Final Semua Isi Laporan [PDF]

Citation preview

KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat dan karunia-Nya, laporan tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum (PBPAM) dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Laporan “Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum



(PBPAM)” ini



dibuat dalam rangka memenuhi tugas besar perencanaan dari mata kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum untuk menambah pengetahuan mengenai mata kuliah yang terkait. Dan dapat mengaplikasikan ilmu yang telah diajarkan secara teori di perkuliahan tatap muka dengan dosen mata kuliah “Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum



(PBPAM)”.



Laporan ini



disusun dari hasil data-data primer dan sekunder yang penyusun peroleh dari buku panduan dan literatur yang berkaitan dengan Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, serta informasi dari media massa yang berhubungan dengan Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum. Dalam penyusunan laporan ini penyusun juga menyampaikan terima kasih kepada: 1. Allah SWT atas segala rahmat, nikmat dan kesempatan yang telah diberikan sehingga laporan ini dapat terselesaikan dengan baik dan tepat pada waktunya 2. Kepada Kedua orang tua yang selalu memberikan doa dan dorongan semangat, sehingga penyusun dapat menyelesaikan tugas ini dengan lancar dan tepat waktu 3. Kepada Ibu Euis Nurul Hidayah., ST. MT. Ph.D selaku Dosen pengajar Mata kuliah Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum 4. Kepada kelompok 2-C tim penyusun tugas Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum yang beranggotakan: Erdio Maulana W, Vidryani Amri R, Dimas Eka M, Ghassani Nismara, Bayu Faisal A. M, Ragilliya Royana, Hilda Dinda O, Aldy Fajar N. , dan Wildan Yuhan R. T. yang selalu membantu dan memberi dukungan dalam penyusunan ujian akhir.



i



5. Teman-teman angkatan 2015 terutama kelas C’15, atas kritik dan saran serta ilmu



yang



telah dibagi



sehingga



dapat



membantu



mempercepat



penyelesaian tugas ini.



Penyusun menyadari bahwa dalam penyusunan tugas masih terdapat beberapa kesalahan di dalamnya. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun sangat penyusun harapkan guna penyempurnaan tugas ini sehingga dapat bermanfaat bagi pembaca.



Surabaya, 25 Juni 2018



Tim Penyusun



ii



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR ......................................................................................... i DAFTAR ISI .....................................................................................................iii DAFTAR TABEL. ........................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... vii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1 LATAR BELAKANG ...................................................................................... 1 1.2 MAKSUD DAN TUJUAN ................................................................................. 2 1.3 RUANG LINGKUP ......................................................................................... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................ 4 2.1 KEBUTUHAN AIR ......................................................................................... 4 2.2 KUALITAS AIR BAKU ................................................................................... 5 2.3 PROSES PENGOLAHAN AIR ........................................................................... 7 2.3.1 Unit Bangunan Intake........................................................................... 8 A. Pintu Air ............................................................................................. 18 B. Saluran Pembawa atau Canal .............................................................. 21 C. Screen................................................................................................. 23 D. Bak Pengumpul .................................................................................. 33 E. Pompa intake ...................................................................................... 34 2.3.2 Unit Aerasi ......................................................................................... 35 2.3.3 Unit Prasedimentasi ........................................................................... 56 2.3.4 Unit Koagulasi-Flokulasi.................................................................... 82 A. Koagulasi dan Flokulasi...................................................................... 82 B. Koagulan ............................................................................................ 96 2.3.5 Unit Sedimentasi ................................................................................ 99 2.3.6 Unit Filtrasi ...................................................................................... 105 2.3.7 Unit Desinfeksi ............................................................................. 119 2.3.8 Reservoar ......................................................................................... 123 2.3.9 Profil hidrolis ................................................................................... 125 BAB III DAERAH PERENCANAAN ........................................................... 127 iii



3.1 KONDISI EKSISTING DAERAH PERENCANAAN ........................................... 127 3.1.1 Kondisi Umum Kabupaten Kendal ................................................... 127 A. Secara Geografis dan Adminstrasi .................................................... 127 B. Kondisi Topografi ............................................................................. 128 C. Kondisi Geologi................................................................................ 129 D. Kondisi Hidrologi ............................................................................. 130 3.1.2 Kondisi Kecamatan Kangkung ......................................................... 131 3.2 PENGOLAHAN DAN ANALISIS DATA.......................................................... 132 3.2.1 Lokasi Pengambilan Sampel ............................................................ 133 3.2.2 Parameter Air Sungai ....................................................................... 133 3.3 DIAGRAM ALIR METODOLOGI PERENCANAAN............................................ 134 BAB IV KRITERIA PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN ................. 137 4.1 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN BANGUNAN INTAKE ........................... 137 4.1.1 Canal (Saluran Pembawa) ................................................................ 137 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 137 B. Perhitungan....................................................................................... 137 4.1.2 Perencanaan dan Perhitungan Pintu Air ............................................ 138 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 138 B. Perhitungan....................................................................................... 138 4.1.3 Perencanaan dan Perhitungan Bar Screen ......................................... 139 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 139 B. Perhitungan....................................................................................... 140 4.1.4 Perencanaan dan Perhitungan Bak Pengumpul ................................. 141 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 142 B. Perhitungan ...................................................................................... 142 4.1.5 Perencanaan dan Perhitungan Strainer .............................................. 143 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 143 B. Perhitungan....................................................................................... 143 4.2 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN AERASI ............................................. 144 A. Kriteria Perencanaan ........................................................................ 144 B. Perhitungan...................................................................................... 145



iv



4.3 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN PRASEDIMENTASI .............................. 145 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 145 B. Perhitungan...................................................................................... 148 4.4 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN KOAGULASI-FLOKULASI .................... 153 4.4.1 Koagulasi ......................................................................................... 153 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 153 B. Perhitungan....................................................................................... 154 4.4.2 Flokulasi .......................................................................................... 156 A. Kriteria Perencanaan ........................................................................ 156 B. Perhitungan....................................................................................... 157 4.5 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN SEDIMENTASI .................................... 158 A. Kriteria Perencanaan......................................................................... 158 B. Perhitungan....................................................................................... 161 4.6 PERENCANAAN DAN PERHITUNGAN FILTRASI .......................................... 167 A. Kriteria Perencanaan ........................................................................ 167 B. Perhitungan....................................................................................... 167 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 170



v



DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Keperluan Air Per Orang Per Hari ................................................................................5 Tabel 2.2 Parameter Fisik Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi................................................................................................6 Tabel 2.3 Parameter Biologi Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi................................................................................................6 Tabel 2.4 Parameter Kimia Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi................................................................................................6 Tabel 2.5 Kriteria Desain Untuk Pintu Air ................................................................................. 20 Tabel 2.6 Kriteria Desain Untuk Saluran Pembawa .................................................................... 23 Tabel 2.7 Kemampuan Penyisihan Fine Screen.......................................................................... 26 Tabel 2.8 Faktor Bentuk Screen................................................................................................. 27 Tabel 2.9 Kriteria Desain Untuk Bar Screen .............................................................................. 27 Tabel 2.10 Kriteria Desain Untuk Bak Pengumpul ..................................................................... 34 Tabel 2.11 Kriteria Desain Untuk Strainer ................................................................................. 35 Tabel 2.12 Tekanan Uap Air yang Berkontak dengan Udara ...................................................... 38 Tabel 2.13 Pengaruh Suhu terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada Tekanan 1 atm .... 39 Tabel 2.14 Desain dan Karakteristik Operasi Aerator ................................................................. 46 Tabel 2.15 Klasifikasi aerator mekanik ...................................................................................... 55 Tabel 2.16 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber .................................................... 74 Tabel 2.17 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber .................................................... 83 Tabel 2.18 Nilai Gradien Kecepatan dan Waktu Pengadukan ..................................................... 86 Tabel 2.19 Konstanta K1 dan K2 untuk Tangki Bersekat ............................................................. 91 Tabel 2.20 Jenis Koagulan berdasarkan pH optimum ................................................................. 98 Tabel 2.21 Perbedaan Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Lambat ................................. 111 Tabel 2.22 Perbedaan Kriteria Filter Pasir Cepat dan Filter Pasir Lambat ................................. 114 Tabel 3.1 Luas Wilayah Kabupaten Kendal ............................................................................. 127 Tabel 3.2 Panjang Sungai Dan Debit Masing-masing Sungai di wilayah Kabupaten Kendal ..... 131 Tabel 3.3 Luas Wilayah Kecamatan Kangkung .................................................................... 132 Tabel 3.4 Parameter Air Sungai Blukar Pada Titik Sampel 7 .................................................... 134 Tabel 4.1 Kriteria Perencanaan Bar Screen ............................................................................... 139 Tabel 4.2 Faktor Bentuk Screen............................................................................................... 140 Tabel 4.3 Konstanta KT dan KL untuk Tangki Bersekat ............................................................ 153 Tabel 4.4 Kriteria Impeller ...................................................................................................... 154



vi



DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Unit-unit operasi dan proses yang biasa digunakan dalam proses pengolaha .............7 Gambar 2.2 Macam-macam Design Intake ..................................................................................8 Gambar 2.3 Contoh Gambar River Intake ................................................................................. 10 Gambar 2.4 River Intake I......................................................................................................... 11 Gambar 2.5 River Intake II ....................................................................................................... 12 Gambar 2.6 River Intake III ...................................................................................................... 12 Gambar 2.7 Direct Intake ......................................................................................................... 13 Gambar 2.8 Canal Intake.......................................................................................................... 13 Gambar 2.9 Reservoir (Dam Intake) I ....................................................................................... 14 Gambar 2.10 Reservoir (Dam Intake) II .................................................................................... 14 Gambar 2.11 Spring Intake ....................................................................................................... 15 Gambar 2.12 Pengambilan Air Baku dari Air Hujan .................................................................. 17 Gambar 2.13 Penggunaan Pintu Air Intake................................................................................ 18 Gambar 2.14 Jenis Screen......................................................................................................... 24 Gambar 2.15 Screen dengan Pembersihan Secara Manual (a) dan Mekanik (b) .......................... 25 Gambar 2.16 Jenis Fine Screen : (a) Inclined Screen (b) Rotary Drum Screen (c) Fixed Parabolic Screen ....................................................................................................................................... 26 Gambar 2.17 Screen di Intake (atas), Potongan Memanjang Saluran Dan Screen Dalam Suatu Saluran ...................................................................................................................................... 30 Gambar 2.18 Pembersihan Screen Secara Manual ..................................................................... 32 Gambar 2.19 Pembersihan Screen Secara Mekanik ................................................................... 32 Gambar 2.20 Strainer Tipe Bentuk Jamur ................................................................................. 34 Gambar 2.21 Macam-macam Tipe Aerator ............................................................................... 35 Gambar 2.22 Model Tranfer Gas Dua-Film .............................................................................. 47 Gambar 2.23 Aerator Tipe Cascade .......................................................................................... 47 Gambar 2.24 Cascade Aerator tampak atas .............................................................................. 48 Gambar 2.25 Submerged Cascade Aerator ................................................................................ 48 Gambar 2.26 Multiple Platform Aerator ................................................................................... 49 Gambar 2.27 Tray Aeration ...................................................................................................... 49 Gambar 2.28 Spray Aerator ...................................................................................................... 51 Gambar 2.29 Spray Aerator ...................................................................................................... 52 Gambar 2.30 Bubble Aerator .................................................................................................... 56 Gambar 2.31 Sketsa Perforated Wall ........................................................................................ 60 Gambar 2.32 Pergerakan Partikel Pada Bak Prasedimentasi Aliran Horizontal........................... 62 Gambar 2.33 Profil Pada Bak Rectangular Ideal ....................................................................... 63 Gambar 2.34 Pengendapan Partikel pada Aliran Laminer dan Turbulen ..................................... 65 Gambar 2.35 Beragam Susunan Pelimpah pada Outlet .............................................................. 75 Gambar 2.36 Contoh v-notch .................................................................................................... 75 Gambar 2.37 Hopper pada Bak Prasedimentasi Bentuk Rectangular ......................................... 76 Gambar 2.38 Zona Lumpur pada Tengah Bak ........................................................................... 77 Gambar 2.39 (a) Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight, (b Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight 3 Dimensi ................................................................. 78 Gambar 2.40 Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Travelling Bridge................................. 78 Gambar 2.41 Bak Prasedimentasi Bentuk Circular (a) Tipe Center Feed (b) Tipe Peripheral Feed .................................................................................................................................................. 79 Gambar 2.42 Hopper pada Bak Prasedimentasi Bentuk Circular ............................................... 81



vii



Gambar 2.43 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Bak Circular .................. 81 Gambar 2.44 Gaya-gaya pada koloid ........................................................................................ 83 Gambar 2.45 Gambaran proses koagulasi-flokulasi ................................................................... 84 Gambar 2.46 Peralatan Jar test ................................................................................................. 85 Gambar 2.47 Unit Flokulasi...................................................................................................... 89 Gambar 2.48 Tipe paddle (a) tampak atas, (b) tampak samping ................................................. 90 Gambar 2.49 Tipe turbine dan propeller : (a) turbine blade lurus, (b) turbine blade dengan piringan, (c) turbin dengan blade menyerong, (d) propeller 2 blade, (e) propeller 3 blade ........... 90 Gambar 2.50 Pengadukan cepat dengan alat -pengaduk............................................................. 91 Gambar 2.51 Pengadukan cepat dengan terjunan ....................................................................... 93 Gambar 2.52 Denah pengadukan lambat dengan baffled channel ............................................... 93 Gambar 2.53 Pengadukan cepat secara pneumatis ..................................................................... 94 Gambar 2.54 Unit berulang Al-OH (PAC) ................................................................................ 97 Gambar 2.55 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Bak Circular .................. 99 Gambar 2.56 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Bak Circular ................ 104 Gambar 2.57 Bagian-bagian filtrasi......................................................................................... 107 Gambar 2.58 Aliran air pada saat operasi filter ........................................................................ 108 Gambar 2.59 Aliran air pada saat pencucian filter ................................................................... 108 Gambar 2.60 Skema filter pasir lambat ................................................................................... 110 Gambar 2.61 Sistem underdrain dengan model manifold pipe ................................................. 118 Gambar 2.62 Sistem underdrain dengan model perforated plate ............................................. 119 Gambar 2.63 Sistem underdrain dengan model nozzle dan strainer.......................................... 119 Gambar 2.64 Bak khlorinasi ................................................................................................... 121 Gambar 3.1 Peta Lokasi Pengambilan Sampel Air Sungai Kali Blukar ............................... 133 Gambar 3.2 Diagram Alir Metodologi Perencanaan ............................................................... 134 Gambar 3.3 Bagan Unit Pengolahan Air ................................................................................ 135 Gambar 4.1 Strainer Tipe Bentuk Jamur ................................................................................. 143 Gambar 4.2 Spesifikasi V-Notch............................................................................................. 148 Gambar 4.3 Grafik Perfomace Removal Zona Pengendapan .................................................... 150 Gambar 4.4 Grafik Perfomace Removal Zona Pengendapan .................................................... 162



viii



BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan kebutuhan yang sangat vital bagi kehidupan manusia. Karena itu, jika kebutuhan akan air belum tercukupi maka dapat memberikan dampak yang besar terhadap kerawanan kesehatan maupun sosial. Seiring dengan meningkatnya populasi penduduk maka kebutuhan air dengan sendirinya akan meningkat. Peningkatan ini diiringi pula dengan peningkatan masalah yang berhubungan dengan kualitas air baku yang dapat digunakan sebagai sumber air bersih Permasalahan yang timbul yakni sering dijumpai bahwa kualitas air tanah maupun air sungai yang digunakan masyarakat kurang memenuhi syarat sebagai air minum yang sehat bahkan di beberapa tempat bahkan tidak layak untuk diminum. Air yang layak diminum, mempunyai standar persyaratan tertentu yakni persyaratan fisis, kimiawi dan bakteriologis, dan syarat tersebut merupakan satu kesatuan. Jadi jika ada satu saja parameter yang tidak memenuhi syarat maka air tesebut tidak layak untuk diminum. Standar kualitas air minum menurut harus sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2017 tentang standar baku mutu kesehatan lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk keperluan higiene sanitasi, kolam renang, solus per aqua , dan pemandian umum. Pemakaian air minum yang tidak memenuhi standar kualitas tersebut dapat menimbulkan gangguan kesehatan, baik secara langsung dan cepat maupun tidak langsung dan secara perlahan. Untuk mendapatkan air bersih yang layak dan aman untuk dikonsumsi (terutama untuk air minum) perlu adanya suatu proses dari air baku menjadi air yang layak digunakan, selalu melalui suatu pengolahan yang bertujuan memperbaiki kualitas air. Pengolahan air bisa dimulai dengan menggunakan sistem yang sederhana dan dapat juga dengan pengolahan yang lengkap, sesuai dengan tingkat kebutuhan yang diperlukan tergantung dari kualitas badan air yang akan diolah. Semakin rendah kualitas air maka semakin berat pengolahan yang dibutuhkan. 1



Untuk itu dalam perencanaan bangunan pengolahan air limbah kali ini, kami memilih sumber air dari sungai Blukar yang terletak di kabupaten Kendal, Jawa Tengah. Untuk pengambilan sampel dilakukan pada titik 7 di jembatan Desa di Tanjungmojo, Kecamatan Kangkung, Lokasi Pengambilan sampel ini setelah industri pengolahan ikan PT. Sinar Bahari Agung dan PT. Laut Jaya Abadi. Dengan mengetahui kriteria perencanaan dan perancangan dari suatu bangunan pengolahan air maka tujuan yang hendak dicapai untuk mendapatkan air bersih yang baik aman dan layak (terutama untuk pemenuhan kebutuhan air minum) dari segi investasi dan operasi dapat tercapai.



