TUGAS 4

DESAIN TEKNIK LINGKUNGAN 1 (TL-4101)

Perhitungan dan Desain Secondary Treatment dengan MBBR pada Pengolahan

Air Buangan

Kelompok :

Ratri Dyah Palupi 15312001

Monica Iyanuar 15312003

Dhimas Dwinanda 15312005

Denisa Melati A 15312007

Hurriyah M. 15312009

PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN

FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2015

I. PENDAHULUAN

Preliminary treatment merupakan tahap pertama pengolahan air buangan yang

bertujuan untuk melakukan penyaringan, pemisaham, penghancurann atau pemisahan air

dari partikel-partikel yang dapat mengurangi efektitas pengolahan air limbah yang akan

direncanakan. Preliminary treatment yang aka direncanakan meliputi :

a. Bar screen

b. Comminutor

Sedangkan primary treatment adalah tahap yang bertujuan menghilangkan

partikel padat organic melalui proses fisika . Pada perencanaan ini primary treatment

yang digunakan adalah sedimentation Tank

Sebelum masuk ke dalam bak sedimentasi akan direncanakan sebuah bangunan air

berupa tanki ekualisasi atau sering disebut TAR. Tujuan utama dari TAR ini adalah

menyeragamkan variasi debit.

II. PERHITUNGAN DESAIN

2.1 Perhitungan Bar Screen

A. Besaran-besaran yang akan Direncanakan pada Pembuatan Barscreen

Baris 1

Debit rata-rata adalah perhitungan rata-rata debit yang akan melewati bar screen. Debit

rata-rata untuk keseluruhan unit bar-screen didapat dari data awal yang diberi yaitu

sebesar 0,925 m3/s. Namun, karena direncanakan ada tiga bar screen, debit tersebut

dibagi tiga untuk menghitung besaran masing-masing jalur bar screen. Perhitungan yang

dilakukan digambarkan dibawah ini.

Qr = 0,926

3 m3/s = 0.308 m3/s = 308.67 L/s

Baris 2

Debit minimum adalah perkiraan debit paling kecil yang akan melewati barscreen. Debit minimum didapatkan dari debit rata-rata dnegan contoh perhitungan seperti dibawah ini.

Q minimum = 0,2 p16 Qr (Fair∧GeyerWater∧Wastewater Engineering Vol .1)

=0,2 (256,035 )16 (308..67 )=155.56 L/ s

Baris 3

Debit maksimum adalah perkiraan debit paling besar yang akan melewati barscreen. Debit

minimum didapatkan dari debit rata-rata dnegan contoh perhitungan seperti dibawah ini.

Qmaksimum=3,2(Qr)56 (SyedQasim , 1985)

= 3,2 (308.67 )56 =¿379.95 L/s

B. Data Perencanaan

Data perencanaan adalah data-data yang dipilih untuk dimensi bar screen dan akan

digunakan untuk perhitungan hidrolis pada bar screen dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Data Perencanaan untuk bar screen

Baris Parameter Simbol Besaran Satuan

4 Faktor Kirschen β 1,79 -5 Jarak bukaan

antar batangb 50 mm

Baris

ParameterSimbo

lBesaran

Satuan

6 Lebar

penampang

batang

w 10 mm

7 Panjang penampang batang

p 65 mm

8 Sudut kemiringan batang

θ 60 o

9 Bentuk penampang

Circular

1,79 mm

10 Lebar saluran 1000 mm

Baris 11

Jumlah batang adalah jumlah batang yang akan ditempatkan pada satu jalur barscreen.

n=( 1b+w )−1=( 1000

65+10 )−1=15,27 16

Baris 12

Jumlah bukaan antar batang adalah ruang kosong yang ada di antara batang

s=n+1=16+1=17

Bari s 13

Lebar bukaan total adalah lebar total ruangan antara bukaan batang

¿=sxb=17 x 50=850 mm=0,85 m

Baris 14

Panjang batang yang terendam adalah panjang bagian dari batang yang akan berada

dibawah permukaan air yang melalui barscreen.

