SISTEM BANGUNAN PENGOLAHAN AIR MINUM.doc

SISTEM BANGUNAN PENGOLAHAN AIR MINUM

Pada umumnya air atau sumber air yang berasal dari sungai (air permukaan) sangat kotor,banyak mengandung zat koloid seperti Lumpur,organic berwarna,bakteri,virus dan algae.Sehingga apabila air akan digunakan sebagai air baku memerlukan perlakuan tertentu atau Sistem Bangunan Pengolahan Air Minum yang terdiri dari:Unit Koagulasi,Unit Flokulasi,Unit Sedimentasi dan Unit Filtrasi yang kesemua unit bangunan tersebut dilakukan suatu proses pengolahan sehingga air hasil olahan tersebut layak untuk dikonsumsi atau digunakan .

A. PROSES KOAGULASI

Koagulasi adalah proses pencampuran bahan kimia atau bahan koagulan dengan air dalam sistem penyediaan air bersih, dengan tujuan untuk meratakan bahan kimia yang dibubuhkan keseluruh bagian air sehingga tercipta campuaran homogen.Oleh karena itu diperlukan pengadukan yang kuat atau agitasi yang cepat yang dapat menghasilkan turbulensi untuk memberikan waktu kontak yang cukup antara bahan koagulan dengan partikel yang tersuspensi sehingga terbentuk flok-flok harus.

Bahan kimia yang biasa digunakan adalah: - Aluminium Sulfat Al2 (SO4), 18 H2O - Sodium Aluminat Na3AlO3

- Fero Sulfat FeSO4 7H2O - Feri Sulfat Fe2 (SO4)3

- Feri Chlorida Fe2Cl3

- Poly Aluminium Chlorida (PAC)

Pada sistem pengolahan air koagulasi terjadi pada unit pengadukan cepat (flash mixing) karena koagulan harus tersebar secara cepat dan reaksi hidrolisa hanya terjadi beberapa detik,jadi destsabilisasi muatan negatif oleh muatan positif harus dilakukan dalam periode waktu beberapa detik.Ada dua parameter utama dalam unit pengaduk cepat (koagulasi) adalah Gradien Kecepatan dan Waktu kontak.

Gradien kecepatan menunujukkan pola aliran turbulensi yang diharapkan agar terjadi kontak yang sempurna antara bahan kimia dengan partikel.

Kriteria Perencanaan:

- Gradien kecepatan (G) = 500 – 1000 detik-1

- Waktu kontak (td) = 30 – 120 detik

B. PROSES FLOKULASI

Setelah proses koagulasi partikel –partikel terdestsabilisasi dapat saling bertumbukan

membentuk agregat sehingga terbentuk flok,tahap ini disebut “Flokulasi adalah suatu proses

aglomerasi (pengumpalan) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi flok dengan

ukurandipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi.Dengan kata lain proses flokulasi adalah proses

pertumbukan flok dengan ukuran yang lebih besar (makroflok).

Pada proses flokulasi memerlukan waktu (yang dinyatakan oleh waktu tinggal/detensi = td,

dalam detik)

yaitu waktu untuk memberi kesempatan ukuran flok menjadi lebih.Disamping memperhatikan

waktu pada proses flokulasi diperhatikan pula pada kecepatan pengadukan (yang dinyatakan

oleh gradien kecepatan G dalam detik.

Kombinasi dari kedua hal penting tersebut yaitu nilai G x td merupakan kriteria penting yang

harus dipenuhi pada proses flokulasi dengan nilai spesifikl adalah 104 – 105.

Jika nilai spesifik Gtd dilampaui maka flok yang sudah terbentuk akan pecah kembali,sebaliknya

jika kurang dari nilai sp[esifik maka flok akn tidak terbentuk seperti yang diharapkan.

Untuk mencapai kondisi flokulasi yang dibutuhkan ad beberapa faktor yang harus

diperhatikan,seperti:

- Waktu flokulasi

- Jumlah enersi yang diberi

- Jumlah koagulan

- Jenis dan jumlah koagulan/flokulan pembantu.

- Cara pemakaian koagulan/flokulan pembantu.

- Reserkulasi sebagian Lumpur (jika memungkinkan)

- Penetapan pH pada proses koagulasi.