1.2 Maksud dan Tujuan Maksud dari pelaksanaan tugas ini adalah agar mahasiswa mengetahui permasalahan yang ditimbulkan dan pemecahannya di lapangan pekerjaan pada umumnya dan mampu merencanakan suatu bangunan pengolahan air minum pada khususnya. Sedangkan tujuan disusunnya laporan ini adalah agar: 1. Mampu mengenal prinsip dasar dan memahami tata cara penyusunan dalam merencanakan suatu sistem bangunan pengolahan air minum. 2. Mampu melakukan perhitungan dan mengambil keputusan berdasarkan perhitungan yang ada dalam suatu perencanaan. 3. Mampu membuat perencanaan sistem bangunan air minum.



1.3 Ruang Lingkup Dalam merencanakan unit–unit dalam bangunan pengolahan air minum, diperlukan pertahapan tertentu sebagai berikut : 1. Mendesain suatu Instalasi Pengolahan Air Minum (IPAM) terletak di kabupaten Kendal, Jawa Tengah sesuai tahapan-tahapan pembuatan suatu desain IPAM yang lazim serta modifikasi dan perkembangan tahun-tahun terakhir yang mengambil air dari Sungai Blukar. 2. Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum (PBPAM) ini berdasarkan pemilihan teknologi pengolahan air.minum yang sangat dipengaruhi oleh



2



kualitas air baku yang berasal dari Sungai Kali Blukar, di samping standar kualitas air minum yang ingin dicapai. Untuk perencanaannya meliputi : a) Rencana dasar terdiri dari : - Kebutuhan air agar dapat didesain kapasitas instalasi pengolahan air minum sehingga kebutuhan masyarakat dapat terpenuhi. - Membangun instalasi air minum secara bertahap sesuai dengan meningkatnya penduduk. - Analisis kualitas air baku, dengan mengetahui parameter-parameter dalam air bersih dan juga kegunaan tiap parameter. - Alternatif dan pemilihan unit operasi dan unit proses PBAM, dengan menentukan jenis pengolahan yang tepat serta ekonomis. b) Rencana detail terdiri dari Maksud, tujuan, fungsi, criteria perencanaan, perhitungan unit operasi dan unit proses PBAM serta perhitungan hidrolis dan penggunaan bahan kimia. c) Rencana gambar desain meliputi tampak atas (denah) ,depan, samping dan layout. 3. Dasar-dasar teori yang secara langsung mendukung perencanaan dan perhitungan harus diuraikan secara jelas tapi ringkas disertai dengan sumber pustaka selain itu juga menggunakan tabulasi yang ada. 4. Lokasi penempatan IPAM pada daerah relatif datar dengan luas yang memadai hingga akhir tahun perencanaan.



3



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kebutuhan Air Hal yang menjadi perhatian yang berkaitan dengan kuantitas air bersih adalah mengenai pemakaian dan kebutuhan air. Pemakaian air bertitik tolak dari jumlah air yang terpakai dan sistem yang ada walau bagaimanapun kondisinya. Pemakaian air dapat terbatas oleh karena terbatasnya air yang tersedia pada sistem yang dipunyai dan belum tentu sesuai dengan kebutuhannya.Pengertian kebutuhan air adalah jumlah air yang diperlukan secara wajar untuk keperluan pokok manusia dan kegiatan-kegiatan lainnya yang memerlukan air. Kebutuhan air menentukan besaran sistem dan ditetapkan berdasarkan pengalaman pengalaman dan pemakaian air (Chatib, 1996:15). Kebutuhan air bersih berbeda antara kota yang satu dengan kota yang lainnya. Adapun faktor-faktor yang mempengaruhi penggunaan air bersih menurut Linsey and Franzini (1986) adalah : 1. Iklim 2. Ciri-ciri penduduk 3. Masalah lingkungan hidup 4. Keberadaan industri dan perdagangan 5. Iuran air dan meteran 6. Ukuran kota



Berdasarkan standar WHO, jumlah minimal kebutuhan air adalah 60 l/jiwa/hari (Chatib, 1996:19). Kebutuhan ini akan meningkat sampai tercapai pemenuhan kebutuhan yang memuaskan atau sampai harga air membatasi pemakaian. Menurut Departemen Kesehatan, standar keperluan air per orang per hari adalah sebesar 150 liter per hari seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2.1 berikut ini :



4



Tabel 2.1 Keperluan Air Per Orang Per Hari (Standar Departemen Kesehatan) No Keperluan Air yang dipakai 1 Minum 2,0 liter 2 Memasak, kebersihan dapur 14,5 liter 3 Mandi, kakus 20 liter 4 Cuci pakaian 13 liter 5 Air Wudhu 15 liter 6 Air untuk kebersihan rumah 32 liter 7 Air untuk menyiram 11 liter Air untuk mencuci 8 kendaraan 22,5 liter Air untuk keperluan lain9 lain 20 liter Jumlah 150 liter Sumber: Rachman, 2005 2.2 Kualitas Air Baku Kualitas air bersih apabila ditinjau berdasarkan kandungan bakterinya menurut SK.Dirjen PPM dan PLP No. 1/PO.03.04.PA.91 dan SK JUKLAK PKA Tahun 2000/2001,dapat dibedakan ke dalam 5 kategori sebagaiberikut : 1. Air bersih kelas A ketegori baik mengandung total koliform kurang dari 50. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum. 2. Air bersih kelas B kategori kurang baik mengandung koliform 51-100 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, mengairi pertanaman. 3. Air bersih kelas C kategori jelek mengandung koliform 101-1000 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan,mengairi pertanaman. 4. Air bersih kelas D kategori amat jelek mengandung koliform 1001-2400 mg/l. Air yang peruntukannya dapat digunakan untuk mengairi pertanaman. 5. Air bersih kelas E kategori sangat amat jelek mengandung koliform lebih2400mg/l.



5



Air baku yang berkualitas harus memenuhi syarat – syarat yang mencakup sifat– sifat fisika dan kimia air. Syarat ini harus sesuai dengan standar yang telah dikeluarkan oleh Permenkes Nomor 32 tahun 2017. Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan untuk media air untuk keperluan higiene sanitasi meliputi parameter fisik, biologi, dan kimia yang dapat berupa parameter wajib dan parameter tambahan.



Tabel 2.2 Parameter Fisik Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No 1 2 3 4 5 6



Parameter Wajib



Unit



Kekeruhan Warna Zat padat terlarut (Total Dissolved Solid) Suhu Rasa Bau



NTU TCU



Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 25 50



Mg/L



1000



oC



Suhu udara  3 Tidak berasa Tidak berbau



Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017



Tabel 2.3 Parameter Biologi Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No



Parameter Wajib



Unit



1 Total coliform CFU/100 mL 2 E.coli CFU/100 mL Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017



Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 50 0



Tabel 2.4 Parameter Kimia Dalam Standar Baku Mutu Kesehatan Lingkungan Untuk Media Air Untuk Keperluan Higiene Sanitasi No



Parameter Wajib



1 pH 2 Besi 3 Fluorida 4 Kesadahan (CaCo3) 5 Mangan 6 Nitran sebagai N 7 Nitrit sebagai N 8 Sianida 9 Deterjen Tambahan



Unit Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L



Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 6,5 – 8,5 1 1,5 500 0,5 10 1 0,1 0,05



6



No



Parameter Wajib



Unit



11 Air raksa 12 Arsen 13 Kadmium 14 Kromium (valensi 6) 15 Selenium 16 Seng 17 sulfat 18 Timbal Sumber: Permenkes Nomor 32 tahun 2017



Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L Mg/L



Standar Baku Mutu (Kadar Maksimum) 0,001 0,05 0,005 0,05 0,01 15 400 0,05



Agar baku mutu air minum dapat terpenuhi, maka diperlukan berbagai usahan untuk menjaga kualitas air, yaitu (winarni, 1996:17): a. Kontrol pada sumber air dapat dilakukan dengan pemilihan sumber air, control terhadap sumber polusi yang masuk ke sumber air, perbaikan kualitas sumber, control pertumbuhan biologi. b. Instalasi pengolahan air yang tepat c. Kontrol pada sistem transmisi dan distribusi untuk mencegah kontaminan.



2.3 Proses Pengolahan Air Menurut Reynolds (1982:1), berdasarkan fungsinya unit-unit operasi dan unitunit proses di teknik lingkungan dapat diklasifikasikan menjadi 3 klasifikasi, yaitu pengolahan fisik, kimia dan biologi. Unit-unit operasi dan proses yang biasa digunakan dalam proses pengolahan air terdiri dari:



INTAKE



SEDIMENTASI 1



AERASI



PRASEDIMENTASI



FILTRASI



DESINFEKSI



KOAGULASIFLOKULASI



Gambar 2.1 Unit-unit operasi dan proses yang biasa digunakan dalam proses pengolahan (Sumber: Rahman, 2005)



7



2.3.1 Unit Bangunan Intake



Gambar 2.2 Macam-macam Design Intake Bangunan intake berfungsi sebagai penyadap atau penangkap air baku yang berasal dari sumbernya, dalam hal ini sungai. River intake menggunakan pipa penyadap dalam bentuk sumur pengumpul. Intake ini lebih ekonomis untuk air sungai yang mempunyai perbedaan level muka air pada musim hujan dan musim kemarau yang cukup tinggi. Lokasi Intake harus memperhatikan beberapa faktor di bawah ini : 1) Kualitas air yang tersedia harus baik. 2) Berlokasi di tempat dimana tidak terdapat arus atau aliran kuat yang dapat merusak intake. 3) Selama banjir, air tidak boleh masuk ke dalam intake. 4) Sebaiknya sedekat mungkin dengan stasiun pemompaan. 5) Pasokan tenaga harus tersedia dan dapat digunakan. 6) Angin yang menyebabkan sedimentasi harus dihindari. 7) Lokasi harus mudah dijangkau dan dekat tempat pengolahan sehingga meminimalkan biaya perpipaan. 8) Lokasi sebaiknya tidak berada di wilayah cekungan. 9) Sebaiknya tertutup untuk mencegah sinar matahari yang bisa menstimulus pertumbuhan lumut atau ganggang di air ataupun pengotor-pengotor dari luar. 10) Tanah tempat dibangunnya intake harus stabil.



8



11) Bangunan intake harus kedap air. 12) Pipa inlet ditempatkan dibawah permukaan sungai atau danau untuk mendapatkan air yang lebih dingin dan mencegah masuknya benda-benda yang mengapung. 13) Sebaiknya terletak agak jauh dari bahu sungai untuk mencegah kemungkinan pencemaran. 14) Sebaiknya terletak pada bagian hulu kota.



Menurut sumber air baku yang diambil, Bangunan Penyadap Air terbagi menjadi bangunan penyadap air dari mata air, bangunan penyadap air sungai, dan bangunan peyadap air tanah atau sumur dalam. 1. Penyadapan dari Mata Air Mata air merupakan prioritas utama dalam sistem penyediaan air minum, karena tidak perlu diproses dan hanya perlu pembubuhan desinfektan. Keberlangsungan sumber mata air sangat dipengaruhi oleh daerah resapan (catchment area). Oleh karena itu catchment area perlu dilindungi untuk menjaga kapasitas air sumber. Daerah resapan tersebut harus terjaga kelestariannya dengan melindunginya dari penebangan liar. Tanaman yang tumbuh atau ditanam di wilayah tersebut juga harus dapat menyerap atau menyimpan air dengan baik. Dalam merencanakan bangunan pengambil (penyadap) sedapat mungkin tidak mengubah struktur tanah di sekitar mata air, dengan tetap mengikuti kaidah ilmu tentang bangunan air. Karena itu sebaiknya penyadapan dilakukan diluar lokasi mata air sehingga kondisi alam disekitar mata air tetap natural. Air permukaan dekat mata air sebaiknya tidak meresap ke tanah dan bercampur dengan mata air. Untuk itu perlu dibuatkan saluran untuk mengalirkan air permukaan secepat mungkin. Dinding pemotong hendaknya dibuat cukup dalam di lapisan yang mengandung air. Chamber sebaiknya dilengkapi dengan perpipaan, value, manhole, dan overflow weir. Bangunan penyadap air dari mata air sering dikenal dengan istilah “bronkaptering”. Bangunan penyadap air dari mata air ini umumnya terbuat dari pasangan batu atau pasangan beton. Sedangkan bentuknya disesuaikan dengan



9



jenis dan keadaan sekitar mata air tersebut, misalnya bangunan penyadap air dari mata air yang keluar dari rekahan batu pada tebing berbeda dengan bangunan penyadap air dari mata air yang keluar dari tanah yang datar.



2. Penyadapan dari Air Permukaan Adapun jenis-jenis intake-nya, yaitu : a. River intake b. Direct intake c. Canal intake d. Dam intake (reservoir intake) e. Spring intake



a. River Intake



Gambar 2.3 Contoh Gambar River Intake River intake, adalah intake yang digunakan untuk menyadap air baku yang berasal dari sungai atau danau. River Intake terdiri atas sumur beton berdiameter 3 – 6 m yang dilengkapi 2 atau lebih pipa besar yang disebut penstock. Pipa-pipa tersebut dilengkapi dengan katup sehingga memungkinkan air memasuki intake secara berkala. Air yang terkumpul dalam sumur kemudian dipompa dan dikirim kedalam instalasi pengolahan. River Intake terletak pada bagian hulu kota untuk menghidari pencemaran oleh air buangan. Intake ini lebih ekonomis untuk air sungai yang mempunyai perbedaan level muka air pada musim hujan dan musim



10



kemarau yang cukup tinggi. Kelengkapan dan cara kerja River Intake : - Saluran Pembawa



: untuk mengalirkan air dengan elevasi tertentu dan menjaga energi potensial air tetap terjaga



- Screen



: menyisihkan benda – benda besar misalnya ranting, daun dan sebagainya.



- Sumur pengumpul : untuk menampung air dari badan air melalui pipa inlet sesuai dengan debit yang dibutuhkan. - Strainer



: menyaring benda – benda kecil misalnya : kerikil, biji bijian.



- Suction Pipe



: mengambil air dari sumur pengumpul setelah melalui strainer kemudian diolah.



-



Gambar 2.4 River Intake I



11



Gambar 2.5 River Intake II



Gambar 2.6 River Intake III b. Direct Intake Biasanya digunakan untuk sumber air dari danau atau sungai yang dalam dimana kemungkinan terjadinya erosi pada dinding dan pengendapan pada bagian dasar. Kelengkapan dan cara kerja: - Strainer



: menyisihkan benda – benda kecil, misalnya kerikil, biji – bijian dan sebagainya.



- Pipa hisap : berguna untuk mengambil air setelah melalui strainer.



12



Gambar 2.7 Direct Intake (Sumber: Hadi, W. 2000. Hal 23-24)



c. Canal Intake Digunakan untuk air yang berasal dari Canal. Dinding chamber sebaiknya terbuka ke arah Canal dan dilengkapi dengan saringan kasar. Dari chamber air dialirkan dengan pipa yang ujungnya terdiri dari Bell Mouth yang terbentuk setengah bola yang perforated (berlubang – lubang). Kelengkapan dan cara kerja Canal Intake : - Screen



: menyisihkan benda – benda , misalnya ranting, daun, batu, dan sebagainya.



- Bell Mouth Strainer : menyisihkan benda-benda kecil, misalnya kerikil, biji – bijian dan sebagainya. - Pipa Supply



: mengambil air dari bak pengumpul setelah Bell Mouth Strainer.



Gambar 2.8 Canal Intake (Sumber: Hadi, W. 2000. Hal 23-24)



13



d. Reservoir (Dam Intake) Digunakan untuk air yang diambil dari dam, baik yang alamiah maupun dari dam. Menara intake dibuat terpisah dengan dam pada bagian up stream. Beberapa inlet pada beberapa muka air dibuat di menara untuk dapat mengambil air yang berfluktuasi muka airnya. Jika air di reservoir dapat mengalir secara gravitasi, maka tidak diperlukan pemompaan dari menara. Kelengkapan dan cara kerja Reservoir Intake sebagai berikut : - Pipa Inlet dengan Screen



: pipa yang mengambil air dari badan air dengan dilapisi penyaring untuk menyisihkan benda besar, misalnya : ranting, batu, daun dan sebagainya.



- Sumur Pengumpul



: tempat air yang diambil dari badan air melalui pipa inlet.



- Pipa Hisap



: pipa yang berfungsi untuk mengambil air dari sumur pengumpul menuju ke pengolahan



Gambar 2.9 Reservoir (Dam Intake) I



Gambar 2.10 Reservoir (Dam Intake) II



14



e. Spring Intake Digunakan untuk air yang diambil dari mata air dalam pengumpul air dari mata air, haruslah dijaga supaya kondisi tanah tidak terganggu. Air permukaan dekat mata air sebaiknya tidak meresap ke dalam tanah, dan bercampur dengan air dari mata air. Untuk itu perlu dibuat saluran untuk mengalirkan air permukaan ini secepat mungkin. Dinding pemotong hendaknya dibuat cukup dalam dan lapisan yang mengandung air. Jika air membawa banyak pasir. Cara kerja Spring Intake: - Saluran Air



: masuknya air dari mata air ke dalam bak pengumpul.



- Bak Pengumpul



: tempat berkumpulnya air sebelum diolah



- Presettling



: mengendapkan benda – benda kecil, misalnya pasir yang terbawa melalui saluran.