Kecepatan pada bars (Vh max) saat aliran maksimum diasumsikan 1 m/s.

ymax= QmaxVhmax× A

= 0,37995 m 3/s1m / s×0,85m 2

=0,45 m

C. Perhitungan Besaran-besaran Hidrolis pada Barscreen

Baris 15

Kedalaman air pada saat aliran maksimum adalah kedalaman air pada saat terjadi debit

maksimum.

yi= ymax sin θ=0,45 sin 60=0,39 m /s

Baris 16

Kecepatan air pada saluran saat aliran maksimum.

Vhmaks= QmaksA maks

=0,37995 m3 /s(0,85 m2)

=¿0,98 m/s

Baris 17

Velocity head pada saat aliran maksimum adalah kecepatan maksimum sat barscreen

dilewati debit puncak.

hv=Vh2

2 g=

(0,98)2

2 x 9,81=0,050 m=50 mm

Baris 18

Headloss pada saat aliran maksimum adalah headloss yang dialami saat debit puncak

melewati barscreen.

hl=β(w /b)43 xhlsinθ=1,79( 10

50)

43 x 0,0013 sin 60=0,01=10 mm

Baris 19

Kedalaman air setelah melewati bar screen.

y 2= y 1−hl=0,39−0,010=0,38 m

Baris 20

Kemiringan saluran merupakan kemiringan dimana barscreen dipasang

Vhmaks=1,1545=1n

R23 S

12=1

n ( ly 11+2 y 1 )

23= 1

0,013 ( 1x 0,391+(2 x 0,39 ) )

23 S

12

Slope=0,00125 m /m

Baris 21

Tinggi freeboard adalah ruangan kosong antra perukaan air dan bagian atas barscreen.

Untuk menghitung freeboard akan diasumsikan bahwa barsceen dapat mengatasi

overflow sebanyak 20% debit maksimum.

tinggi freeboard= 20 %Q max

Vmax x<¿=20 % x0,37995 m 3/s

1ms

x 0,85m¿ = 0,09 m

Baris 22

Kedalaman air pada saat aliran minimum merupakn kedalaman air saat barscreen dilewati

debit minimum.

Q=by1n( byb+2 y

)23 S

12=1× y×

10,013

x ( y1+2 y

)23 ×(0,0013)

12

Qmin=155,56Ls=0,1556 m3 /s

b=1 m

Setelah Qmin dan Ymin disubstitusi ke persamaan Q, diperoleh

Y min= 0,21 m3/s (hasil trial and error)

Baris 23

Kecepatan minium adalah kecepatan air saat debit minimum saat melewati barscreen.

Vmin = Qminbymin

=0,15556 m3 /s1 × 0,21

=0,76m /s

Baris 24

Panjang batang terendam minimum adalah panjang batang yang berada dibawah

permukaan air saat barscreen dilewati debit minimum.

Ytmin = yminsinθ

= 0,21sin 60

=0,24 m

Baris 25

Kecepatan air pada bars saat aliran minimum :

Vhs min¿ Qmin¿¿ ¿

Baris 26

Velocity head pada saat minimum adalah kecepatan head pada saat debit minimum.

hv=Vh2

2 g= 0,762

2 x 9,81=0,03 m=30 cm

Baris 27

Headloss saat aliran minimum

hL=β( wb

)43 xhvsinθ=1,79 (10

50)

43 x0,04 sin 60=0,01 m

Baris 28

Kedalaman air setelah melewati bars screen saat aliran minimum.

y 2= ymin−hl=0,21−0,01=0,20 m

Contoh-contoh perhitungan diatas dapat dilihat rangkumannya pada Tabel 2.