Unit flokulasi (pengaduk lambat) berfungsi untuk membentuk partikel yang lebih besar dan

padat agar dapat diendapkan didalam bak pengendap.Dalam proses ini diupayakan tidak terjadi

perubahan aliran atau perubahan kecepatan dalam pengadukan agar flok yang terbentuk tidak

pecah.

Ragam Flokulasi:

- Flokulator mekanik

- Saluran bersekat

- Reaktor clarifier

- Flokulasi kontak

- Diffusi udara

Kriteria Umum:

- Gradien kecepatan = 100 – 10 dt-1

- Waktu kontak = 10 – 30 menit

- Gtd = 104 - 105

C. PROSES SEDIMENTASI

Sedimentasi adalah suatu proses penjernihan air,dimana air yang akan diolah berada

pada suatu tangki/bak pada periode waktu yang dipertimbangkan.Proses sedimentasi adalah

proses penghilangan sebagian besar padatan yang terkandung dalam air dengan pengendapan

secara gravitasi dan waktu tertentu.Pada area penampang melintang diunit sedimentasi kecepatan

aliran dirancang sangat rendah,menimbulkan kondisi tanpa gerak dan oleh karena pengaruh gaya

gravitasi partikel dengan densitas (berat jenis) lebih besar dari densitas cairan disekelilingnya

akan bergerak kebawah (mengendap) sedangkan partikel dengan densitas yang lebih kecil akan

bergerak keatas(flotasi).

Dengan demikian partikel tersuspensi yang terdapat dalam air baku akan tertahan dilapisan

lumpur yang mengambang (scum) atau lapisan lumpur yang mengendap (sluge).

Pada hakikatnya sedimentasi dibagi dua;

a. Pengendapan partikel diskrit (Discrete Settling).

Pengendapan partikel diskrit adalah terjadi jika selama waktu pengendapan lumpur tidak

terjadi perubahan pada partikel yang diendapkan dengan kata lain agregasi secara alami

dan dengan kecepatan pengendapan yang relatif konstan,misalnya seperti yang terjadi

pada pengendapan partikel pasir.

b. Pengendapan partikel flokulen adalah terjadi bila selama waktu pengendapan,partikel-

partikel saling merekat dan bersatu untuk selanjutnya dengan kecepatan yang lebih

tinggi,mereka mengendapkan kedasar.Pengendapan cara ini biasanya terjadi pada

material-material organikseperti buangan domestik (air kotor) maupun buangan indistri.

Didalam sistem pengendapan partikel-partikel flokulan gabungan partikel-partikel tersebut

bergabung lagi dengan partikel-partikel lainnya membentuk agregat dimana bentuk dan

kecepatannya jauh lebih besar.Penggabungan partikel-partikel tersebut akan berlangsung hingga

terbentuk flok yang lebih besar.

Parameter desain unit sedimentasi adalah beban permukaan (S o) dan waktu detensi

(td).Untuk mengantisipasi kebutuhan luas permukaan yang besar maka digunakan sistem”tube

atau plate settler.

Kriteria Umum:

- Kemiringan tube atau plate = 30 - 600

- Diameter tube atau jarak antar plate = 50 – 100 mm

- Ketebalan plate = 2 – 5 mm

- Tinggi plat = 100 -120 cm

- Beban permukaan eksternal = 7 – 10 m3/m2/jam

- Beban permukaan antar plat = 0,5 – 0,8 m3/m2/jam

- Bilangan Froude = > 10 x 10-5

- Bilangan Reynold = < 500

D. PROSES FILTRASI

Proses filtrasi adalah proses penjernihan dimana air yang akan diolah dilewtkan melalui

media berpori/penyaring.Pada saat menyaring air dialirkan dari atas kebawah.Lama kelamaan

permukaan saringan akan dipenuhi endapan dan mampet.Untuk membersihkan dilakukan

pencucian balik(backwash) dengan jalan membalikkan aliran dari bawah keatas.

Ada 2 jenis filtrasi atau penyaring ditinjau dari segi desain kecepatan filtrasi yaitu;

- Saringan Pasir Cepat

Filter cepat merupakan salah satu unit dalam serangkaian unit proses pengolahan

air,dimana biasanya merupakan bak terbuka atau tertutup yang medianya bias bermedia tunggal

atau ganda.