- Pipa Supply dengan Strainer



: dialirkan air dari bak pengumpul melalui pipa dengan menyalurkan benda – denda kecil seperti pasir



Gambar 2.11 Spring Intake



15



3. Air baku dari Air Tanah Pemilihan bangunan pengambilan air tanah dibedakan menjadi sumur dangkal dan sumur dalam. a) Sumur air tanah dangkal Pemilihan sumur dangkal secara umum dilakukan dengan pertimbangan kebutuhan air di daerah perencanaan kecil, kapasitas sumur mencukupi pada saat kritis atau kemarau. Umumnya dipergunakan dalam kapasitas relatif kecil dan kedalaman air di bawah 30 meter (umumnya 15 meter), dengan diameter paling kecil adalah 60 cm. Bangunan pengambilan umumnya terbuka dan untuk menghindari kontaminasi sekaligus sebagai penguat, bagian dinding sumur dipasang casing beton bertulang.



b) Sumur air tanah dalam Pemilihan sumur dalam dilakukan dengan pertimbangan kebutuhan air di daerah perencanaan cukup besar, kapasitas sumur dalam mencukupi sedangkan kapasitas sumur dangkal tidak memenuhi dan potensi mata air tidak memungkinkan. Sumur dalam berupa sumur pompa tangan (SPT) dengan kedalaman maksimal 30 meter, meliputi pipa tegak (pipa hisap), pipa selubung, saringan, dan shock reducer. Sumur pompa benam (submersible pump) meliputi pipa hisap, pipa selubung, saringan, pipa observasi, reducer, dop socket, tutup sumur, kerikil, panel dan energi listrik. Apabila jumlah sumur lebih dari satu, jarak antar sumur perlu dipertimbangkan untuk menghindari pengaruh sumur satu dengan yang lain. c) Pengambilan Air Baku dari Air Hujan Pengambilan air baku dari air hujan biasanya menggunakan atap gabungan rumah-rumah penduduk, masjid, kantor desa atau bangunan umum lainnya sebagai penangkap air hujan, dan kemudian di alirkan ke bak penampung. (Lihat Gambar 2.12)



16



Desain bak penampung air hujan (PAH) harus memenuhi volume minimal 15 l/org/hari untuk kebutuhan maksimal jumlah bulan musim kering dalam satu tahun. Bak penampung dibuat sederhana terbuat dari bahan kedap air berupa pasangan bata, beton atau fiberglass. Menurut UNEP dalam Yulistyorini (2011), beberapa sistem PAH yang dapat diterapkan adalah sebagai berikut: • Sistem atap (roof system) menggunakan atap rumah secara individual memungkinkan air yang akan terkumpul tidak terlalu signifikan, namun apabila diterapkan secara masal maka air yang terkumpul sangat melimpah; • Sistem permukaan tanah (land surface catchment areas) menggunakan permukaan tanah



merupakan



metode



yang



sangat



sederhana



untuk



mengumpulkan air hujan. Dibandingkan dengan sistem atap, PAH dengan sistem ini lebih banyak mengumpulkan air hujan dari daerah tangkapan yang lebih luas. Air hujan yang terkumpul dengan sistem ini lebih cocok digunakan untuk pertanian, karena kualitas air yang rendah. Air ini dapat ditampung dalam embung atau danau kecil. Namun, ada kemungkinan sebagian air yang tertampung akan meresap ke dalam tanah.



Gambar 2.12 Pengambilan Air Baku dari Air Hujan (Sumber: Standar Kebutuhan Air dan Komponen Unit SPAM, I Putu Gustave)



17



Efisiensi air hujan yang ditangkap ditentukan oleh koefisien tangkapan air hujan, dimana koefisien ini merupakan prosentase air hujan yang ditangkap dari sistem PAH yang memperhitungkan ke- hilangan air. Koefisen ini bergantung dari desain sistem PAH dan pemanfaatan air hujan untuk memenuhi kebutuhan air. Untuk kebutuhan indoor koefisien efisiensi sebesar 75-90%, sedangkan untuk kebutuhan outdoor sebesar 50%. Dalam tugas ini intake yang digunakan adalah River Intake, karena air yang digunakan adalah air baku permukaan yang berasal dari sungai. Berikut adalah penjelasan perencanaan dari bagian-bagian bangunan intake yang direncanakan: A. Pintu Air



Gambar 2.13 Penggunaan Pintu Air Intake Pintu air intake digunakan untuk menyadap dan mengontrol air yang akan dialirkan ke saluran irigasi melalui kantong lumpur. Bagian ini juga dilengkapi dengan pintu yang dapat dibuka dan ditutup, sehingga besar kecilnya air yang akan disadap dapat dikontrol dengan baik. Pada sebuah bendung, tempat pengambilan atau intake ada beberapa: bisa terdiri dari dua buah, yaitu kiri dan kanan, dan bisa juga hanya sebuah, tergantung dari tata letak daerah yang akan diair Bila tempat pengambilan terdiri dua buah, menuntut adanya bangunan penguras dua buah pula. Terkadang bila salah satu pintu pengambilan tersebut debitnya kecil, maka pengambilan lewat sebuah gorong yang dibuat pada tubuh



18



bendung. Hal ini menyebabkan tidak perlu membuat dua bangunan penguras dan cukup satu saja  Bagian-bagian pintu air intake: Pintu air intake suatu alat yang memiliki beberapa bagian atau part, adapun bagian-bagian yang terpenting dari pintu air antara lain:  Daun pintu (gate leaf) Adalah bagian dari pintu air yang dapat menahan tekanan air dan dapat digerakkan untuk membuka, mengatur, dan menutup aliran air  Kerangka pengatur arah gerakan (guide frame) Adalah sebuah alur yang terbuat dari besi maupun baja yang dipasang kedalam beton yang digunakan untuk menjaga agar gerakan dari daun pintu sesuai dengan yang direncanakan  Angker (Anchorage) Adalah baja atau besi yang ditanam didalam beton dan digunakan untuk menahan kerangka pengatur arah gerakan agar dapat memindahkan muatan dari pintu air ke dalam konstruksi beton  Hoist Adalah alat yang digunakan untuk menggerakan daun pintu air agar dapat dibuka dan ditutup dengan mudah  Kegunaan Pintu Air Intake: - Untuk kebutuhan irigasi Dengan adanya pintu air intake dapat digunakan untuk membendung sumber air, yang bertujuan sebagai kebutuhan irigasi yaitu mempermudah dalam pengairan lahan pertanian ataupun perkebunan - Pembangkit energi Air bendungan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik tenaga air, yaitu air dialirkan menuju ke turbin kemudian turbin yang dialiri oleh air itu memiliki poros yang sama dengan rotor generator sehingga ketika turbin berputar, rotor generator juga ikut berputar. Dengan berputarnya rotor generator, maka stator 19



generator akan menghasilkan energi listrik yang kemudian dapat disuplai ke jaringan - Pembagi atau pengendali banjir Pintu air intake ini sangat diperlukan untuk pengendalian keluar masuk air, sehingga banjir bisa dicegah. Pintu air yaitu bangunan penunjang pada suatu bendungan. Ini datur dan difungsikan untuk mengatur air disungai., bendungan penaha banjir, maupun ditanggul sungai. Bila terjadi banjir, air dikuran dengan cepat. - Pembilas pada berbagai keadaan debit sungai Pintu air intake juga berfungsi untuk pembilas atau mencegah bahan sedimen kasar kedalam saluran irigasi



Tabel 2.5 Kriteria Desain Untuk Pintu Air No 1 2



Bagian-bagian Lebar pintu air (Lp) Kecepatan aliran (Vp)



Kriteria desain < 3m < 1 m/s



Persamaan yang dapat dipergunakan untuk menghitung headloss yang terjadi pada pintu air adalah: 𝑄



HL = 2,746 𝑥 𝐻



𝑓



2/3 𝑥𝐿



𝑝



...................................................................... (2.1)



Keterangan: - HL = Headloss pada pintu air



(m)



- Q



(m3/s)



= Debit air yang masuk melalui pintu air



- Hf = Tinggi bukaan pintu air



(m)



- Lp = Lebar pintu air



(m)



20



B. Saluran Pembawa atau Canal Saluran Pembawa adalah saluran yang mengantarkan air dari satu bangunan ke bangunan pengolah air limbah lainnya. Saluran pembawa ini biasa terbuat dari dinding berbahan beton dengan tampak penampang yang berbentuk persegi. Saluran ini mampu mengalirkan air dengan memerhatikan beda ketinggian atau perbedaan elevasi antara bangunan yang satu dengan bangunan yang lainnya. (Sri Wahyuni., ST., MT, Andi Setyawan ., ST., MT, Ir. Dwi Jumhariyanto., M.si, 2013)  Rumus-rumus yang digunakan 1. Dimensi Lebar Saluran Pembawa B = 2 × 𝐻 ......................................................................................... (2.2)



Keterangan: -



H



= Ketinggian Air dalam Saluran Pembawa



(m)



-



B



= Lebar Saluran Pembawa



(m)



2. Kemiringan Saluran (Slope)



Sd =



Δhsaluran Ld



................................................................................. (2.3)



Keterangan: - Sd



= Headloss pada pintu air



(m/m)



- ∆H saluran = kecepatan aliran pada saluran pembawa



(m)\



- Ld



(m)



= Panjang saluran atau pipa



21



3. Jari-jari Hidrolis (R)



R =



𝑕𝑎𝑖𝑟 2



............................................................................................ (2.4)



Keterangan: - R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- Hair



= Ketinggian air



(m)



4. Kecepatan Air di Saluran Menurut Manning



1



2



1



V = 𝑛 𝑅 3 𝑆 2 ...................................................................................... (2.5) Keterangan: - V



= Kecepatan air di saluran



(m)



- n



= Kekasaran manning



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- S



= Kemiringan saluran (Slope)



(m/m)



Saluran pembawa berfungsi untuk menyalurkan air dari intake ke bak pengumpul. Saluran ini dapat mengunakan pipa atau berupa saluran terbuka. Persamaan yang digunakan adalah menurut rumus Hazen-Williams, yaitu :



HL = 6,82 x



𝑉 1,85 𝐶



𝐿 𝐷 1,167



......................................................... (2.6)



Keterangan: - HL



= Headloss pada pintu air



(m)



- V



= kecepatan aliran pada saluran pembawa



(m/s)\



- L



= Panjang saluran/pipa



(m)



- D



= Diameter pipa saluran



(m)



- C



= koefisien kekasaran Hazen-Williams



22



Tabel 2.6 Kriteria Desain Untuk Saluran Pembawa No 1 2 3 4



Bagian-bagian Kemiringan / slope kisi (θ) Kecepatan melalui bar (v) Dimensi Lebar saluran Freeboard



Kriteria desain 1.10-3 m/m 0,3 – 0,6 m/s B = 2H 0,3 m



C. Screen Unit pengolahan pertama yang biasa digunakan pada proses pengolahan air buangan adalah screening. Screen merupakan sebuah alat berongga yang memiliki ukuran seragam yang digunakan untuk menahan padatan yang ada pada influent air buangan agar tidak mengganggu proses pengolahan pada bangunan pengolahan air buangan selanjutnya. (Metcalf & Eddy, 2003) Prinsip dari screening adalah untuk menghilangkan material kasar yang terdapat pada aliran air buangan yang dapat menyebabkan (Metcalf & Eddy, 2003): 1. Kerusakan pada alat pengolahan, 2. Mengurangi efektifitas pengolahan dan biaya pada proses pengolahan, 3. Kontaminasi pada aliran air.



Screen pada umumnya dibedakan menjadi tiga tipe screen, di antaranya coarse screen, fine screen dan microscreen. Coarse screen mempunyai bukaan yang berada antara 6-150 mm (0,25-6 inchi). Sedangkan fine screen mempunyai bukaan kurang dari 6 mm (0,25 inchi). Microscreen pada umumnya mempunyai bukaan kurang dari 50 mikron dan digunakan untuk menghilangkan padatan halus dari effluent. (Metcalf & Eddy, 2003) Screen biasanya terdiri atas batangan yang disusun secara paralel. Screen pada umumnya terbuat dari batangan logam, kawat, jeruji besi, kawat berlubang, bahkan perforated plate dengan bukaan yang berbentuk lingkaran atau persegi. (Metcalf & Eddy, 2003)



23



Screening



Coarse Screens (6-150 mm)



Hand Cleaned



Chain-driven



Microscreens (< 0,5 µm)



Mechanically Cleaned



Catenary



Fine Screens (< 6 mm)



Static Wedgewire



Reciprocating rake



Rotary Drum



Continuous Belt



Gambar 2.14 Jenis Screen. (Sumber:Metcalf & Eddy, 2003)



1) Coarse Screen (Penyaring Kasar) Screen ini berbentuk seperti batangan paralel yang biasa dikenal dengan bar screen. Screen ini berfungsi untuk menyaring padatan kasar yang berukuran antara 6-150 mm, seperti ranting kayu, kain, dan sampah–sampah lainnya. Dalam pengolahan air limbah, screen ini digunakan untuk melindungi pompa, valve, saluran pipa, dan peralatan lainnya dari kerusakan akibat penyumbatan yang disebabkan oleh benda-benda tersebut. Dalam proses pembersihannya, bar screen terbagi menjadi dua, yaitu secara manual maupun mekanik. Pembersihan secara manual dilakukan dengan menggunakan tenaga manusia sedangkan pembersihan secara mekanik menggunakan mesin. (Metcalf & Eddy, 2003)



24



Step



(a)



(b)



Gambar 2.15 Screen dengan Pembersihan Secara Manual (a) dan Mekanik (b) (Sumber: Metcalf & Eddy, 2003)



2) Fine Screen (Penyaring Halus) Penyaring halus (Fine Screen) pada umumnya diaplikasikan dalam berbagai kondisi dalam pengolahan air buangan, di antaranya pada pengolahan awal (diaplikasikan setelah penggunaan bar screen) dan pada pengolahan primer (menggantikan fungsi clarifier guna menurunkan Total Suspended Solid (TSS) dan Biological Oxygen Demand (BOD) pada air buangan). Fine Screen juga digunakan untuk menghilangkan padatan dari effluent yang dapat menyebabkan penyumbatan pada proses trickling filter. Adapun ukuran padatan yang dapat disisihkan dalam proses penyaring halus (Fine Screen) adalah padatan yang berukuran kurang dari 6 mm. (Metcalf & Eddy, 2003) Penyaring halus (Fine Screen) yang digunakan untuk pengolahan pendahuluan (Premilinary Treatment) adalah seperti ayakan kawat (static wedgewire), drum putar (rotary drum), atau seperti anak tangga (step type). Penyaring halus (Fine Screen) pada umumnya memiliki variasi bukaan yang berkisar antara 0,2-6 mm.



25



Sedangkan jenis Fine Screen dapat dibedakan melalui gambar berikut:



(a)



(b)



(c)



Gambar 2.16 Jenis Fine Screen : (a) Inclined Screen (b) Rotary Drum Screen (c) Fixed Parabolic Screen Adapun



kemampuan penyisihan dari masing-masing Fine Screen akan



dijelaskan pada tabel berikut: Tabel 2.7 Kemampuan Penyisihan Fine Screen Jenis Screen Fixed Parabolic Rotary Drum Screen



Ukuran Bukaan Inchi mm 0,0625 1,6 0,01 0,25



Kemampuan Penyisihan (%) BOD TSS 5-20 5-30 25-50 25-45



Sumber : (Metcalf & Eddy, 2003)



Rotary Drum Screen memiliki media penyaring yang dibangun dalam silinder yang berputar. Rotary Drum Screen pada umumnya memiliki konstruksi yang berbeda dalam penempatan media penyaring di dalamnya, akan tetapi pada umumnya media penyaring diletakkan mengikuti arah aliran air yang melalui media screen. Air buangan biasanya akan dialirkan melalui rotary drum screen hingga akhir silinder dan melalui screen yang terpasang pada ujung rotary drum screen. Padatan yang tersaring pada screen selanjutnya akan dikumpulkan pada sebuah wadah untuk kemudian disisihkan dari unit proses pengolah air buangan. Rotary Drum Screen pada umumnya digunakan pada air buangan yang memiliki debit yang berkisar antara 0,03-0,8 m3/s dengan rata-rata penggunaan pada debit 0,13 m3/s. Rotary Drum Screen dapat dijumpai pada unit pengolah air buangan dengan diameter antara 0,9-2 m dan panjang antara 1,2-4 m. (Metcalf & Eddy, 2003)



26



3) Microscreen Microscreen berfungsi untuk menyaring padatan halus, zat / material yang mengapung, serta alga yang berukuran kurang dari 0,5 µm. Jenis padatan tersuspensi yang dapat tersisihkan dengan menggunakan teknologi microscreen berkisar antara 10-80%, dengan rata-rata 50%. (Metcalf & Eddy, 2003) Prinsip yang digunakan pada jenis screen ini adalah bahan padat kasar dihilangkan dengan sederet bahan baja yang diletakan dan dipasang melintang dari arah aliran. Kecepatan aliran harus lebih dari 0.3 m/s sehingga bahan padatan yang tertahan di depan saringan tidak terjepit dan mengakibatkan microscreen tersumbat. Jarak antar batang biasanya berkisar antara 20-40 mm dengan bentuk penampang batang persegi panjang dengan ukuran 10 mm x 50 mm. Untuk bar screen yang dibersihkan secara manual, biasanya saringan dimiringkan dengan kemiringan 60o terhadap horizontal. (Metcalf & Eddy, 2003) Adapun faktor bentuk screen antara lain sebagai berikut: Tabel 2.8 Faktor Bentuk Screen No



Jenis Bar



Faktor Bentuk Screen (β)



