

    dengan

    sdVN =Re

    Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0,0010006 m atau 0,1 Cm, dariGambar 4.6 (hubungan antara ukuran partikel dan kecepatan pengendapan),partikel dengan diameter 0,1 cm dan spesifik gravity 2,65 memiliki

    kecepatan pengendapan sekitar 14 cm/s. Pada suhu 25 C viskositas air =0,8975 x 10-2Cm2/detik, nilai NRenya adalah :

    9,127108975,0

    141,082,02Re

    ==x

    xxN

    793,034,09,127

    3

    9,127

    24=++=DC

    det165,00010006,0

    793,0

    165,2

    det

    806,9

    3

    4 2/1

    2

    mmxx

    mXVs =

    =

    a. Vb=Vs4,5= (0,165m/det)(0,45)4,5= 0,00454 m/det

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

    c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash :

    ( )( )Lh sL

    = 1

    ( )( )( )LSs

    = 11

    ( )( )( ) m5540m61045011652 ,,,, ==

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

    454,0165,0

    00454,0 22,022,0

    =

    =

    =

    s

    eV

    Vb

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    20/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    86

    Catatan: Untuk menghitung e, digunakan Vb yang sama untuk semuaukuran, yaitu 0,00454 m/det dan Vsmasing-masing ukuran pasir.

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

    SieveSize

    Berat

    tertahan(%)

    d (m) NRe CDVs

    (m/det) ee

    x

    114 2020 2828 3232 3535 4242 4848 6060 6565 100

    0,878,6326,3030,1020,647,093,192,161,02

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

    127,9109,6100,591,382,273,164,054,845,9

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

    0,1650,1350,1150,1040,0930,0830,0730,0640,054

    0,4540,4740,4900,5020,5150,5280,5420,5580,579

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

    0200,21 = e

    x

    Maka tinggi ekspansi total adalah:

    ( ) ( )( )( ) mmx

    LLe

    e 673,0020,2610,0454,011

    1 ==

    =

    Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    21/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    87

    4.6. Dasar Filter dan Underdrain

    Persyaratan :

    a. dapat mendukung media di atasnya

    b. distribusi merata pada saat pencucian

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

    saat pencucian).

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

    manifold, dimana air diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada

    pipa lateral.

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

    sebesar 15 cm sehingga headloss = 25 cm.

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

    dengan kriteria sistem manifold lateral :

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

    b. Perbandingan luas lateral/ orifice = 2 4

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

    d. Diameter orifice = 0,6 2 cm.

    e. Jarak antara orifice = 7,5 30 cm

    f. Jarak antara lateral = orifice.

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    22/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    88

    4.7 . Filtrasi pada Pengolahan Air dan Air Buangan.

    Perencanaan suatu sistem saringan pasir cepat untuk pengolahan air tergantung

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

    sebagai influen filter.

    Saringan pasir lambat adalah sistem filtrasi yang pertama kali digunakan untuk

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

    Prasedimantasi dilakukan pada air baku mendahului proses filtrasi.

    Saringan pasir cepat selalu didahului dengan proses koagulasi flokulasi dan

    pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspen yang terkandung dalam air

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

    maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 98 %. Standar

    operasi saringan pasir cepat adalah 1,37 /det-m2namun sering dioprasikan pada

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

    digunakan Informasi kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air

    diberikan pada Tabel 4.1

    Pada pengolahan air limbah filtrasi dipergunakan untuk pengolahan lanjut

    (advance wastewater treatment), antara lain :

    1. Penyaringan efluen dari secondary treatment secara biologis.

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

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    23/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    89

    Pada pengolahan lanjut, umumnya digunakan filtrasi dengan dual media atau

    mixed media. Karakteristik filter untuk pengolahan air limbah dijelaskan pada

    Tabel 4.2.

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

    Karakteristik Nilai

    rentang tipikal

    I Single MediaA.Media pasir :

    Kedalaman (mm) ES (mm) UC

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

    C. Laju Filtrasi (l/det-m2)

    610 7600,35 0,70

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    24/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    90

    Tabel 4.2 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan limbah.