Filter cepat dioperasikan dengan kecepatan pnyaringan lebih cepat dari kecepatan penyaringan

filter lambat.Kecepatan penyaringan tergantung dari syarat-syaraty proses filtrasi yaitu rentang

3-50 m/jam.

- Saringan Pasir Lambat

Filter lambat adalah merupakan suatu penyediaan air bersih,sebagai filter dengan

permukaan yang besar dan biasanya tidak ada sistem pencucian.Kecepatan filter biasanya hanya

beberapa meter perhari.

Kriteria Umum;

- Kecepatan aliaran melalui media filter = 5 – 12,5 m3/m2/jam

- Kecepatan backwash = 5 – 7 x kecepatan filtrasi

- Ketebalan media penyaring

* Pasir = 60 – 90 cm

* Antrasit = 30 – 40 cm

- Ketebalan media penahan = 20 50 cm

- Ukuran butir media pasir = 0,5 – 1,4 mm

- Ukuran media panahan = 3 – 60 mm

- Waktu backwash = 5 – 10 menit

- Porositas = 0,38 -0-,40

- Berat jenis

* Pasir = 2,65 kg/dm3

* Antrasit = 1,65 kg/dm3

PERHITUNGAN :

I. KOAGULATOR.

Type koagulator yang digunakan adalah koagulator mekanik.

Kriteria umum berdasarkan AWWA 1969 :

Waktu kontak ( td ) = 30 – 120 detik

Gradien kecepatan ( G ) = 500 – 1000 perdetik

Digunakan : Waktu kontak ( td ) = 60 detik

Gradien kecepatan ( G ) = 600 perdetik

Volume koagulator ( V ) :

Rumus : V = Q x td

Maka volume koagulator ( V ) = ( 0,1 x 10-3 ) x 60

= 6 x 10-3 m3

Dimensi koagulator :

Kedalaman (h) = 1,25 x lebar (l)

Panjang (p) = 2 x lebar

Rumus : Panjang (p) x lebar (l) x kedalaman (h) = Volume (C)

2l x l x 1,25 l = 6 x 10-3 m3

2,5 x l3 = 6 x 10-3 m3

l = [6 x 10-3 m3 / 2,5 ]1/3

l = 0,135 m

Sehingga didapat :

Lebar koagulator = 13,5 cm

Panjang koagulator = 2 x 13,5 cm = 27 cm

Kedalaman koagulator = 1,25 x 13,5 cm = 17 cm

Freeboard = 5 cm

Diameter Impeller (Dt) = 70% x 13,5 cm = 9 cm

Jarak dasar ke impeller = 50 % x 9 cm = 4,5 cm

Type impeller = paddle impeller 2 blade

Lebar impeller (w) = 1/6 x 9 cm = 1,5 cm

Konstanta turbulen (Kt) = 2,25

Perhitungan kecepatan impeller (n) :

Rumus : P ( watt ) = G2 x µ x V

n ( rps ) = [ P / ( Kt x Dt5 x ρ ) ]1/3

Kecepatan impeller ( n ) = [(G2 x µ x V ) / ( Kt x Dt5 x ρ ) ]1/3

= [ ( 6002 x 10-3 x 6 x 10-3 ) / ( 2,25 x 0,095 x

1000 ) ]1/3

= 5,458 rps = 5,458 rps x 60 rps / 1 rpm

= 327,5 rpm

Sehingga kecepatan impeller yang digunakan adalah 327,5 rpm

untuk mendapat Gradien kecepatan sebesar 600 perdetik.

II. FLOKULATOR

Type Flokulator yang digunakan adalah Flokulator saluran

bersekat aliran horizontal (Baffle horizontal flow) dengan 2

kompartemen. Nilai Gradient kecepatan (G) dikondisikan menurun

secara gradual dari 30, 20 dan 10 perdetik.