1



Segi empat dengan sisi runcing



2,42



2



Segi empat dengan sisi bulat runcing



1,83



3



Segi empat dengan sisi bulat



1,67



4



Bulat



1,79



Bentuk



Sumber : (Qasim, 1985) Tabel 2.9 Kriteria Desain Untuk Bar Screen No 1 2 3 4 5 6 7



Bagian-bagian Jarak antar kisi (r) Kemiringan / slope kisi (θ) Kecepatan melalui bar (v) Ukuran kisi untuk screen Lebar (d) Tebal (w) Headloss maksimum bar screen (Hf)



Kriteria desain 25 – 50 mm 30 - 45 0,3 – 0,6 m/dtk 5 – 15 mm 25 – 75 mm 0,8 m



27



No 8 9



Bagian-bagian Headloss maksimum saat clogging (Hfc) Diameter rotary drum coarse screen (d)



Kriteria desain 1,4 m 0,9 – 2 m



Sumber: (Metcalf & Eddy, 2003)  Rumus-rumus yang digunakan 1. Dimensi Batang Screen



𝑕



𝑠𝑖𝑛 𝜃 = 𝑥 ......................................................................................... (2.7) Keterangan: - θ = Kemiringan screen pada saluran pembawa



(o)



- h = Ketinggian saluran



(m)



- x = Panjang screen (m)]



𝑐𝑜𝑠 𝜃 =



𝑊 𝑥



....................................................................................... (2.8)



Keterangan: - θ = Kemiringan screen pada saluran pembawa



(o)



- w = Tebal screen



(m)



- x = Panjang screen



(m)



28



2. Jumlah batang (n)



𝑊𝑠 = 𝑛 × 𝑑 + 𝑛 + 1 × 𝑟 ...................................................... (2.9) Keterangan: - Ws = Lebar saluran



(m)



- n



= Jumlah batang screen



- d



= Diameter screen



(m)



- r



= Jarak antar batang screen



(m)



3. Lebar bukaan kisi (Wc)



𝑊𝑐 = 𝑊𝑠 − 𝑛 × 𝑑 ..................................................................... (2.10) Keterangan: - Wc = Lebar bukaan kisi



(m)



- Ws = Lebar saluran



(m)



- n



= Jumlah batang screen



- d



= Diameter screen



(m)



Pada Screen, terdapat pada inlet sumur pengumpul berfungsi untuk menyaring padtan atau bentuk lainnya yang terkadang dalam air baku. Penyaringan kasar (screening) dimaksutkan untuk menyaring benda-benda kasar terapung atau melayang di air agar tidak terbawa ke dalam unit pengolahan, contoh bendabenda kasar yaitu daun, plastik. Kayu, kain, botol plastik, bangkai binatang, dan lain sebagainya. Screening biasanya menjadi bagian dari sutu bangunan penyadap air yang terdiri atas batang-batang besi yang disusun berjajar atua paralel (selanjutnya disebut screen). Screening juga sering ditempatkan pada saluran terbuka yang menghubungkan sungai (sumber air) menuju ke bak pengumpul.



29



Gambar 2.17 Screen di Intake (atas), Potongan Memanjang Saluran Dan Screen Dalam Suatu Saluran Dalam pengoperasiannya, air akan mengalir melalui bukaan (space) di antara batang besi. Bila air membawa benda kasar, maka benda ini akan tertahan oleh besi berjajar tersebut. Benda kasar yang tertahan dalam batang-batang screen akan menurunkan luas bukaan sehingga menghambat laju aliran air yang berakibat pada terjadinya penyumbatan dan meningkatkan kehilangan energi aliran atau headlossi. Headloss biasanya dihitung pada kondisi screen bersih dan pada kondisi screen setengah tersumbat. Rumus untuk menghitung headloss pada screen adalah sebagai berikut:



30



1. Tekanan saat melalui kisi (hv) dan tekanan saat proses pembersihan (hvc)



𝑕𝑣 = 𝐻𝑣𝑐 =



𝑣𝑖 2 2𝑔



...................................................................................... (2.11)



𝑣𝑐 2



................................................................................... (2.12)



2𝑔



Keterangan: - hv = Tekanan saat melalui kisi



(m)



- Hvc = Tekanan saat proses pembersihan



(m)



- vi



= Kecepatan saat melalui kisi



(m/s)



- vc



= Kecepatan saat terjadi proses pembersihan



(m/s)



- g



= Percepatan gravitasi



(9,81 m/s2)



2. Hilang tekan atau Headloss pada kisi (Hf) dan Hilang tekan / Headloss saat saluran tersumbat (Hfc)



𝐻𝑓 = 𝛽 × 𝐻𝑓𝑐 = 𝛽 ×



𝑊𝑐



4



3



𝑟 𝑊𝑐



4



𝑟



× 𝑕𝑣 × 𝑠𝑖𝑛 𝜃 .......................................... (2.13)



3



× 𝐻𝑣𝑐 × 𝑠𝑖𝑛 𝜃 ...................................... (2.14)



Keterangan: - Hf = Hilang tekan / Headloss pada kisi



(m)



- Hfc = Hilang tekan / Headloss pada saat saluran tersumbat



(m)



- β



= Faktor bentuk screen



- Wc = Lebar bukaan kisi



(m)



- r



(m)



= Jarak antar batang screen



- hv = Tekanan saat melalui kisi



(m)



- Hvc = Tekanan saat proses pembersihan



(m)



- θ



(o)



= Kemiringan screen pada saluran pembawa



31



Perhitungan ini penting dilakukan untuk memastikan air bisa mengalir, yang ditunjukkan dengan nilai headloss yang kecil. Hasil perhitungan juga dapat digunakan untuk menentukan waktu pembersihan screen terutama untuk screen yang dibersihkan secara manual. Pembersihan secara manual merupakan pembersihan yang menggunakan tenaga manusia dengan cara mengambil (menggaruk) benda yang tersangkut di screen dibawa ke atas atau disingkirkan dari screen. Pembersihan ini dilakukan secara berkala dan tidak boleh melebihi kondisi setengah tersumbat karena di khawatirkan headlossnya melebihi batas yang ditentukan sehingga air tidak mengalir ke unit pengolahan berikutnya. Jenis



pembersihan



lainnya



adalah



pembersihan



secara



mekanik.



pembersihanIni mengandalkan tenaga mekanis, yaitu alat pengambil (penggaruk) benda yang tersangkut di screen yang berjalan terus-menerus dengan digerakkan oleh motor. Berikut gambar yang menunjukkan screen yang pembersihannya dilakukan secara manual dan mekanis.



Gambar 2.18 Pembersihan Screen Secara Manual



Gambar 2.19 Pembersihan Screen Secara Mekanik



32



D. Bak Pengumpul Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air baku sebelum disalurkan ke unit pengolahan melalui pipa transmisi. Bak pengumpul dilengkapi dengan pompa intake dan pengukur debit.  Transmisi Sistem tranmisi menghubungkan antara intake dengan instalasi pengolahan air minum. Transmisi tergantung pada topografi (perubahan elevasi) sehingga mungkin saja diperlukan pompa.  Pipa Transmisi Pipa transmisi digunakan untuk menyalurkan air dari lokasi intake ke instalasi pengolahan. Dalam menentukan jenis pipa yang digunakan dalam sistem transmisi maka perlu dipertimbangkan beberapa hal, yaitu: - Durabilitas dan kondisi air yang dihantarkan - Ketahanan terhadap erosi dan korosi - Harga pipa dan biaya pemasangan - Jenis sambungan yang diperlukan, kekuatannya dan kemudahan konstruksi - Kondisi lokal (mudah didapat, bahan lokal, dan biaya perawatan)  Pompa Transmisi Pompa digunakan untuk menyediakan head yang cukup untuk mengalirkan air dari satu tempat yang memiliki head lebih rendah daripada tempat yang lain. Klasifikasi pompa yang ada di pasaran adalah: - Reciprocating Pump - Fland Pump - Centrifugal Pump - Air Lift Pump



33



Tabel 2.10 Kriteria Desain Untuk Bak Pengumpul No Bagian-bagian Kriteria desain 1 Jumlah bak 2 bak 2 Kedalaman 3-5 m 3 Waktu detensi < 20 menit < 1 m di bawah dasar sungai atau 1,52 m 4 Dasar bak pengumpul di bawah tinggi muka air minimum 5 Dinding saluran Kedap air 6 Bahan Konstruksi Beton bertulang 7 Ketebalan Konstruksi > 20 cm Sumber: JWWA (1978)



 Rumus-rumus yang digunakan Volume Bak Pengumpul



V = 𝑄 × 𝑇𝑑 .................................................................................... (2.15) Keterangan: - V



= Volume bak pengumpul



(m3)



- Q



= Debit air



(m3/s)



- Td = Waktu detensi



(detik)



E. Pompa intake Pompa intake yang digunakan untuk menaikkan dan mengalirkan air. (pelengkap berupa Bell Mouth Strainer, pipa suction, discharge, valve, dan aksesoris lainnya)  Strainer



Gambar 2.20 Strainer Tipe Bentuk Jamur



34



Saringan yang berfungsi untuk menyaring material yang mengapung dan ikan-ikan kecil sehingga tidak masuk ke dalam pipa, perlu direncanakan strainer pada ujung pipa suction pompa intake. Saringan (strainer) gunanya adalah sebagai alat penyaring kotoran baik yg berupa padat, cair atau gas. Alat penyaring ini digunakan pada jalur pipa guna menyaring kotoran pada aliran sehingga aliran yang akan diproses atau hasil proses lebih baik mutunya



Tabel 2.11 Kriteria Desain Untuk Strainer No Bagian-bagian Kriteria desain 1 Kecepatan ( v) inlet strainer 0,15 – 0,3 m3 /s 2 Diameter strainer 0,06 – 0,12 m 3 Luas kotor strainer = 2 x A efektif strainer Sumber: Al-Laila (1978)



 Pompa hisap (pipa suction) dan ruangan pompa berada diatas sumur intake dengan jarak minimal 1,5 m dari muka air.



2.3.2 Unit Aerasi



Gambar 2.21 Macam-macam Tipe Aerator



35



Aerasi merupakan proses penjernihan dengan cara mengisikan oksigen kedalam air. Dengan diisikannya oksigen ke dalam air maka zat-zat seperti karbon dioksida serta hydrogen sulfide dan metana yang mempengaruhi rasa dan bau air dapat dikurang dan dihilangkan. Selain itu partikel mineral yang telarut dalam air seperti besi dan mangan akan teroksidasi dan secara cepat akan mebentuk lapisan endapan yang nantinya dapat dihilangkan melalui proses sedimentasi dan filtrasi. Aerasi merupakan salah satu proses dari transfer gas yang lebih dikhususkan pada transfer oksigen dari fase gas ke fase cair. Fungsi utama aerasi dalam pengolahan air adalah melarutkan oksigen ke dalam air untuk meningkatkan kadar oksigen terlarut dalam air dan melepaskan kandungan gas-gas yang terlarut dalam air, serta membantu pengadukan air. Aerasi dipergunakan pula untuk menghilangkan kandungan gas – gas terlarut, oksidasi kandungan besi dan mangan dalam air, mereduksi kandungan ammonia dalam air melalui proses nitrifikasi dan untuk meningkatkan kandungan oksigen terlarut agar air terasa lebih segar.  Penyisihan rasa dan bau. Aerasi mempunyai keterbatasan dalam hal penyisihan rasa dan bau. Sebagian besar rasa dan bau disebabkan oleh bahan yang sangat larut dalam air, sehingga aerasi kurang efisien dalam menyisihkan rasa dan bau ini dibandingkan dengan metoda pengolahan lain, misalnya oksidasi kiiawi atau adsorpsi.  Penyisihan besi dan mangan. Penyisihan besi dan mangan dapat dilakukan dengan proses oksidasi. Aplikasi aerasi dalam proses ini dapat memberikan cukup banyak oksigen untuk berlangsungnya reaksi. Proses ini biasanya digunakan pada air tanah yang kebanyakan mempunyai kandungan oksigen terlarut yang rendah. Oleh karena itu, aerasi dalam aplikasi ini akan menghasilkan endapan dan meningkatkan konsentrasi oksigen terlarut. Mangan sering kali tidak dapat teroksidasi pada pH normal. Peningkatan pH sampai 8,5 dapat memperbesar oksidasi mangan, khususnya jika digunakan menara aerator.  Penyisihan senyawa organik volatile. Senyawa organik yang bersifat mudah menguap (volatile) dapat disisihkan dengan cara aerasi. 36



 Penyisihan karbondioksida. Karbondioksida dapat cepat dihilangkan dengan cara aerasi. Karbondioksida mempunyai kelarutan yang rendah dalam air, sehingga aerasi sangat efisien dalam penyisihannya. Proses ini biasanya diterapkan pada pelunakan air tanah yang umumnya mempunyai kandungan karbondioksida yang tinggi. Tingginya konsentrasi karbondioksida dalam air dapat meningkatkan pemakaian bahan kimia untuk keperluan pelunakan.  Penyisihan hidrogen sulfide. Hidrogen sulfida adalah senyawa utama penyebab rasa dan bau yang dapat diolah cukup efektif dengan aerasi. Mekanisme pengolahannya adalah terjadi oksidasi hidrogen sulfida menghasilkan air dan belerang bebas.



Faktor-faktor yang mempengaruhi perpindahan oksigen adalah (1) suhu, (2) kejenuhan oksigen, (3) karakteristik air, dan (4) derajat turbulensi. 1. Pengaruh Suhu Koefisien penyerapan oksigen k La meningkat seiring dengan kenaikan suhu, karena suhu dalam air akan mempengaruhi tingkat difusi, tegangan permukaan dan kekentalan air. Kemampuan difusi oksigen meningkat dengan peningkatan suhu, sedang tegangan permukaan dan kekentalan menurun seiring dengan kenaikan suhu. Pengaruh suhu pada berbagai faktor tersebut dirangkum dalam persamaan dengan koefisien empiris (f) sebagai berikut:



(KLa)20= (KLa) f(20-T) ................................................................... (2.16)



Keterangan: - Nilai f untuk aerasi permukaan umumnya memiliki rentang nilai 1,012 – 1,047.



2. Kejenuhan Oksigen Konsentrasi jenuh oksigen dalam air tergantung pada derajat salinitas air, suhu, dan tekanan parsial oksigen yang berkontak dengan air. Eckenfelder dan



37



O’Connor dalam Benefield dan Randal (1982) menyarankan bahwa konsentrasi jenuh dapat ditentukan dari persamaan: (Cs)760=



475 −2,655 33,5+T



......................................................................... (2.17)



Keterangan: - (Cs)769= Nilai kejenuhan oksigen pada tekanan udara 760 mm Hg



(mg/L)



- S



= Konsentrasi padatan terlarut dalam air



(gr/l)



- T



= Suhu



(oC)



Nilai konsentrasi jenuh oksigen pada persamaan (3.15) dapat dikoreksi untuk tekanan udara barometrik dengan pernyataan: P−ρ



C=C760 760 −ρ ................................................................................. (2.18)



P menyatakan tekanan barometrik dalam mm Hg dan p menyatakan tekanan jenuh uap air pada suhu air yang diaerasi. Tekanan jenuh uap air pada berbagai suhu disampaikan pada tabel 2.12. Tabel 2.12 Tekanan Uap Air yang Berkontak dengan Udara Suhu oC 0 5 10 15 20 25 30



Tekanan uap (mm Hg) 4,5 6,5 9,2 12,8 17,5 23,8 31,8



Sumber: Benefield L.D & Randall (1982)



Konsentrasi jenuh oksigen terlarut pada tekanan 1 atm dan kandungan klorida = 0 mg/l yang dipaparkan pada udara dengan kandungan oksigen 21% tergantung pada suhu air (Tabel 2.13).



38



Tabel 2.13 Pengaruh Suhu terhadap Konsentrasi Jenuh Oksigen Terlarut pada Tekanan 1 atm No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16



Suhu Air oC 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30



Cs (mg/L) 14.62 13.84 13.13 12.48 11.87 11.33 10.83 10.37 9.95 9.54 9.17 8.83 8.53 8.22 7.92 7.63



Sumber: Benefield & Randall (1982)



3. Karakteristik Air Dalam praktek ada perbedaan nilai KLa untuk air bersih dengan KLa air limbah yang mengandung materi tersuspensi, surfactant (detergen) dalam larutan dan perbedan temperatur. Faktor-faktor ini juga mempengaruhi nilai Cs. Pengaruh



. 𝐾𝐿𝑎 𝐴𝑖𝑟 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎 𝑕



∝=



𝐾𝐿𝑎 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑒𝑟𝑠𝑖 𝑕



𝐶 𝐴𝑖𝑟 𝐿𝑖𝑚𝑏𝑎 𝑕



𝛽 = 𝐶𝑠



𝑠



𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑒𝑟𝑠𝑖 𝑕



......................................................................... (2.19)



............................................................................ (2.20)



Nilai tipikal α untuk surface aerator berkisar 0,8 – 1,2 dan nilai β berkisar 0,9 – 1. 4. Derajat Turulensi Derajat turbulensi dalam tangki aerasi akan mempengaruhi nilai α sebagai berikut:



39



1. Turbulensi akan menurunkan derajat tahanan liquid – film 2. Turbulensi akan meningkatkan laju perpindahan masa oksigen karena terjadi



percepatan laju pergantian permukaan bidang kontak, yang berakibat pada defisit oksigen (driving-force, oC) tetap terjaga konstan. 3. Turbulensi secara langsung akan meningkatkan nilai koefisien perpindahan



oksigen (KLa).  Tujuan Aerasi Adapun tujuan dari aerasi adalah 1. Penambahan jumlah oksigen 2. Penurunan jumlah karbon dioxide (CO2) dan 3. Menghilangkan hydrogen sulfide (H2S), methane (CH4) dan berbagai senyawa senyawa organiyang bersifat volatile (menguap) yang berkaitan untuk rasa dan bau.  Proses Aerasi Dalam proses aerasi ini yang perlu dilakukan adalah ketika air baku diolah dari inlet sumur dalam yang berada di sekitar kantor PDAM dengan memakai pompa submersible yang mengalir ke inlet aerator melalui pipa, kemudian air tersebut disemprotkan melalui pipa utama dengan pipa belah. Pada saat itu air jatuh melalui tray-tray (nampan) yang berlubang yang bertujuan untuk menambah oksigen dalam air baku dan mengendapkan besi yang ada dalam air. Setelah itu air yang melewati tray selanjutnya air turun melalui pipa outlet aerator dan masuk ke dalam bak filter dan selanjutnya dapat di distribusikan. Sedangkan sumber lain menjelaskan ada 2 macam cara melakukan aerasi ini, yaitu sebagai berikut: 1. Memasukkan udara ke dalam air limbah, dalam cara ini menggunakan sebuah benda yaitu Porous atau nozzle yang digunakan untuk memeasukan udara atau oksigen murni ke dalam air limbah. 2. Memaksa air ke atas untuk berkontak dengan oksigen, Dalam cari ini air limbah dikontakkan dengan oksigen melalui pemutaran baling–baling yang kemudian diletakkan pada permukaan air limbah.