    Karakteristik Nilai

    rentang tipikal

    I. Dual MediaAnthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UCPasir Kedalaman (mm) ES (mm) UCLaju Filtrasi(l/det m2)

    305 6100.8 - 2,01,3 1,8

    150 3050,4 0,81,2 1,61,36 6,79

    4601,21,6

    3050,551,53,40

    III. Mixed MediaAnthrasit :

    Kedalaman (mm) ES (mm) UCPasir Kedalaman (mm) ES (mm) UCGarnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC

    Laju Filtrasi(l/det m2)\

    205 5101,0 2,01,4 1,8

    205 4050,4 0,81,3 1,8

    50 1500,2 0,61,5 1,81,36 6,79

    4051,41,5

    2550,51,6

    1000,31,63,40

    4.8. Rangkuman

    1. Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dari fluida yang membawanya

    dengan menggunakan media berpori. Filtrasi dapat dilakukan dengan

    menggunakan media berbutir .

    2. Saringan pasir adalah filtrasi dengan menggunakan pasir dengan ukuran

    tertentu sebagai media penyaring.

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    25/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    91

    3. Berdasarkan pada produksi air terolah saringan pasir dapat dibedakan

    menjadi dua yaitu saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat

    4. Saringan pasir lambat menggunakan pasir dengan diameter berkisar antara

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

    yang terjadi secara phisik biologis - biokimia dengan waktu operasi 20

    100 hari.

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

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

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

    anthrasit dan karbon aktif.

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

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

    hari.

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

    dapat diprediksikan dengan menggunakan persamaan Rose dan Carman

    Kozeny.

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

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

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

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

    Uniformity coefficient (UC) merupakan angka keseragaman ukuran media

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    26/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    92

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

    akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring dan tertahan

    pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil.

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

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

    fluidisassi sehingga terjadi benturan antar partikel pasir yang berakibat pada

    lepasnya kotoran dari permukaan media dan terbawa bersama air cucian.

    11. Kecepatan backwash minimum ditentukan berdasarkan pada nilai settling

    velocity pasir dengan diameter terbesar.

    12. Filter pasir dilengkapi dengan fasilitas underdrain untuk mengalirkan air

    terolah. Under drain terdiri dari lateral dan manifold.

    4.9. Soal-soal

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

    sebagai berikut:

    Parameter Media Pasir: Media Antrasit

    Ketebalan

    Diameter partikel

    Specific gravity

    Faktor bentuk

    Porositas

    60 cm

    0,045 cm

    2,65

    0,82

    0,45

    40 cm

    0,1 cm

    1,20

    0,75

    0,55

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

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

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    27/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    93

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

    Data media filter:

    Media Ketebalan Ukuranpartikel

    Porositas Faktorbentuk

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

    Headloss total di media penyangga dan underdrain= 4 cm

    Tentukan ukuran bak filter (panjang, lebar)!

    3. Berikut adalah data pengamatan filtrasi selama 24 jam:

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

    Kekeruhan

    efluen (NTU)

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

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

    Pertanyaan:

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

    b. Pada headloss berapakah filter harus di-backwash?

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

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

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

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

    headlossnya jika ukuran butiran media adalah sebagai berikut:

    40 cm

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    28/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    94

    Diameter rata-rata (cm) % berat pasir

    0,112

    0,077

    0,050

    0,035

    0,021

    2,25

    10,00

    30,50

    30,25

    7,00

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

    media pasir dengan spesifikasi sebagai berikut :

    Densitas media s= 2.650 kg/m3

    Faktor bentuk = 0,82

    Porositas = 0,4

    Tebal media L = 60 cm

    Distribusi Media :

    Diameter (mm) Fraksi berat %

    0,3

    0,6

    0,8

    1,0

    1,2

    10

    16

    24

    30

    20

    a. Proses Filtrasi :

    Berapa nilai P10, P60, P90

    Berapa nilai ES , UC

    Berapa head loss filtrasi

    Gambarkan kurva headloss filtrasi pada setiap lapis media

    b. Proses Backwash :

    Berapa kecepatan mengendap pasir terbesar (mm/dt)

    Berapa nilai porositas ekspansi(e) di setiap ukuran media pasir

  • 7/22/2019 Filter Cepat

    29/29

    Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi

    Berapa tinggi expansi media pasir (cm)

    Berapa headloss akibat backwash

    Bagaimana menentukan tinggi menara backwash, gambarkan bagian

    tekanan headlossnya

    4.10. Bahan Bacaan :

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

    Engineering, Volume 2 : Water Purification and Wastewater Treatment and

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

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

    Inc., 1974.

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

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

    12116, 1996.

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

    1994.

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

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

    John Wiley & Sons, Inc., 1997.