Kriteria umum berdasarkan AWWA 1969 :

Waktu detensi ( td ) = 10 – 30 menit

Gradien kecepatan ( G ) = 100 – 10 perdetik

Gtd = 104 – 105

Kapasitas pengaliran untuk satu kompartemen adalah :

Q1 =

=

= 0,05x10-3 m3/dt

2.1 Dimensi Saluran Tahap 1

Digunakan : Angka kekasaran manning = 0,008

K = 2

Kecepatan di pintu = 0,0777 m/detik

Kecepatan saluran = 0,0202 m/detik

G = 30 perdetik

td = 225,58 detik

Volume = Q x td

= 0,05 . 10-3 x 225,58

= 11,28 . 10-3 m3

Luas penampang ( A ) = Kapasitas ( Q ) / kecepatan saluran (

v )

= {(0,05x10-3) m3/detik} / (0,0202 m/detik)

= 2,475 x 10-3 m2

kedalaman (h) = 12 cm

lebar (l) = ( 2,475 x 10-3 m2 ) / 0,12

= 0,0206 m

= 2,06 cm

Panjang saluran ( L ) = Volume / Luas penampang

= ( 11,28 x 10-3 m3 ) / ( 2,475 x 10-3 m2 )

= 4,55 m

Head loss yang di butuhkan ( H ) :

H = ( G2 x √ x td ) / g

= ( 302 x 1,0105 x 10-6 x 225,58 ) / 9,81

= 0,0209 m

≈ 2,09 cm

Keliling basah ( p )= ( 2 x kedalaman ) + lebar

= ( 2 x 0,12 ) + 0,0206

= 0,2606 m

Jari jari hidraulis ( R )= Luas penampang ( A ) / Keliling basah ( p )

= 2,475 x 10-3 m2 / 0,2606 m

= 9,50 x 10-3 m

Head loss di saluran = [ ( n x v ) / R2/3 ]2 x L

= [ ( 0,008 x 0,0202) / 0,00952/3 ] 2 x 4,55

= 5,9 x 10-5 m

Head loss di pintu = Head loss total – head loss saluran

= 0,0209 – ( 5,9 x 10-5 )

= 0,02084 m

Jumlah pintu pada saluran ( N ) :

N = [ Head loss dipintu ( H ) x 2 x percepatan grafitasi ( g )] / [ K

x kecepatan dipintu ( v )2 ]

= (0,02084 x 2 x 9,81 ) /( 2 x 0,0777 2 )

= 33,86

= 34 pintu

Jumlah saluran = jumlah pintu + 1

= 34 + 1

= 35 saluran

Panjang tiap saluran = Panjang saluran / jumlah saluran

= 4,55 m / 35

= 0,13 m

= 13 cm

Lebar bukaan pintu ( b ) = Q / ( v x h )

= ( 0,05 x 10-3 ) / (0,0777 x 0,12 )

= 0,0054 m

= 5,4 mm

Lebar Flokulator (w) = (jumlah saluran x lebar saluran) + (tebal

sekat x jumlah sekat)

= (35 x 0.0206) + (0,003 x 34)

= 0,825 meter



K = 2



G = 20 perdetik

td = 235,87 detik

Volume = Q x td

= 0,05x10-3 x 235,87

= 11,79 x 10-3 m3


v )

= {(0,05x10-3) m3/detik} / (0,0132 m/detik)

= 3,78 x 10-3 m2


kedalaman (h) x lebar (l)= Luas penampang ( A )

lebar (l) = ( 3,78 x 10-3 m2 ) / 0,12

= 0,0315 m

= 3,15 cm


= (11,79 x 10-3 m3 ) / ( 3,78 x 10-3 m2 )

= 3,12 m


H = ( G2 x √ x td ) / g

= ( 202 x 1,0105 x 10-6 x 235,87 ) / 9,81

= 9,7 x 10-3 m


= ( 2 x 0,12 ) + 0,0315

= 0,2715 m


= 3,78 x 10-3 m2 / 0,2715 m

= 0,0139 m


= [ ( 0,008 x 0,0132) / 0,01392/3 ] 2 x 3,12

= 1,04 x 10-5 m


= 9,7 x 10-3 – 1,04 x 10-5

= 9,69 x 10-3 m




= (0,00969 x 2 x 9,81 ) /( 2 x 0,0644 2 )

= 22,92

= 23 pintu


= 23 + 1

= 24 saluran


= 3,12 m / 24

= 0,13 m

= 13 cm


= ( 0,05 x 10-3 ) / (0,0644 x 0,12 )

= 0,0065 m

= 6,5 mm



= (24 x 0.0315) + (0,003 x 23)