40



 Teori Transfer Gas Transfer gas didefinisikan sebagai perpindahan gas dari fase gas ke fase cair atau sebaiknya. Transfer gas melibatkan terjadinya kontak antara udara atau gas lain dengan air yang menyebabkan berpindahnya suatu senyawa dari fase gas ke fase cair atau menguapnya suatu senyawa dari fase cair (dalam bentuk terlarut) menjadi fase gas (lepas ke udara). Perpindahan massa zat dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya (absorpsi – desorpsi), terjadi bila ada kontak antar permukaan cairan dengan gas atau udara. Mekanisme ini terjadi secara difusi. Gaya penggerak perpindahan massa dari udara ke dalam air atau sebaliknya dikendalikan oleh perbedaan konsentrasi zat dalam larutan dan kelarutan gas pada kondisi tertentu. Faktor utama yang mempengaruhi kelarutan gas dalam air adalah: suhu air, tekanan parsial gas dalam fase gas, konsentrasi padatan terlarut dalam fase air dan komposisi kimia gas. Kelarutan gas, tidak seperti kelarutan zat padat dalam air, menurun seiring dengan kenaikan suhu. Pada tekanan parsial sampai 1 atm, konsentrasi keseimbangan gas dalam larutan pada suatu suhu tertentu sebanding dengan tekanan parsial gas dalam air, sesuai dengan hukum Henry: Cs = H × P ..................................................................................... (2.21)



Keterangan: - Cs = Konsentrasi jenuh atau keseimbangan gas dalam larutan - H



= Koefisien kelarutan Henry



- P



= Tekanan parsial fase gas dalam air



(mg/L)



(atm)



Hukum Henry banyak digunakan pada gas-gas yang sering dijumpai dalam teknik pengolahan air seperti oksigen, metana, karbondioksida, dan hidrogen sulfida. Dua gas terakhir mengalami reaksi dalam air. CO2 terlarut bereaksi dengan air sebagai berikut: CO2 + H2O ↔ H2CO3 ................................................................. (2.22)



41



H2CO3 ↔ H+ + HCO ................................................................. (2.23) H2CO3 ↔ H+ + CO32 .................................................................. (2.24)



Dalam kondisi normal konsentrasi H2CO3 dalam air tidak lebih dari 1% dari konsentrasi CO2. Hidrogen sulfida bereaksi dalam larutan sebagai berikut: H2S ↔ H+ + HS- .......................................................................... (2.25) HS- ↔ H+ + S2-- ........................................................................... (2.26)



Berdasarkan pada persamaan 2.25. dan 2.26. kelarutan dari H2S tergantung pada derajat pH larutan. Ammonia (NH3) dan klorin (Cl2) memiliki kelarutan gas tinggi dan mudah bereaksi dengan air. Hubungan kelarutan – tekanan gas ini bias bila digunakan hukum Henry. Bila permukaan air dipaparkan dengan udara atau gas dan belum terjadi kesetimbangan sebelumnya, maka secara serentak dan segera pada bidang kontak antar fase akan jenuh dengan gas dan gas ditransportasikan ke badan air dengan proses difusi molekuler sebagai berikut: 𝜕𝑚



𝜕𝑐



= -D𝜕𝑥 ........................................................................................ (2.27) 𝜕𝑡



Keterangan: -



𝜕𝑚 𝜕𝑡



- D 𝜕𝑐 𝜕𝑥



= Laju perpindahan gas melintas permukaan area bidang kontak = Koefisien difusi molekuler = Gradien konsentrasi pada interface



Model secara fisik dari konsep persamaan 2.28 ditunjukkan dalam Gambar 2.22.



42



Gambar 2.22 Model Transfer Gas Dua-Film



Diasumsikan bahwa tahanan pada perpindahan gas berada dalam lapisan tetap (fixed film) gas dan cair pada antar bidang (interface) gas - cair. Perpindahan gas melintasi bidang permukaan lapisan gas menunjukkan adanya gradien tekanan dalam lapisan gas dan oleh sebab itu tekanan gas pada bidang permukaan (interface), Pi lebih rendah dari tekanan bulk gas, Pg. Perpindahan gas terjadi dalam dua langkah (1) perpindahan dari keseluruhan fase gas dengan tekanan gas (Pg) ke interface, dengan tekanan parsial gas (Pi), selanjutnya dikonversi ke fase liquid dengan konsentrasi Ci, (2) Transformasi dalam fase cair ke bulk liquid dengan konsentrasi (CL). Perpindahan ini dapat terjadi dalam dua arah tergantung pada perbedaan konsentrasi CL dan Ci. Jika CL > Ci dan Pi > Pg maka terjadi pelepasan gas dari fase cair ke fase gas. Laju perpindahan gas melintas bidang permukaan A dinyatakan dalam persamaan: 𝜕𝑚



𝐴𝐷



A 𝜕𝑡 =- 𝑕 𝑪𝑳 − 𝑪𝒔 .................................................................. (2.28) Untuk menyatakan massa gas dalam bentuk konsentrasi maka satuan massa gas dibagi dengan volume cairan yang ada dan disederhanakan maka diperoleh persamaan: dc dt



A



NA = −K V CL − Cs = K G − A ρA − ρ ∗A - ........ (2.29)



43



Keterangan: - 𝑎



𝐴



=𝑉



- KL = Koefisien transfer gas dalam fase cair - KG = Koefisien transfer gas dalam fase gas - NA = Laju perpindahan massa



Persamaan (2.29) dapat ditulis dalam bentuk yang lebih sederhana, yaitu:



𝑑𝑐 𝑑𝑡



= 𝐾𝐿𝑎 𝐶𝑠 − 𝐶 ........................................................................ (2.30)



Keterangan: - KLa = Koefisien transfer total



(jam-1)



- Cs = Konsentrasi gas jenuh



(mg/L)



- C



(mg/L)



= Konsentrasi gas di cairan



Aerator untuk perpindahan oksigen ditentukan berdasarkan pada kapasitas oksigenasinya (OC), yang didefinisikan sebagai laju suplai oksigen oleh aerator ke dalam air bersih pada kondisi standar (20oC, 1 atm). Oxygenation Capacity (OC) dapat dituliskan: dc



OC = V dt ........................................................................................ (2.31) atau OC = K La C20 V ............................................................................ (2.32) Nilai KLa dapat ditentukan dalam skala percobaan dengan melakukan integrasi terhadap persamaan (2.25) diperoleh persamaan garis lurus: ln cS − ct = ln cS − cI − k la t ........................................ (2.33)



44



Dari data percobaan dengan konsentrasi awal oksigen Ci dan konsentrasi oksigen dalam interval waktu percobaan Ct, maka dapat diplot ln(Cs-Ct) Vs t, maka diperoleh garis lurus dengan besarnya sudut arah (slope) adalah KLa. Gas-gas yang menjadi perhatian pada bidang pengolahan air adalah oksigen, karbondioksida, metana, hidrogen sulfida, ammonia, dan klor. Tujuan transfer gas dalam pengolahan air adalah: (1) Untuk mengurangi konsentrasi bahan penyebab rasa dan bau, seperti hidrogen



sulfida dan beberapa senyawa organik, dengan jalan penguapan atau oksidasi (2) Untuk mengoksidasi besi dan mangan (3) Untuk melarutkan gas ke dalam air (seperti penambahan oksigen ke dalam air



tanah dan penambahan karbondioksida setelah pelunakan air) (4) Untuk menyisihkan senyawa yang mungkin dapat meningkatkan biaya



pengolahan (misal: adanya hidrogen sulfida akan meningkatkan kebutuhan klor pada proses diklorinasi; adanya karbondioksida akan meningkatkan kebutuhan kapur pada proses pelunakan, dan sebagainya).  Operasi dan Peralatan Aerasi Peralatan untuk perpindahan massa dari fase gas ke fase cair atau sebaliknya dapat dibedakan dalam beberapa jenis sesuai dengan sifat operasinya, yaitu: 1) Gravitasi atau jatuhan 2) Semprotan 3) Diffuser 4) Mekanik



Perbandingan untuk pelaksanaan berbagai macam bentuk aerasi disajikan pada Tabel 2.14.



45



Tabel 2.14 Desain dan Karakteristik Operasi Aerator Aerator



Penyisihan



Spesifikasi



Aerator Gravitasi: Cascade



20-45% CO2



Tinggi: 1,0-3,0 m Luas: 85-105 m2/m2.det Kecepatan aliran 0,3 m/det



Packing Tower



>95% VOC >90% CO2



Tray



>90% CO2



Diameter kolom maksimum 3 m Beban hidrolik: 2000 m3/m2.hari Kecepatan: 0,8-1,5 m3/m2/menit Kebutuhan udara 7,5 m3/m3 air Jarak rak (tray): 30-75 cm Luas: 50-160m2/m3 det



Spray



70-90% CO2 25-40 H2S



Tinggi: 1,2-9 m Diameter nozzle: 2,5-4,0 cm Jarak Nozzle: 0,6-3,6 m Debit nozzle:5-10 L/det Luas bak: 105-320 m2/m3 det Tekanan semprot: 70 kPa



Aerator terdifusi



80% VOC



Aerator Mekanik



50-80% CO2



Waktu detensi: 10-30 menit Udara:0,7-1,1 m3/m3 air Tangki: kedalaman 2,7-4,5 m, lebar 3-9 m Lebar atau kedalaman < 2 Volume maksimum =150 m3 Diameter lubang diffuser: 2-5 mm diameter Waktu detensi: 10-30 menit Kedalaman tangki: 2-4 m



Sumber: Qasim et al. (2000)



 Macam-macam Metoda Aerasi 1. Aerator Gravitasi (Gravity Aeration). Aerator gravitasi meliputi pelimpah, terjunan air, cascade, aliran di atas bidang miring, menara (tray atau packed). Kontak antara air dan udara terjadi ketika air dijatuhkan dari ketinggian tertentu.



46



Aerasi metoda jatuhan dapat dilakukan dengan berbagai jenis operasi antara lain: a) Aerasi jatuhan bertingkat (Cascade Aeration) b) Aerasi aliran dalam talang dengan pelimpah c) Kombinasi jatuhan dan pengudaraan dengan aliran berlawanan. d) Tray aeration



a) Cascade Aerator Pada dasarnya aerator ini terdiri atas 4-6 step/tangga, setiap step kira-kira ketingian 30 cm dengan kapasitas kira-kira ketebalan 0,01 m3/s permeter. Untuk menghilangkan gerak putaran (turbulence) guna menaikan effesien aerasi, hambatan sering ditepi peralatan pada setiap step. Dibanding dengan tray aerators, ruang (tempat) yang diperlukan bagi casade aerators agak lebih besar tetapi total kehilangan tekanan lebuh rendah. Keuntungan lain adalah tidak diperlukan pemiliharaan.



Gambar 2.23 Aerator Tipe Cascade



Keterangan : - A = Air baku - B = Air sudah diaerasi - C = Inlet - D = Lubang pembersih - E = Outlet. 47



Gambar 2.24 Cascade Aerator tampak atas



Aerasi tangga aerator seperti pada gambar di atas ini peangkapan udaranya terjadi pada saat air terjun dari lempengan-lempengan trap yang membawanya. Oksigen kemudian dipindahkan dari gelembung-gelembung udara kedalam air . Total ketinggian jatuh kira-kira 1,5 m dibagi dalam 3-5 step. Kapasitas bervariasi antara 0,005 dan 05 m3/s per meter luas.



b) Submerged Cascade Aerator



Gambar 2.25 Submerged Cascade Aerator



48



c) Multiple Platform Aerator



Gambar 2.26 Multiple Platform Aerator



d) Tray Aeration Memakai prinsip yang sama, lempengan-lempengan untuk menjatuhkan air guna mendapatkankontak secara penuh udara terhadap air.



Gambar 2.27 Tray Aeration Jenis aerator terdiri atas 4-8 tray dengan dasarnya penuh lobang-lobang pada jarak 30-50 cm. Melalui pipa berlobang air dibagi rata melalui atas tray, dari sini percikan-percikan kecil turun kebawah dengan kecepatan kira-kira 0,02 m /s per



49



m2 permukaan tray. Tetesan yang kecil menyebar dan dikumpulkan kembali pada setiap tray berikutnya. Tray-tray ini bisa dibuat dengan bahan yang cocok seperti lempengan-lempengan absetos cement berlobang-lobang, pipa plastik yang berdiamter kecil atau lempengan yang terbuat dari kayu secara paralel



Operasi aerasi dengan sistem ini, dilakukan dengan memompa air pada ketinggian tertentu kemudian dilepaskan pada titik pancaran pada bagian paling atas dari alat. Suhu udara dan kecepatan angin sangat berpengaruh pada laju aerasi. Waktu kontak ditentukan oleh tinggi jatuhan dan kapasitas aliran air yang direncanakan. Rumus umum efisiensi aerasi dengan metoda jatuhan bertingkat adalah:



K=



𝐂𝐞 −𝐂𝐨 𝐂𝐬 −𝐂𝐨



....................................................................................... (2.34)



Keterangan: - K



= Koefisien efisiensi



- Cs = konsentrasi jenuh oksigen terlarut pada suhu operasi



(mg/L)



- Ce = Konsentrasi oksigen setelah aerasi



(mg/L)



- Co = Konsentrasi oksigen pada saat awal



(mg/L)



Pengaruh faktor suhu dan tinggi jatuhan pada efisiensi aerasi untuk berbagai jenis air dirumuskan secara empiris sebagai berikut : Air Tanah Tak Terpolusi: K = 0,45 1 + 0,026T H . (2.35) Air Tercemar: K = 0,36 1 + 0,046T H ........................ (2.36) Air Limbah Domestik: K = 0,29 1 + 0,046T H ....... (2.37)



Keterangan: - T



= Suhu Air



(oC)



- H



= Tinggi Jatuhan



(m)



50



Waktu kontak antara air dan udara untuk gravity aerator jatuh bebas:



𝐭=



𝟐𝐡 𝐠



.......................................................................................... (2.38)



Keterangan: - t



= Waktu kontak



(oC)



- h



= Tinggi Jatuhan



(m)



- g



= Percepatan gravitasi



(m/s2)



Aerasi dengan weir berganda, secara empiris dirumuskan k n



Cn = Cs − Cs − Co x 1 − n



......................................... (2.39)



Keterangan: - n



= Jumlah weir atau cascade untuk jatuhan.



2. Aerator Semprot (Spray Aerator)



Gambar 2.28 Spray Aerator Terdiri atas nozzel penyemprot yang tidak bergerak (Stationary nozzles) dihubungkan dengan kisi lempengan yang mana air disemprotkan ke udara disekeliling pada kecepatan 5-7 m/s. Spray aerator sederhana diperlihatkan pada gambar, dengan pengeluaran air kearah bawah melalui batang-batang pendek dari pipa yang panjangnya 25 cm dan diameter 15-20 mm. Piringan melingkar 51



ditempatkan beberapa centimeter di bawah setiap ujung pipa, sehingga bisa berbentuk selaput air tipis melingkar yang selanjutnya menyebar menjadi tetesantetesan yang halus. Nozzel untuk spray aerator bentuknya bermacam-macam, ada juga nozzel yang dapat berputar-putar



Gambar 2.29 Spray Aerator



Aerator semprot (Spray Aerator) menyemprotkan butiran air ke udara melalui lubang atau nozzle, baik yang bergerak maupun diam. Bentuk aerator semprot (Spray) dapat dilihat pada Gambar 2.29. Berikut adalah persamaan yang digunakan dalam perhitungan aerator semprot (spray aerator):



Q = nq = nCda2 gh ............................................................... (2.40)



Keterangan: - Q



= Debit total



(m3/s)



- q



= Debit tiap lubang



(m3/s)



- a



= Luas penampang lubang



(m2)



- h



= Head pada lubang



(m)



- n



= Jumlah lubang



- Cd = Koefisien lubang



Nilai Cd tergantung pada bentuk lubang. Pada tipe sharp edged, nilai Cd = 0,6, rounded Cd = 0,8, dan streamline Cd = 0,85 hingga 0,92.