Tabel 2. Perencanaan Barscreen

Parameter Simbol Besaran SatuanDirencanakan:Debit Rata-rata Qr 308.67 L/sDebit Minimun Qmin 155.56 L/sDebit Maksimum Qmaks 379.95 L/sFaktor Kirchen beta 1.79Asumsi Awal-Jarak bukaan antar batang b 50.00 mm-Lebar penampang batang w 10.00 mm-Panjang penampang batang p 65.00 mm-Sudut kemiringan batang derajat 60.00Bentuk Penampang Lingkaran 1.79Lebar Saluran 1000.00 mmJumlah batang n 15.67 16Jumlah Bukaan antar batan s 17.00Lebar Bukaan Total Lt 850.00 mmPanjang batang yang terendam ymax 0.45 mKedalaman air saat aliran max yi 0.39 mKecepatan saat max vhmaks 0.98 m/svelocity head saat max hv 0.05 mHeadloss max hl 0.01 mKedalaman air setelah barscreen y2 0.38 mKemiringan Saluran S 1.25 x 10^-3 0.00125Tinggi freeboard f 0.09 mKedalaman air saat minimum ymin 0.21 meterKecepatanan min Vmin 0.76 m/sPanjang batang terendam minimumYtmin 0.24 meterKecepatanair pada bar saat aliran minimumVkt min 0.77 m/sVelocity Head saat min hv 0.03 mHeadloss saat min hl 0.01 mKedalaman air stelah melewati barscreeny2 0.20 m

II.2 Perhitungan Communitor

Sumber : Elwyn E. Seelye. “Design” 3rd, John Willey and Sons. Inc. New York, London, Sidney.

Qmaks = 0,308m3/detik

Qmaks = 0,308 m3/detik x 86400 dtk/hari x 0,2642 gal/m3

= 7.030mgd

Tipe communitor yang dipilih adalah No. 25A, ukuran motor 1.5 kW controlled discharge.

II.3 Perhitungan Grit Chamber

Grit Chamber berfungsi untuk memisahkan grit, pasir, biji-bijian, organik yang sudah

memadat, kerikil, dan partikel padat lainnya, yang mempunyai nilai specific gravity dan

kecepatan mengendap jauh lebih besar dibandingkan suspended solid organic yang mudah

terurai (biodegradable). Pemisahan dimaksudkan untuk menghindari kemungkinan terbawanya

pasir ke bak pengendap pertama, sehingga mengganggu penanganan endapan. Selain itu

mencegah timbulnya gangguan pada pengolahan selanjutnya, seperti melindungi gerakan alat

mekanis seperti pompa, mencegah penyumbatan pipa dan saluran, serta mengurangi akumulasi

materi lainnya. Materi yang dapat dihilangkan oleh grit chamber adalah padatan inert yang

mempunyai kelembaban (13-56%) kandungan volatile (1-56%) dan berat jenis 1,5-2,7 g/m3.

Cara kerja grit chamber

Ada dua tipe grit chamber, yaitu rectangular grit chamber dan aerated grit chamber.

Tipe pertama merupakan bak panjang dengan pengontrolan kecepatan aliran. Pengontrolan

kecepatan aliran biasanya dipasang pada akhir bak berupa alat ukur parshal flume ataupun

proportional weir. Sedangkan tipe kedua adalah berupa bak diberi sistem aerasi (diffused

compressed air) sehingga terjadi aliran keluar dari grit chamber, keuntungan pemakaian dari

tipe kedua ini adalah memungkinkan memperbaiki terjadinya headloss. Sedangkan kerugiannya

adalah mahalnya biaya konstruksi maupun operasi dibandingkan dengan tipe pertama.

Direncanakan terdapat 3 unit Grit Chamber yang akan bekerja pada kondisi yang telah

dijelaskan pada. Tiap unit akan diberikan pintu air (gate) yang akan berfungsi untuk

mengatur jumlah unit yang dioperasikan sesuai dengan kondisi debit dengan perhitungan di

bawah ini:

Q maks = 0,949 m3/detik

Q rata2 = 0,926 m3/detik

Q min = 0,4667 m3/detik

Pada perencanaan, akan digunakan tiga buah barscreen dan juga dilengkapi dengan tiga buah

grit chamber.