= 0,825 meter



K = 2



G = 10 perdetik

td = 241,49 detik

Volume = Q x td

= 0,05 . 10-3 x 241,49

= 12,07 . 10-3 m3


v )

= {(0,05x10-3) m3/detik} / (0,0097 m/detik)

= 5,15 x 10-3 m2


kedalaman (h) x lebar (l)= Luas penampang ( A )

lebar (l) = ( 5,15 x 10-3 m2 ) / 0,12

= 0,043 m

= 4,3 cm


= ( 12,07 x 10-3 m3 ) / ( 5,15 x 10-3 m2 )

= 2,34 m


H = ( G2 x √ x td ) / g

= ( 102 x 1,0105 x 10-6 x 241,49 ) / 9,81

= 0,00249 m

≈ 2,49 mm


= ( 2 x 0,12 ) + 0,043

= 0,283 m


= 5,15 x 10-3 m2 / 0,283 m

= 0,0182 m


= [ ( 0,008 x 0,0097 ) / 0,01822/3 ] 2 x 2,34

= 2,94 x 10-6 m


= 0,00249 – ( 2,94 x 10-6 )

= 0,002487 m




= (0,002487 x 2 x 9,81 ) /( 2 x 0,0379 2 )

= 16,99

= 17 pintu


= 17 + 1

= 18 saluran


= 2,34 m / 18

= 0,13 m

= 13 cm


= ( 0,05 x 10-3 ) / (0,0379 x 0,12 )

= 0,011 m

= 1,10 cm



= (18 x 0.043) + (0,003 x 17)

= 0,825 meter

III. UNIT SEDIMENTASI

Jenis Bak Pengendap yang digunakan adalah Bak Pengendap

aliran miring berbentuk persegi empat (rectangular) dengan dua

kompartemen.

Kriteria desain unit sedimentasi adalah sebagai berikut :

1. Waktu detensi : 0,25 – 1 jam

2. Kemiringan settler : 30o – 60o

3. Bilangan Froude : > 10-5

4. Bilangan Reynold : < 500

5. Surface Loading (plate) : < 235 m3/m2/hari

Digunakan :

1. Waktu detensi : 0,404 jam

2. Kemiringan settler : 60o

Volume bak pengendap (V) :

V = Q x td

V = 0,05 x 10-3 x ( 0,404 x 3600 )

V = 0,07272 m3

Lebar bak pengendap (B) = 0,404 m

Panjang bak pengendap (L) = 0,40 m

Luas permukaan (A) = B x L

= 0,404 x 0,40

= 0,1616 m2

Kedalaman bak =

=

= 0,45 m

3.1 Zona inlet

Untuk panjang zona inlet (L1) ditentukan adalah 20 % dari

panjang bak (L) yaitu :

L1 = 0,20 x L

= 0,20 x 0,40 m

= 0,08 m

Dan Lebar (B) = 0,404 m

3.2 Zona Outlet

Zona outlet dilengkapi dengan pelimpah bentuk V-nocth 90o,

ketinggian air diatas ambang diharapkan adalah 7 mm sehingga

jumlah pelimpah (n) adalah sebagai berikut :

Rumus : n =

n =

n = 8,6

n = 9 buah

3.3 Zona penampung Lumpur

Zona penampung lumpur memiliki kemiringan lantai adalah 1 – 2

%, dengan perhitungan volume zona adalah sebagai berikut :

Rumus : V lumpur =

Dimana : η = efisiensi pengendapan

C1 = konsentrasi zat padat pada air baku

ρw= massa jenis air (996 kg/m3)

ρs = massa jenis Lumpur (2600 kg/m3)

Cv = prosentase Lumpur effluent

Misalkan konsentrasi zat padat pada air baku adalah 100 mg/l

dengan priode pengurasan per 6 jam maka volume zona lumpur

adalah :

V Lumpur=

=

= 1,91x10-3 m3

3.4 Zona bidang pengendap

Pada bidang pengendap digunakan plate settler dengan :

1. Kemiringan (θ) = 60o

2. Ketinggian (H) = 20 cm

3. Ketebalan Plat (t) = 2 mm

4. Jarak antar plat (w) = 10 mm

Panjang bak efektif (L2) = (L – L1) – (H / tg )

= (0,4 – 0,08) – (0,2 / tg 60o)