52



3. Aerasi Terdifusi (Diffused Aeration) Aerator udara terdifusi melakukan transfer oksigen dari udara bertekanan yang diinjeksikan ke dalam air. Injeksi udara berlangsung dalam bak besar melalui difuser berpori berbentuk plat atau tabung. Udara yang keluar dari difuser biasa berbentuk gelembung udara yang akan menyebabkan peningkatan turbulensi air. Gelembung yang dihasilkan oleh difuser diklasifikasikan menjadi fine dan coarse bubble. Efisiensi yang dapat dicapai dengan fine bubble aerator adalah 8 - 12%, sementara untuk coarse bubble aerator adalah 4 - 8%. Periode aerasi berkisar 10 – 30 menit, suplai udara 0,1 – 1 m3/menit per m3 volume tangki. Laju perpindahan oksigen untuk aerasi dengan injeksi udara (diffused aeration) diformulasikan (Eckenfelder dan Ford dalam Reynolds,1996): N = CQ a 1−n D0,67 Csm − CL x1,02T−20 ∝ ....................... (2.41) Keterangan: - C dan n



(m3/s)



= Konstanta



- Qa = Debit udara pada 20oC atau 1 atm



(m3/menit)



- D



(m)



= Kedalaman difuser



- Csm = Konsentrasi gas jenuh pada setengah kedalaman bak - α



(mg/L)



= KLa air atau KLa air bersih



Karena kelarutan oksigen bervariasi terhadap tekanan, konsentrasi jenuh oksigen, Csm ditentukan pada setengah kedalaman tangki aerasi yang dapat didekati dengan rumus:



Cm = Cs



Pr 203



O



+ 42e ................................................................... (2.42)



Keterangan: - Cs = Konstantasi gas jenuh



(mg/L)



- Pr



(Kpa)



= Tekanan absolut pada kedalaman pelepasan udara



53



- Oe = % gas dalam aliran udara yang dikeluarkan



(m)



Kebutuhan energi untuk suatu kompresor udara dapat dihitung dengan persamaan: ρ2 n



FRT



P =. Cn .E1



ρ1



− 1 ................................................................. (2.43)



Keterangan: - P



= Daya



(kW)



- F



= Massa aliran udara



(kg/s)



F =. Ga x ρudara ............................................................................ (2.44) Keterangan: - R



= Konstanta gas



(0,288)



- T1 = Suhu absolut udara masuk



(oK)



- ρ1 = Tekanan absolut udara masuk



(kPa)



- ρ2



=



(kPa)



- n



= 0,283



(udara)



- E



= Efisiensi kompresor



(70%-80%)



- C



= 1,0



Tekanan absolut udara keluar



4. Aerator Mekanik (Mechanical Aeration) Aerator mekanik menggunakan alat pengaduk yang digerakkan motor. Ada beberapa tipe alat pengaduk, yaitu paddle tenggelam, paddle permukaan, propeller, turbine, dan aerator draft- tube. Formulasi laju perpindahan oksigen untuk aerasi mekanik adalah: N = No



C s −C L 9,17



1,02T−20 ......................................................... (2.45)



54



Keterangan: - N



= Laju perpindahan oksigen pada kondisi operasi



- No = Perpindahan oksigen dalam aerator



(lb/jam) (lb/jam)



Tabel 2.15 Klasifikasi aerator mekanik No 1



Jenis Aerator Mekanik High-speed axial-flow pump



2



Slow speed vertical turbine



3



Submerged slow-speed vertical turbine



4



Rotating brush aerator



Kriteria Design - Sering digunakan untuk aerated lagoon - Daya motor: 1 - 150 hp (0,75 - 112 kW) - Kecepatan putaran: 900 - 1800 rpm - Kedalaman air: 0,9 - 5,5 m - Kecepatan transfer oksigen: 1,22 - 2,37 kg/kW.jam - Digunakan untuk activated sludge, aerobic digestion, aerated lagoon - Daya motor: 3 - 150 hp (2,2 - 112 kW) - Diameter turbine: 0,9 - 3,7 m - Speed: 30 - 60 rpm - Kedalaman air: 0,9 - 9,1 m - Kecepatan transfer oksigen: 1,22 - 2,37 kg/kW.jam



-



Ditempatkan pada 0,46 m diatas dasar bak Diameter turbine: 0,1-0,2 kali lebar bak Kecepatan transfer oksigen: 1,22-1,83 kg/kW.jam Diperlukan sumber udara bertekanan Digunakan untuk oxidation ditch Tersusun atas poros horizontal yang panjang dengan bristle yang tercelup air sebagian Kecepatan transfer oksigen: 1,83-2,13 kg/kW.jam



5. Aerator Gelembung Udara (Bubble aerator) Jumlah udara yang dipelukan untuk aerasi buble (aerasi gelembung udara) tidak banyak, tidak lebih dari 0,3 – 0,5 m3 udara / m3 air dan volume ini dengan mudah bisa dinaikkan melalui suatu penyeota udara. Udara disemprotkan melalui dasar dari bak air yang di aerasi.



55



Gambar 2.30 Bubble Aerator



Keterangan : - A = Out Let - B = Gelembung udara - C = Pipa berlubang buat udara - D = Inlet air baku - E = Bak air



2.3.3 Unit Prasedimentasi Prasedimentasi adalah tempat proses pengolahan air terjadi dimana fungsi Prasedimentasi ini adalah menghilangkan tanah kasar, pasir dan partikel halus mineral dari air yang akan diolah sehingga tidak mengendap dalam saluran ataupun pipa dan melindungi pompa dan mesin dari abrasi. Secara teoretis, partikel yang bisa diendapkan oleh Prasedimentasi ini adalah partikel yang berukuran >200 mm. Prasedimentasi terdiri dari campuran lumpur, pasir, kerikil, kulit kerang, dan material lain yang abrsasif yang dapat menyisihkan grit secara gravitasi. Grit meliputi pasir, debu, abu, biji, dan bahan lain dalam air limbah yang bersifat nonputrescible dan lebih berat dari bahan organik. Grit removal dapat dikategorikan menjadi dua kategori umum, yaitu penghilangan selektif dari air limbah dan penghilangan diikuti bahan organik dengan degritting. Prasedimentasi dirancang untuk meremoval pasir, kerikil dan bahan – bahan kasar lainnya yang mempunyai berat gravitasi relatif tinggi, sehingga partikel – partikel tersebut dapat mengendap dengan sendirinya.Prasedimentasi dalam



56



pengolahan air limbah diletakkan setelah bar screen dan sebelum bak pengendap pertama. Dimana fungsi dari bak pengendap pertama adalah menghilangkan bahan – bahan organik. Adanya screen di depan Prasedimentasi akan membuat proses dan perawatan Prasedimentasi semakin mudah. Pada umumnya apa yang diremoval sebagai grit adalah bahan – bahan yang inert dan kering. Dimana spesifik gravity untuk bahan – bahan yang inert adalah 2.7 meskipun bisa rendah sampai 1.3 dan densitas Bulk yang digunakan untuk grit adalah 1600 kg/m3 (100 lb/ft3). Dan bahan – bahan kasar yang berdiameter 0.2 mm merupakan suatu masalah di badan air. Biasanya bahan – bahan kasar yang berdiameter 0.15 mm dapat diremoval hingga 100 %.  Kegunaan Kegunaan dari Prasedimentasi ini adalah melindungi peralatan mekanis bergerak (seperti: pompa dan mixer) dari material abrasif serta untuk mencegah akumulasi grit dalam saluran air baku seta proses pengolahan awal, termasuk tangku kontak ozone karena ia mampu menghilangkan tanah kasar, pasir dan partikel halus mineral dari air yang akan diolah sehingga tidak mengendap dalam saluran ataupun pipa dan melindungi pompa dan mesin dari abrasi.  Dasar Pertimbangan Beberapa



hal



yang



harus



dipertimbangkan



dalam



mendesain



bak



prasedimentasi adalah: a) Lokasi perletakan bak prasedimentasi Penempatan bak prasedimentasi pada lokasi intake akan memaksimalkan kegunaan bak karena grit tersisihkan lebih awal dan menekan kemungkinan akumulasi grit pada saluran/pipa transmisi air baku. b) Jumlah bak yang dibutuhkan Bak prasedimentasi dibangun dalam bentuk tunggal yang memiliki dua kompartemen atau dua bak terpisah, sehingga bila satu kompartemen dibersihkan, kompartemen yang lain masih dapat beroperasi sehingga supplai air ke instalasi tidak terganggu.



57



c) Bentuk bak rasedimentasi Bentuk bak persegi panjang memiliki kinerja lebih baik dari bentuk bak bujur sangkar karena memiliki kemampuan untuk meredam terjadinya pusaran air yang akan menurunkan efisiensi pengendapan. Perbandingan panjang dan lebar yang dianjurkan adalah 4 : 1. d) Ukuran grit yang disisihkan Partikel yang disisihkan pada unit prasedimentasi berukuran 1,2 -1,5 mm. Prasedimentasi akan mengurangi beban pada proses koagulasi dan flokulasi dan kolam sedimentasi, sama halnya mengurangi jumlah koagulan kimia yang dibutuhkan untuk pengolahan air. Sebagai tambahan, prasedimentasi sangat berguna karena air baku memasuki instalasi dari reservoir biasanya lebih seragam dalam kualitas daripada air yang masuk instalasi tanpa kolam penahan.



Prasedimentasi adalah proses pengendapan partikel diskrit. Partikel diskrit adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada saat mengendap. Pengendapan dapat berlangsung dengan efisien apabila syarat-syaratnya terpenuhi. Efisiensi pengendapan tergantung pada karakteristik aliran, sehingga perlu diketahui karakteristik aliran pada unit tersebut (Cancerita, 2012). Dalam pengoperasiannya, terjadi pemisahan yang mana sebagian zat tersuspensi akan menjadi lumpur dan sebagian lagi menjadi fluida. Unit prasedimentasi dibagi menjadi empat zone, yaitu: a. Inlet Zone, sebagai tempat untuk memperkecil pengaruh transisi aliran dari influen ke aliran steady yang terjadi di settling zone. Fungsi dari inlet zone ini agar proses settling yang terjadi di settling zone tidak terganggu. b. Settling Zone, sebagai tempat terjadinya pengendapan partikel diskrit sehingga terpisah dari air baku. c. Sludge Zone, tempat penampungan sementara dari material yang diendapkan di settling zone. d. Outlet Zone, sebagai tempat memperkecil pengaruh transisi aliran dari settling zone ke area effluent.



58



Bentuk bak prasedimentasi yaitu persegi panjang yang dibangun dalam bentuk bangunan tunggal dengan dua bak terpisah. Bak persegi panjang memiliki kinerja lebih baik daripada yang berbentuk bujur sangkar. Karena memiliki kemampuan untuk meredam terjadinya pusaran air yang akan menurunkan efisiensi pengendapan. Perbandingan panjang dan lebar yang dianjurkan adalah 4:1.  Jenis Prasedimentasi dan Kriteria Desainnya A. Bak Prasedimentasi Berbentuk Rectangular Bak prasedimentasi bentuk rectangular terbagi menjadi empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona outlet, serta zona lumpur. Berikut ini adalah pembahasan untuk masing-masing zona tersebut. 1) Zona Inlet Zona inlet berfungsi untuk mendistribusikan air ke seluruh area bak secara seragam, mengurangi energi kinetik air yang masuk, serta untuk memperlancar transisi dari kecepatan air yang tinggi menjadi kecepatan air yang rendah yang sesuai untuk terjadinya proses pengendapan di zona pengendapan. Rostami dkk (2011) melakukan penelitian dengan cara mengatur letak bukaan inlet dan juga mengatur jumlah bukaan inlet. Bukaan inlet (a) terletak di atas, bukaan inlet (b) terletak di tengah bak, bukaan inlet (c) terletak di bawah bak, sedangkan bukaan inlet (d) dan (e) merupakan variasi dari jumlah bukaan inlet. Berdasarkan hasil penelitian tersebut, apabila digunakan hanya satu bukaan inlet, circulation zone yang terbentuk yang paling kecil adalah apabila bukaan inlet diletakkan di tengah. Hasil penelitian tersebut, memberikan kesimpulan bahwa apabila hanya digunakan satu bukaan saja, maka yang paling baik adalah dengan meletakkan bukaan inlet pada bagian tengah bak. Namun, akan lebih baik apabila bukaan pada inlet jumlahnya lebih banyak. Hasil serupa juga dihasilkan dari hasil penelitian Tamayol dkk (2008). Tamayol dkk (2008) melakukan penelitian serupa dengan memposisikan inlet pada tiga posisi, yaitu atas bak, tengah bak, dan bawah bak. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peletakan bukaan inlet di tengah dapat mengurangi volume circulation zone yang dapat mempengaruhi kondisi pengendapan. Selain melakukan pengaturan pada posisi inlet, hal lain yang



59



dapat



dilakukan untuk mengurangi volume circulation zone dan mengurangi



energi kinetik air adalah dengan memasang baffle. Namun, perlu diketahui peletakan baffle yang tepat, sebab peletakan baffle yang salah dapat memperburuk kinerja bak. Hasil penelitian Tamayol dkk (2008) menunjukkan bahwa baffle harus diletakkan tidak jauh dari letak terjadinya circulation zone. Baffle harus diletakkan dekat dengan terjadinya circulation zone. Apabila merujuk pada hasil penelitian Rostami dkk (2011) bahwa semakin banyak bukaan inlet dapat mengurangi volume circular zone dan hasil penelitian Tamayol dkk (2008) bahwa penempatan baffle pada posisi yang tepat dapat meningkatkan kinerja bak, maka hal ini akan berkaitan dengan hasil penelitian Kawamura (2000) tentang perforated baffle. Perforated baffle merupakan modifikasi dari baffle yang memiliki lubang-lubang pada dindingnya. Adanya lubang-lubang dengan ukuran seragam pada dinding baffle menyebabkan terjadinya perataan aliran, sehingga dapat meminimalisasi terjadinya dead zone. Sketsa perforated baffle dapat dilihat pada Gambar 2.31 di bawah ini.



Gambar 2.31 Sketsa Perforated Wall



Perforated baffle berfungsi untuk meratakan aliran, sehingga dapat meminimalisasi terjadinya dead zone. Perataan aliran yang terjadi menyebabkan kecepatan aliran hampir merata di semua titik, sehingga kecepatan air yang terjadi seragam di semua titik pada lubang perforated baffle. Namun, perforated baffle bukan berfungsi untuk mengatur agar terpenuhinya bilangan Reynolds aliran, sebab kecepatan aliran yang seragam hanya terjadi pada lubang di perforated baffle, namun setelah air 6 melalui lubang tersebut, kecepatan air akan mengikuti



60



luas penampang basah bak yang dilalui oleh air, sehingga perforated baffle bukan berfungsi untuk mengatur bilangan Reynolds.



1) Zona Pengendapan (Settling Zone) Proses pengendapan pada zona pengendapan pada dasarnya ditentukan oleh dua faktor, yaitu karakteristik partikel tersuspensi dan hidrolika bak. a. Karakteristik partikel tersuspensi Proses pengendapan yang terjadi di unit



prasedimentasi merupakan



pengendapan partikel diskret. Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada saat mengendap. Pada saat mengendap, partikel diskret tidak terpengaruh oleh konsentrasi partikel dalam air karena partikel diskret mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar partikel. Contoh partikel diskret adalah silika, silt, serta lempung. Partikel diskret memiliki spesifik gravity sebesar 2,65 dengan ukuran partikel < 1 mm dan kecepatan mengendap < 100 mm/detik. Pengendapan partikel diskret merupakan jenis pengendapan tipe I, yaitu proses pengendapan yang berlangsung tanpa adanya interaksi antar partikel. Selain pengendapan partikel diskret, contoh lain pengendapan tipe I adalah pengendapan partikel grit pada grit chamber. Contoh partikel grit adalah pasir, dengan spesifik gravity antara 1,2-2,65 dengan ukuran partikel ≤ 0,2 mm dan kecepatan pengendapan sebesar 23 mm/detik.



61



b. Overflowrate dan Efisiensi Bak



Gambar 2.32 Pergerakan Partikel Pada Bak Prasedimentasi Aliran Horizontal Proses pengendapan partikel pada bak prasedimentasi aliran horizontal. Partikel memiliki kecepatan horizontal, vH dan kecepatan pengendapan VS. Gambar 2.32 menunjukkan bahwa apabila overflow rate atau kecepatan horizontal sebanding dengan kedalaman/panjang bak, maka 𝑉𝑜



=



𝐷



𝑉𝑜 =



𝐷



𝑉𝑜 =



𝐷 𝑄



𝑉𝑜 =



𝑄



𝑉𝐻



𝐿 𝐿



.............................................................................................. (2.46) 𝑉𝐻 ........................................................................................ (2.47)



𝐿 𝑤𝐷



........................................................................................ (2.48)



Sehingga 𝑤𝐷



........................................................................................... (2.49)



Persamaan (2.49) menunjukkan bahwa overflow rate merupakan fungsi dari debit dan luas permukaan. Selain persamaan (2.46) hingga (2.49), persamaanpersamaan berikut dapat membuktikan bahwa Vo = A



Q



Surface



𝑉𝑜 = 𝑡𝑜 =



𝐻𝑜 𝑡𝑜 𝑉 𝑄



............................................................................................ (2.50)



.............................................................................................. (2.51)



62



Sehingga 𝑉𝑜 = 𝑉𝑜 = 𝑉𝑜 =



𝐻𝑜 𝑉 𝑄



........................................................................................... (2.52)



𝐻𝑜 .𝑄 𝑉 𝑄 𝐴𝑠



......................................................................................... (2.53)



............................................................................................. (2.54)



Apabila bak prasedimentasi didesain dengan overflow rate, Vo, maka partikel yang memiliki kecepatan pengendapan Vs lebih besar daripada Vo akan tersisih seluruhnya. Partikel yang memiliki kecepatan pengendapan lebih kecil daripada Vo akan tersisih sebagian, yaitu partikel yang berada pada kedalaman H 2 (Gambar 2.33).