1. Nilai Q setiap bak grit chamber

Q max untuk 1 bak=Qmax3

=0,9493

=0,3163m3

detik=11,17

ft3

detik

Q min untuk 1bak=Qmin3

=0,46673

=0,1556m3

detik=5,495

ft3

detik

Gambar Rancangan Desain Grit Chamber

2. Ukuran Pashall Flume yang digunakan berdasarkan nilai w yang dipilih= 1 feet

w = 1 ft = 0,3048 m

Persamaan yang digunakan pada alat ukur Parshall Flume

Q=4,1 w Hd32

d+z=1,1 Hd

d=1,1( Q4,1 w )

23 −z

Hd=( Q4,1 w )

23

Q minQmax

=[1,1 (Q min /4,1 w )

23−z ]

[1,1 (Q max / 4,1 w )23−z ]

− d mindmax

A = 4,5 ft = 1,3716 m

2/3 A = 3 ft = 0,9144 m

B = 4.41 ft = 1,3442 m

C = 2 ft = 0,6096 m

D = 2,77 ft = 0,8443 m

E = 3 ft = 0,9144 m

F = 2 ft = 0,6096 m

G = 3 ft = 0,9144 m

K = 0,25 ft = 0,0762 m

N = 0,75 ft = 0,2286 m

3. Menghitung nilai z berdasarkan rumus

Q minQmax

=[1,1 (Q min /4,1 w )

23−z ]

[1,1 (Q max / 4,1 w )23−z ]

5,49511,17

=[1,1 (5,495/4,1 ×1 )

23−z ]

[1,1 (11,17 /4,1 ×1 )23−z ]

0,492=1,337−z2,146−z

1,056−0,492 z=1,337−z

0,508 z=0,281

z=0,55315 ft=0,1686 m

4. Menghitung nilai Ha dan nilai d

Ha=¿

d=1,1× Ha−Z= (1,1 ×1,2156 )−0,55315=0,784 ft

5. Menghitung nilai Vh (kecepatan horizontal)

Vh=2,6 (1−K

13 )

12 ( K

13−K )

(1−K )32

=2,6 (1−0,25

13)

12 (0,25

13−0,25)

(1−0,25 )32

¿0,925 fps=0,28ms

6. Menghitung nilai d maks dan d min

d maks=1,1(Q maks4,1 w )

23−z

¿1,1( 11,174,1 ×1 )

23 −0,55315=1,593 ft=0,4855 m

d min=1,1 (Q min4,1 w )

23−z

¿1,1( 5,4954,1 ×1 )

23 −0,55315=0,784 ft=0,239 m

7. Lebar bak grit chamber

v = 0,3 m/s = 1 ft/s

b= Q minVh × d min

= Q maxVh ×d max

b= 5,4950,925× 0,784

= 11,170,925 ×1,593

b=7,577=7,58

b=7,58 ft=2,3104 m

8. Panjang bak ( L )

Hitung Overflow Rate (Vo)

Vo=900 ×Vs=900 ×54=48600gpd

ft2=0,07 cfs / ft2

Hitung panjang bak berdasarkan luas permukaan (As)

As=QmaksVo

=b×l

l= 11,170,07 ×7,58

=21,052 ft=6,4166 m

9. Free board

FB=E−dmaks−z

FB=3−1,593−0,55315

FB=0,854 ≈ 0,9 m

10. Volume grit chamber

Vmaks=l ×b × dmaks=6,4166 ×2,3104 × 0,4855=7,1975 m3

11. Kontrol waktu detensi

td=VmaksQmaks

=7,19750,3163

=22,7553 detik (memenuhi kriteria 20−60 s)

12. Ruang pasir

Direncanakan kedalaman ruang pasir 30 cm

Volume ruang pasir

Volumeruang pasir=0,3× 6,4166 ×2,3104=4,4475 m3

Qrata-rata 1 bak

Qrata1 bak=0,9263

=0,3087m3

s=7,04515 MGD

Volume pasir per hari

Volume pasir = 0,05 m3/103 m3 air buangan

Maka dapat dihitung volume pasir per hari

Volume pasir per hari= 0,051000

× 0,3087 ×86400=1,3336 m3

Frekuensi Pengambilan Pasir

Pengambilan pasir= volumeruang pasirvolume pasir per hari

=4,44751,3336

=3,335 hari

∴ Pengambilan pasir dilakukan 3,35 hari sekali

13. Tinggi bak grit chamber (dihitung dari permukaan ruang pasir)

T = dmax + FB

T=0,4855+0,9

T=1,3855 m