= 0,2045 m

Beban permukaan eksternal (So) =

=

= 6,05x10-4 m3/ m2/ detik

= 52,27 m3/ m2/ hari

Beban permukaan antar plate (So’) :

So’ = So

= 6,05x10-4

= 6,601x10-5 m3/ m2/ detik

Jumlah plate settler (n) :

n =

=

= 15,78

≈ 16 buah

Kecepatan pengaliran (vo) :

vo =

=

= 8,38x10-4 m/ detik

Jari-jari hidrolis (R) :

R =

=

= 0,005 m

Bilangan Reynold (NRe) :

NRe =

=

= 4,15

Bilangan Froude (NFr) :

NFr =

=

= 1,43 x 10-5

IV. FILTER

Kriteria umum :

- Kecepatan aliran melalui media : 5 – 12,5 m3/m2/jam

- Ketebalan media :

- Antrasit : 30 – 40 cm

- Waktu back wash : 5 – 10 menit

- Porositas : 0,55 – 0,60

- Berat jenis antrasit : 1400 - 1700 kg/m3

- Maksimum ekspansi : 20 – 30 %

Digunakan Filter dengan 2 Kompartemen dengan :

a. Kapasitas produksi (Q) : 2 x 0.05 l/ dt

b. Kecepatan penyaringan: 5 m3/ m2 / Jam

c. Ketebalan media (antarsit) : 0.30 m

d. Ukuran butir media : 1 mm

e. Porositas media : 0.55

f. Berat Jenis antrasit : 1400 kg/m3

g. Sphericity (ψ) : 0.72

4.1. Dimensi Bak Filter Tiap Kompartemen

Q1 = 0.5.10-4 m3/ dt

Ditentukan :

a. Lebar zone penyaringan (B) = 18 cm

b. Panjang zone penyaringan (L) = 20 cm

Jadi didapat kecepatan pengaliran awal penyaringan (v) :

= 0.0014 m/detik

≈ 5 m/jam

4.2. Head Loss Penyaringan

a. Head loss awal filtrasi (ha) :

ha =

ha =

= 0.0094 m

dimana :

ha = Head loss awal media penyaringan (m)

L = Tebal media (m)

= Porositas (0.55)

= Kecepatan penyaringan (m/det)

v = Viskositas air (1.0105 x 10-6 m2/det)

def = diameter efektif antrasit

g = gravitasi (9.81 m/detik2)

b. Kehilangan tekanan sistem underdrain (hu) :

= 2.56x10-7 m

dimana :

hu = Kehilangan tekanan pada sistem underdrain (m)

q = Debit tiap filter (m3/detik)

m = Koefisien (0,62)

A = Luas tiap bak (m2)

c. Head loss total penyaringan (ht) :

ht = ha + hu

= 0.0094 m + (2.56 x 10-7 m)

≈ 0.0094 m

≈ 9.4 mm

4.3. Head loss filtrasi bila salah satu kompartemen dibackwash :

a. Head loss awal filtrasi (ha) :

Q = 2 x 5.10 –5 m3 / dt = 0,1 x 10-3 m3/dt

Kecepatan penyaringan (v) =

=

= 2,78 x 10-3 m/ dt

ha =

ha =

= 0.0188 m

b. Kehilangan tekanan sistem underdrain (hu) :

= 1.023x10-6 m

c. Head loss total penyaringan :

ht = ha + hu

= 0.0188 + 1.023x10-6

≈ 0.0188 m

4.4. Backwash

Pada saat back wash, menggunakan pompa dengan kapasitas 0,6 l/dt.

a. Kecepatan Backwash (vb) :

vb =

=

= 0,01667 m/dt

b. Porositas ekspansi (fe) :

fe =

=

= 0.64 ≈ 64 %

c. Maksimum Ekspansi (Pe) :

Pe =

=

= 0.25 ≈ 25 %

d. Ketinggian ekspansi (Le) :

Le = Lp x

= 0,30 x

= 0,375 cm

Tinggi gutter pelimpah adalah > 0,375 cm sehingga media

(antrasit) tidak ikut lolos keluar.

SISTEM BANGUNAN PENGOLAHAN AIR MINUM.doc

Documents

Transcript of SISTEM BANGUNAN PENGOLAHAN AIR MINUM.doc