Gambar 2.33 Profil Pada Bak Rectangular Ideal



.(Sumber: Reynolds dan Richards, 1996)



Untuk menentukan besar penyisihan partikel dengan desain overflow rate v0 pada proses pengendapan partikel, dapat diketahui dari hasil analisa tes kolom. Hasil tes kolom tersebut akan menentukan overflow rate serta dimensi bak, sehingga dapat diketahui waktu detensi yang tepat untuk proses pengendapan. Oleh karena itu, pada dasarnya kriteria desain tidak dapat digunakan untuk menentukan waktu detensi maupun overflow rate. Kolom yang digunakan untuk analisa memiliki beberapa kran pada rentang jarak tertentu. Kran-kran tersebut digunakan untuk mengambil sampel air pada rentang waktu tertentu yang telah ditetapkan. Sebelum tes dilakukan, terlebih dahulu diambil sampel untuk dikeringkan dan dianalisis konsentrasinya untuk diketahui konsentrasi awalnya. 63



Selama proses analisa dengan kolom tes tersebut, setiap rentang waktu tertentu, diambil sampel air untuk di analisis konsentrasinya. Konsentrasi tersebut akan dibandingkan dengan konsentrasi awal agar diketahui besar penyisihan partikelnya. Hal tersebut dilakukan selama rentang waktu tertentu. Untuk menentukan efisiensi penyisihan partikel pada overflow rate tertentu, fraksi yang tersisihkan terbagi menjadi dua, yaitu yang memiliki kecepatan pengendapan lebih besar daripada overflow rate dan yang lebih kecil dari pada overflow rate. Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan Vs > Vo dapat dituliskan sebagai 1-Fo. Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan Vs < Vo tetapi berada pada kedalaman tertentu,sehingga dapat 𝑉𝑜 0 𝑜



1



terendapkan dapat terendapkan dapat ditulis sebagai 𝑉



𝑉𝑑𝑓



c. Hidrolika Bak Aliran air dalam bak dapat diketahui dari beberapa hal, antara lain kecepatan horizontal (Vh) karakteristik aliran yang ditentukan oleh Bilangan Reynolds dan Froude.



d. Karakteristik Aliran Berdasarkan studi literatur, diketahui bahwa karakteristik aliran dapat diketahui melalui Bilangan Reynolds dan Froude.



e. Bilangan Reynolds Teori dasar dan penerapan Bilangan Reynolds pada unit prasedimentasi menunjukkan



korelasi



bahwa



menunjukkan kondisi aliran



fungsi



pada



Bilangan



Reynolds



adalah untuk



unit prasedimentasi apakah laminer atau



turbulen. Kondisi aliran yang laminer diharapkan terjadi di unit prasedimentasi karena keadaan aliran yang turbulen dapat



menurunkan efisiensi kerja unit



prasedimentasi. Oleh karena itu, sesuai dengan SNI 6774 Tahun 2008 tentang Tata Cara Perencanaan Unit Paket Instalasi Pengolahan Air, nilai Bilangan Reynolds harus kurang dari 2000. Pengaruh jenis aliran yang terjadi pada prasedimentasi terhadap proses pengendapan partikel. 64



Gambar 2.34 Pengendapan Partikel pada Aliran Laminer dan Turbulen (Sumber: Huisman, 1977) f. Bilangan Froude Teori dasar bilangan Froude menunjukkan bahwa bilangan Froude terkait dengan kondisi aliran apakah, subkritis, kritis, atau superkritis. Kondisi aliran subkritis memiliki nilai bilangan Froude kurang dari satu yang menunjukkan bahwa gaya gravitasi lebih mendominasi daripada gaya inersia, sehingga kecepatan aliran cukup rendah. Penerapan pada unit prasedimentasi menunjukkan bahwa bilangan Froude dapat menunjukkan apakah terjadi aliran pendek atau tidak pada unit prasedimentasi. Aliran pendek dapat terjadi apabila kecepatan aliran cukup besar, sehingga diharapkan kecepatan aliran pada unit prasedimentasi tidak terlalu besar atau dalam keadaan subkritis, sehingga aliran pendek sebisa mungkin dapat dihindari. Oleh karena itu, sesuai dengan SNI 6774 Tahun 2008 tentang Tata Cara Perencanaan Unit Paket Instalasi Pengolahan Air, nilai bilangan Froude harus lebih dari 10-5. Unit prasedimentasi dirancang sedemikian rupa agar mampu memenuhi Bilangan Reynolds dan Froude, sehingga tercapai keadaan aliran yang sebaik mungkin untuk mendukung proses pengendapan.



g. Overflow rate Overflow rate menentukan proses pengendapan yang terjadi pada zona pengendapan. Overflow rate memiliki keterkaitan dengan kecepatan horizontal serta Bilangan Reynolds



dan Froude dalam merancang zona pengendapan.



Hubungan antara overflow rate, kecepatan horizontal, serta Bilangan Reynolds



65



dan Froude. Tahapan-tahapan perhitungan untuk tabel simulasi tersebut adalah sebagai berikut.  Menentukan hubungan antara W, L, dan H untuk Nre = 1 dan Nre = 2000 1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut. 𝑉𝑜 =



𝑄 𝐴𝑠



............................................................................................. (2.55)



Keterangan: - Vo = Overflow rate



(m/s)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- As = Luas Permukaan



(m2)



Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.



3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nre sebagai acuan. Berdasarkan kriteria desain, Nre < 2000. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nre dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr.  Menghitung lebar bak dengan acuan Bilangan Reynolds dan kedalamam bak Nre =



𝑉𝑕 𝑅 𝑣



...................................................................................... (2.56)



𝑄 R



=𝐴



𝑐



𝑣



66



𝑄



W .H 1



= 𝑊.𝐻 W +2H 𝑣 Q



1



= W +2H 𝑣



Nre. 𝑣 =



Q W +2H Q



W + 2H = W=



Q Nre 𝑣



.............................................................................. (2.57)



Nre 𝑣



........................................................................... (2.58)



− 2H ........................................................................... (2.59)



Keterangan: - Ac = Luas penampang



(m3)



- Nre = Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



(m)



= Jari-jari hidrolis



- W = Lebar bak



(m)



- H



= Kedalaman bak



(m)



- 𝑣



= Viskositas kinematis



(m2/s)



 Menghitung kecepatan horizontal (Vh) Q



𝑉𝐻 =



WH



......................................................................................... (2.60)



Keterangan: - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R) R=



A P



WH



= W +2H .............................................................................. (2.61)



67



Keterangan: - R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- A



= Luas basah



(m2)



- P



= Keliling basah



(m)



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai Nfr Nfr =



VH 2 gR



....................................................................................... (2.62)



Keterangan: - Nfr = Bilangan Froude - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- g



= Percepatan gravitasi



(m/s2)



 Menghitung panjang bak L=



AS W



.............................................................................................. (2.63)



Keterangan: - AS = Luas Permukaan



(m2)



- L



(m)



= Panjang bak



- W = Lebar bak



(m)



 Menentukan hubungan antara W, L, dan H untuk Nfr > 10 -5 1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari.



68



2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut: Vo =



Q AS



............................................................................................ (2.64)



Keterangan: - Vo = Overflow rate



(m/s)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- As = Luas permukaan



(m2)



Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.



3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nre sebagai acuan. Berdasarkan kriteria desain, Nre < 2000. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nre dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr.  Menghitung lebar bak dengan acuan VH dan kedalamam bak VH = 𝐴𝑐 = W=



𝑄 𝐴𝑐



........................................................................................... (2. 65)



Q VH



Q ...................................................................................... (2.66)



Q H VH



Q .................................................................................... (2.67)



Keterangan: - Ac = Luas penampang



(m3)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



69



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R) R=



A P



WH



= W +2H .............................................................................. (2.68)



Keterangan: - R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- A



= Luas basah



(m2)



- P



= Keliling basah



(m)



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai Nfr Nre =



VH R 𝑣



...................................................................................... (2.69)



Keterangan: - Nre = Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- 𝑣



= Viskositas kinematis



(m2/s)



 Menentukan hubungan antara W, L, dan H untuk Nfr > 10 -5 1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut.



70



Q



Vo =



AS



............................................................................................ (2.70)



Keterangan: - Vo = Overflow rate



(m/s)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- As = Luas permukaan



(m2)



Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20, 40, 60, dan 80 m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.



3) Langkah berikutnya adalah melakukan simulasi untuk menentukan luas penampang Ac. Penentuan luas penampang dilakukan dengan menggunakan Nfr > 10-5. Karena Nfr merupakan kombinasi persamaan yang kompleks, sehingga yang ditetapkan adalah nilai vh agar Nfr > 10 -5. 4) Kedalaman bak ditetapkan lebih dahulu, yaitu dalam rentang 1,5 hingga 3 m. Dengan acuan Nfr dan kedalaman bak, dilakukan simulasi untuk menentukan nilai Nfr.  Menghitung lebar bak dengan acuan VH dan R 𝑄



VH =



𝐴𝑐



Q



VH = W=



........................................................................................... (2. 71)



WH Q H VH



......................................................................................... (2.72) Q .................................................................................... (2.73)



Keterangan: - Ac = Luas penampang



(m3)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



(m)



= Jari-jari hidrolis



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



71



 Menghitung nilai jari-jari hidrolis (R) R=



A P



WH



= W +2H .............................................................................. (2.74)



Keterangan: - R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- A



= Luas basah



(m2)



- P



= Keliling basah



(m)



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai Nfr Nre =



VH R 𝑣



...................................................................................... (2.75)



Keterangan: - Nre = Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- 𝑣



= Viskositas kinematis



(m2/s)



 Menentukan hubngan



𝑊 H



terhadap Nfr dan Nre



Langkah-langkah simulasi untuk menentukan hubungan



𝑊 H



terhadap Nfr dan



Nre adalah sebagai berikut. 1) Overflow rate (Vo) ditentukan terlebih dahulu berdasarkan kriteria desain. Menurut Schulz dan Okun (1984), overflow rate (Vo) adalah sebesar 20-80 m/hari. 2) Setelah ditetapkan nilai overflow rate dan debit air yang akan diolah dengan unit tersebut, maka dapat dihitung luas permukaan unit prasedimentasi dengan menggunakan rumus berikut. Vo =



Q AS



............................................................................................ (2.76)



72



Keterangan: - Vo = Overflow rate



(m/s)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- As = Luas permukaan



(m2)



Pada simulasi ini, nilai overflow rate dan debit divariasikan dengan overflow rate 20 dan 80 m/hari dan debit 50 liter/detik hingga 250 liter/detik.



3) Langkah berikutnya adalah menentukan kedalaman bak dan variasi dan



𝑊 H



𝑊 H



. Jika H



sudah diketahui, maka dapat ditentukan W bak.



4) Lalu dihitung kecepatan horizontal (Vh) dan R. 𝑄



VH =



𝐴𝑐



Q



VH = R=



............................................................................................ (2.77)



WH A P



......................................................................................... (2.78) WH



= W +2H .............................................................................. (2.79)



Keterangan: - Ac = Luas penampang



(m3)



- Q



(m3/s)



= Debit air



- VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



(m)



= Jari-jari hidrolis



- W = Lebar bak



(m)



- H



(m)



= Kedalaman bak



 Menghitung nilai Nfr dan Nre Nfr = Nre =



VH 2 gR



....................................................................................... (2.80)



VH R 𝑣



...................................................................................... (2.81)



73



Keterangan: - Nfr = Bilangan Froude - Nre = Bilangan Reynolds - VH = Kecepatan horizontal



(m/s)



- R



= Jari-jari hidrolis



(m)



- 𝑣



= Viskositas kinematis



(m2/s)



- g



= Percepatan gravitasi



(m/s2)



3) Zona Outlet Desain outlet biasanya terdiri dari pelimpah yang dirancang sedemikian rupa untuk mengurangi terjadinya aliran pendek. Weir loading rate adalah beban pelimpah (dalam hal ini debit air) yang harus ditanggung per satuan waktu dan panjangnya. Berikut ini adalah beberapa kriteria desain untuk weir loading rate dari berbagai sumber (Tabel 2.16). Tabel 2.16 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber Weir Loading Rate (m3/hari.m) 186



Katz, 1962



249,6



Katz, 1962



264 125-500 172,8-259,2



Kawamura, 2000 Droste, 1997 Huisman, 1977



Sumber



Keterangan



Pada daerah yang terpengaruh density current



Berdasarkan sejumlah kriteria desain pada beragam sumber mengenai weir loading rate di atas, dapat dilihat bahwa jika pada bak terjadi density current, weir loading rate diharapkan tidak terlalu besar karena dapat menyebabkan terjadinya penggerusan pada partikel yang mengendap di sekitar outlet, sehingga diharapkan weir loading rate dapat sekecil mungkin Pada dasarnya pelimpah,



satu pelimpah sudah cukup, namun jika hanya ada satu



maka weir loading rate akan menjadi besar. Hal tersebut dapat



mengganggu proses pengendapan, sebab terjadi aliran ke atas menuju pelimpah



74



dengan kecepatan cukup besar yang menyebabkan partikel yang bergerak ke bawah untuk mengendap terganggu. Terdapat beberapa alternatif untuk mendesain pelimpah agar luas yang dibutuhkan untuk zona outlet tidak terlalu besar dan beban pelimpah juga tidak terlalu besar antara lain dapat dilihat pada Gambar 2.35.



Gambar 2.35 Beragam Susunan Pelimpah pada Outlet (Sumber: Qasim, 1985)



Pemilihan desain outlet sangat tergantung pada lebar bak, debit air yang dialirkan serta weir loading rate, sehingga pada saat menetapkan bentuk outlet, ketiga hal tersebut harus dipertimbangkan. Jenis pelimpah yang umumnya digunakan adalah bentuk rectangular dan v- notch, namun v-notch lebih banyak digunakan karena memiliki kemampuan self cleansing dan dapat meminimalisasi pengaruh angin. Contoh gambar v-notch dapat dilihat pada Gambar 2.35.



Gambar 2.36 Contoh v-notch Sumber: Fair dkk., 1981



75



Selain menggunakan pelimpah, outlet unit prasedimentasi dapat menggunakan perforated baffle karena pada dasarnya outlet berfungsi untuk mengalirkan air yang telah terpisah dari suspended solid tanpa mengganggu partikel yang telah terendapkan di zona lumpur, sehingga perforated baffle dapat digunakan, hanya saja bukaan diletakkan 30-90 cm dari permukaan, dan tidak diletakkan terlalu di bawah, sebab apabila bukaan diletakkan terlalu bawah, partikel yang telah terndapakan dapat ikut terbawa ke outlet.



4) Zona Lumpur (Sludge Zone) Zona lumpur merupakan zona dimana partikel-partikel diskret yang telah mengendap berada. Zona ini memiliki kemiringan tertentu menujuh ke hopper yang terletak di bagian bawah inlet. Menurut Qasim (1985), kemiringan dasar bak rectangular adalah sebesar 1-2%. Zona lumpur didesain memiliki kemiringan tertentu agar mempermudah pada saat pembersihan lumpur. Kemiringan yang cukup terutama untuk pembersihan yang dilakukan secara manual, sebab pembersihan secara manual biasanya dilakukan dengan cara menggelontorkan air agar lumpur



terbawa oleh air.



Hopper terletak di bagian bawah inlet, sebab sebagian besar partikel besar mengendap di ujung inlet. Selain itu, apabila hopper diletakkan di bawah zona outlet, dikhawatirkan partikel yang telah terendapkan dapat tergerus karena adanya pergerakan air menuju pelimpah. Gambar 2.36 menunjukkan hopper pada bak prasedimentasi bentuk rectangular.



Gambar 2.37 Hopper pada Bak Prasedimentasi Bentuk Rectangular



76



Selain diletakkan dekat dengan inlet, hopper juga dapat diletakkan secara dan juga dapat diletakkan di tengah bak seperti pembersihan lumpur juga dapat dilakukan dengan cara automatis dengan beberapa macam scraper. Pada dasarnya, untuk bak rectangular terdapat dua jenis peralatan pembersih lumpur, yaitu tipe chain-and-flight dan travelling bridge dan memiliki scraper untuk mendorong lumpur masuk ke hopper, seperti pada Gambar 2.38 dibawah ini:



Gambar 2.38 Zona Lumpur pada Tengah Bak Sumber: Fair dkk., 1981



Pembersihan lumpur juga dapat dilakukan dengan cara automatis dengan beberapa macam scraper. Pada dasarnya, untuk bak rectangular terdapat dua jenis peralatan pembersih lumpur, yaitu tipe chain-and-flight dan travelling bridge dan memiliki scraper untuk mendorong lumpur masuk ke hopper. Tipe Chain and Flight merupakan tipe pembersih lumpur dengan kecepatan perpindahan yang tidak lebih dari 1 cm/detik. Dasar bak dirancang memiliki kemiringan sebesar 1%.



(a)



77



(b) Gambar 2.39 (a) Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight, (b Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Chain and Flight 3 Dimensi Sumber: (a) Huisman, 1977 dan (b) Finnchain Oy



Gambar 2.40 Sketsa Peralatan Pembersih Lumpur Tipe Travelling Bridge (Sumber: Huisman, 1977)



B. Bak Prasedimentasi Berbentuk Circular Pada dasarnya, bak prasedimentasi berbentuk circular terdiri dari dua jenis, yaitu peripheral feed dan center feed. Bak circular tipe peripheral feed memiliki inlet yang terletak di sekeliling bak, (sedangkan tipe center feed memiliki inlet yang terletak di tengah bak. Gambar 13 menunjukkan bak prasedimentasi tipe pheripheral feed dan center feed.



78



(a) (b) Gambar 2.41 Bak Prasedimentasi Bentuk Circular (a) Tipe Center Feed (b) Tipe Peripheral Feed Bak prasedimentasi bentuk circular terbagi menjadi empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona outlet, serta zona lumpur. Berikut ini adalah pembahasan untuk masing- masing zona tersebut.



2) Zona Pengendapan (Settling Zone) Pemilihan inlet maupun outlet untuk bak circular sangat tergantung pada kondisi zona pengendapan, sehingga zona pengendapan yang menentukan penempatan zona inlet maupun zona outlet. Oleh karena itu, perlu ditentukan lebih dahulu kondisi zona pengendapan yang efisien. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengendapan pada bak circular sama dengan pada bak rectangular, hanya saja nilai Bilangan Reynolds dan Froude berubah sepanjang perubahan diameter. Hasil simulasi menunjukkan bahwa Nre dan Nfr akan cukup tinggi di tengah bak, dan akan semakin mengecil saat mendekati pinggir bak, sehingga kedua bilangan tersebut tidak akan dapat dipenuhi secara bersamaan. Penentuan acuan akan berpengaruh pada letak inlet dan outlet. Jika unit prasedimentasi berupa center feed, maka pada saat air masuk, keadaan aliran akan cukup turbulen, mendekati outlet bak, aliran akan menjadi semakin laminer, sebaliknya jika unit prasedimentasi berupa peripheral feed, maka pada saat air masuk, keadaan air akan laminer, semakin mendekati outlet akan semakin



79



turbulen. Letak outlet akan sangat mempengaruhi pemilihan acuan, seperti diketahui bahwa di dekat pelimpah, akan terjadi pergerakan air ke atas yang dapat menghambat partikel untuk mengendap, sehingga keadaan air yang turbulen juga akan menghambat partikel untuk mengendap. Apabila kondisi turbulen terjadi pada saat air masuk, partikel-partikel besar yang dapat mengendap dengan cepat akan mengalami hambatan untuk mengendap, tapi seiring dengan perubahan kondisi aliran, partikel-partikel tersebut dapat mengendap. Sebaliknya, jika kondisi turbulen terletak di dekat outlet, partikel-partikel yang sudah mengendap dapat tergerus kembali akibat kondisi aliran tersebut dan juga terdapat aliran air ke atas menuju pelimpah. Oleh karena itu, bak prasedimentasi tipe center feed merupakan tipe yang paling baik untuk bak prasedimentasi bentuk circular



3) Zona Inlet Berdasarkan hasil pembahasan zona pengendapan, maka inlet yang paling tepat adalah terletak di tengah atau tipe center feed. Inlet bak tersebut dapat beragam, misalnya air dibiarkan melimpah melalui inlet di tengah bak atau dinding inlet dirancang berlubang- lubang, sehingga air akan mengalir melewati lubang-lubang tersebut. Selain itu, pada inlet juga dapat dipasang baffle. Baffle tersebut berfungsi untuk mereduksi energi kinetik air yang keluar melalui inlet.



4) Zona Outlet Berdasarkan hasil pembahasan zona pengendapan, maka outlet yang paling tepat bagi bak presedimentasi bentuk circular terletak di sekeliling bak. Di sekeliling bak dipasang pelimpah, sehingga air yang telah melalui bak prasedimentasi akan melimpah melalui pelimpah tersebut. Pelimpah dapat berupa v-notch atau rectangular weir. prasedimentasi akan melimpah melalui pelimpah tersebut. Pelimpah dapat berupa v-notch atau rectangular weir.



80



5) Zona Lumpur (Sludge Zone)



Gambar 2.42 Hopper pada Bak Prasedimentasi Bentuk Circular



Gambar 2.43 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Bak Circular



Scraper yang digunakan untuk bentuk circular adalah tipe radial atau tipe diametral. Scraper tersebut bergerak pada sekeliling bak untuk mendorong lumpur agar masuk ke hopper yang terletak di tengah bak. Berbeda dengan prasedimentasi bentuk rectangular, bentuk circular memiliki hopper yang terletak di tengah bak, sebab pengendapan partikel yang terjadi pada bak circular ini terjadi di segala arah, sehingga untuk mempermudah pembersihan lumpur, hopper diletakkan di tengah bak.



81



2.3.4 Unit Koagulasi-Flokulasi A. Koagulasi dan Flokulasi Air baku dari air permukaan umumnya mengandung partikel tersuspensi. Partikel tersuspensi dalam air dapat berupa partikel bebas dan koloid dengan ukuran yang sangat kecil, antara 0,001 mikron (10-6 mm) sampai 1 mikron (10-3 mm). Partikel yang ditemukan dalam kisaran ini meliputi (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012): - Partikel anorganik, seperti serat asbes, tanah liat, dan lanau atau silt, - Presipitat koagulan, dan partikel organik, seperti zat humat, virus, bakteri, dan plankton.



Pada umumnya, dispersi koloid mempunyai sifat memendarkan cahaya. Sifat pemendaran cahaya ini terukur sebagai satuan kekeruhan. Partikel tersuspensi pada umumnya sangat sulit mengendap secara alami (lihat Tabel 2.17). Hal ini karena adanya stabilitas suspensi koloid. Stabilitas koloid terjadi karena (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012) :  Gaya van der Waals Gaya ini merupakan gaya tarik-menarik antara dua massa, yang besarnya tergantung pada jarak antar keduanya.  Gaya Elektrostatik Gaya elektrostatik adalah gaya utama yang menjaga suspensi koloid pada keadaan yang stabil. Sebagian besar koloid mempunyai muatan listrik. Oksida metalik umumnya bermuatan positif, sedangkan oksida nonmetalik dan sulfida metalik umumnya bermuatan negatif. Kestabilan koloid terjadi karena adanya gaya tolak antar koloid yang mempunyai muatan yang sama. Gaya ini dikenal sebagai zeta potensial.  Gerak Brown Gerak ini adalah gerak acak dari suatu partikel koloid yang disebabkan oleh kecilnya massa partikel.



82



Pada umumnya, gaya van der Waals dan gaya elektrostatik saling meniadakan. Kedua gaya tersebut nilainya makin mendekati nol dengan makin bertambahnya jarak antar koloid. Resultan kedua gaya tersebut umumnya menghasilkan gaya tolak yang lebih besar (Gambar 2.43). Hal ini menyebabkan partikel dan koloid dalam keadaan stabil. Tabel 2.17 Kriteria Weir Loading Rate dari Berbagai Sumber Ukuran Partikel Waktu Pengendapan Tipe Partikel (mm) (h = 1 m) 10 Kerikil 1s 1 Pasir 10 s -1 10 Pasir Halus 2 menit -2 10 Lempung 2 jam 10-3 Bakteri 8 hari 10-4 Koloid 2 tahun -5 10 Koloid 20 tahun -6 10 Koloid 200 tahun Sumber: Water Treatment Handbook: 6th edition, Volume 1, 1991



Gambar 2.44 Gaya-gaya pada koloid Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012



83



Koagulasi dan flokulasi merupakan dua proses yang terangkai menjadi kesatuan proses tak terpisahkan. Pada proses koagulasi terjadi destabilisasi koloid dan partikel dalam air sebagai akibat dari pengadukan cepat dan pembubuhan bahan kimia (disebut koagulan). Akibat pengadukan cepat, koloid dan partikel yang stabil berubah menjadi tidak stabil karena terurai menjadi partikel yang bermuatan positif dan negatif. Pembentukan ion positif dan negatif juga dihasilkan melalui proses penguraian koagulan. Proses ini dilanjutkan dengan pembentukan ikatan antara ion positif dari koagulan (misal Al3+) dengan ion negatif dari partikel (misal OH -) dan antara ion positif dari partikel (misal Ca2+) dengan ion negatif dari koagulan (misal SO42-) yang menyebabkan pembentukan inti flok (presipitat). (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012) Setelah inti flok terbentuk, proses selanjutnya adalah proses flokulasi, yaitu penggabungan inti flok menjadi flok berukuran lebih besar yang memungkinkan partikel dapat mengendap. Penggabungan flok kecil menjadi flok besar terjadi karena adanya tumbukan antar flok. Tumbukan ini terjadi akibat adanya pengadukan lambat. Proses koagulasi-flokulasi dapat digambarkan secara skematik pada Gambar 2.45.



Gambar 2.45 Gambaran proses koagulasi-flokulasi (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)



84



Proses koagulasi-flokulasi terjadi pada unit pengaduk cepat dan pengaduk lambat, terjadi pembentukan flok yang berukuran besar hingga mudah diendapkan pada bak sedimentasi (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). Koagulan yang banyak digunakan dalam pengolahan air minum adalah aluminium sulfat atau garam-garam besi. Terkadang koagulan-pembantu, seperti polielektrolit dibutuhkan untuk memproduksi flok yang lebih besar agar padatan tersuspensi lebih cepat mengendap. Faktor utama yang mempengaruhi proses koagulasi-flokulasi air adalah kekeruhan, padatan tersuspensi, temperatur, pH, komposisi dan konsentrasi kation dan anion, durasi dan tingkat agitasi selama koagulasi dan flokulasi, dosis koagulan, dan jika diperlukan, koagulan-pembantu. Pemilihan koagulan dan konsentrasinya dapat ditentukan berdasarkan studi laboratorium menggunakan jar test apparatus (Gambar 2.46) untuk mendapatkan kondisi optimum (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).



Gambar 2.46 Peralatan Jar test



Pengadukan Pengadukan merupakan operasi yang mutlak diperlukan pada proses koagulasiflokulasi. Pengadukan cepat berperan penting dalam pencampuran koagulan dan destabilisasi partikel. Sedangkan pengadukan lambat berperan dalam upaya penggabungan flok (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). - Jenis Pengadukam Adapun jenis pengadukan dapat dikelompokkan berdasarkan kecepatan pengadukan dan metoda pengadukan. Berdasarkan kecepatannya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat. Sedangkan



85



berdasarkan metodenya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan mekanis, pengadukan hidrolis, dan pengadukan pneumatis. Kecepatan pengadukan merupakan parameter penting dalam pengadukan yang dinyatakan dengan gradien kecepatan. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 1) Pengadukan Cepat Tujuan pengadukan cepat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan turbulensi air sehingga dapat mendispersikan bahan kimia yang akan dilarutkan dalam air. Secara umum, pengadukan cepat adalah pengadukan yang dilakukan pada gradien kecepatan besar (300 sampai 1000 detik -1) selama 5 hingga 60 detik atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 300 hingga 1700. Secara spesifik, nilai G dan td bergantung pada maksud atau sasaran pengadukan cepat. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).



Tabel 2.18 Nilai Gradien Kecepatan dan Waktu Pengadukan Waktu Pengadukan (td) (detik) 20 30 40 50 >



Gradien Kecepatan (L/detik) 1000 900 790 700



Sumber : Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012



 Untuk proses koagulasi-flokulasi: - Waktu detensi = 20 - 60 detik - G = 1000 - 700 detik-1  Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur/soda): - Waktu detensi = 20 - 60 detik - G = 1000 - 700 detik-1  Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dan lain-lain) - Waktu detensi = 0,5 - 6 menit - G = 1000 - 700 detik-1



86



Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan tiga cara, yaitu: (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 1. Pengadukan mekanis 2. Pengadukan hidrolis 3. Pengadukan pneumatis



2) Pengadukan Lambat Tujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel hingga berukuran besar. Pengadukan lambat adalah pengadukan yang dilakukan dengan gradien kecepatan kecil (20 sampai 100 detik 1



) selama 10 hingga 60 menit atau nilai GTd (bilangan Champ) berkisar 48000



hingga 210000. Untuk menghasilkan flok yang baik, gradien kecepatan diturunkan secara bertahap agar flok yang telah terbentuk tidak pecah lagi dan berkesempatan bergabung dengan yang lain membentuk gumpalan yang lebih besar. Secara spesifik, nilai G dan waktu detensi untuk proses flokulasi adalah sebagai berikut: • Untuk air sungai: - Waktu detensi = minimum 20 menit - G = 10 - 50 detik-1  Untuk air waduk: - Waktu = 30 menit - G = 10 - 75 detik-1  Untuk air keruh: - Waktu dan G lebih rendah  Bila menggunakan garam besi sebagai koagulan: - G tidak lebih dari 50 detik -1  Untuk flokulator 3 kompartemen: - G kompartemen 1 : nilai terbesar - G kompartemen 2 : 40 % dari G kompartemen 1 - G kompartemen 3 : nilai terkecil 87



 Untuk penurunan kesadahan (pelarutan kapur atau soda): - Waktu detensi = minimum 30 menit - G = 10 - 50 detik-1  Untuk presipitasi kimia (penurunan fosfat, logam berat, dan lain-lain) - Waktu detensi = 15 - 30 menit - G = 20 - 75 detik-1 - GTd = 10.000 - 100.000



Pengadukan lambat sering juga disebut sebagai flokulasi Flokulasi adalah suatu proses aglomerasi (penggumpalan) partikel-partikel terdestabilisasi menjadi flok dengan ukuran yang memungkinkan dapat dipisahkan oleh sedimentasi dan filtrasi. Proses flokulasi dalam pengolahan air bertujuan untuk mempercepat proses penggabungan flok-flok yang telah dibibitkan pada proses koagulasi. Partikelpartikel yang telah distabilkan selanjutnya saling bertumbukan serta melakukan proses tarik-menarik dan membentuk flok yang ukurannya makin lama makin besar serta mudah mengendap. Gradien kecepatan merupakan faktor penting dalam desain bak flokulasi. Jika nilai gradien terlalu besar maka gaya geser yang timbul akan mencegah pembentukan flok, sebaliknya jika nilai gradient terlalu rendah/tidak memadai maka proses penggabungan antar partikulat tidak akan terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit dihasilkan. Untuk itu nilai gradien kecepatan proses flokulasi dianjurkan berkisar antara 90/detik hingga 30/detik. Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen, dimana pada kompertemen pertama terjadi proses pendewasaan flok, pada kompartemen kedua terjadi proses penggabungan flok, dan pada kompartemen ketiga terjadi pemadatan flok. Pengadukan lambat (agitasi) pada proses flokulasi dapat dilakukan dengan metoda yang sama dengan pengadukan cepat pada proses koagulasi, perbedaannya terletak pada nilai gradien kecepatan di mana pada proses flokulasi nilai gradien jauh lebih kecil dibanding gradien kecepatan koagulasi.



88



Flokulasi adalah proses pembentukan flok melalui pengadukan lambat. Bangunan flokulasi ditempatkan setelah bangunan koagulasi. Flokulasi berfungsi mempercepat tumbukan antara partikel koloid yang sudah terdestabilisasi supaya bergabung membentuk mikroflok ataupun makroflok yang secara teknis dapat diendapkan. Tujuan pengadukan lambat dalam pengolahan air adalah untuk menghasilkan gerakan air secara perlahan sehingga terjadi kontak antar partikel untuk membentuk gabungan partikel hingga berukuran besar. Flokulasi disebabkan oleh adanya penambahan sejumlah kecil bahan kimia yang disebut sebagai flokulan (Rath & Singh, 1997). Mikroflok yang terbentuk pada saat proses koagulasi sebagai akibat penetralan muatan, akan saling bertumbukan dengan adanya pengadukan lambat. Tumbukan tersebut akan menyebabkan mikroflok berikatan dan menghasilkan flok yang lebih besar. Pertumbuhan ukuran flok akan terus berlanjut dengan penambahan flokulan atau polimer



dengan



bobot



molekul tinggi.



Polimer



tersebut



menyebabkan



terbentuknya jembatan, mengikat flok, memperkuat ikatannya serta menambah berat flok sehingga meningkatkan rate pengendapan flok. Waktu yang dibutuhkan untuk proses flokulasi berkisar antara 15-20 menit hingga 1 jam.



Gambar 2.47 Unit Flokulasi



89



Pengadukan lambat dapat dilakukan dengan beberapa cara antara lain: (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). 1. Pengadukan mekanis 2. Pengadukan hidrolis 3. Pengadukan Pneumatis



Pengadukan Mekanis Pengadukan mekanis adalah metode pengadukan menggunakan peralatan mekanis yang terdiri atas motor, poros pengaduk (shaft), dan alat pengaduk (impeller). Peralatan tersebut digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Berdasarkan bentuknya, ada tiga macam impeller, yaitu paddle (pedal), turbine, dan propeller (baling-baling). Bentuk ketiga impeller tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.9 dan Gambar 2.47.



(a) (b) Gambar 2.48 Tipe paddle (a) tampak atas, (b) tampak samping (Sumber: Qasim, 1985)



(a)



(b)



(c)



(d)



(e)



Gambar 2.49 Tipe turbine dan propeller : (a) turbine blade lurus, (b) turbine blade dengan piringan, (c) turbin dengan blade menyerong, (d) propeller 2 blade, (e) propeller 3 blade (Sumber: Qasim, 1985)



Pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan cepat umumnya dilakukan dalam waktu singkat dalam satu bak Faktor penting dalam perancangan alat pengaduk mekanis adalah dua parameter pengadukan, yaitu G dan td. Sedangkan



90



pengadukan mekanis dengan tujuan pengadukan lambat umumnya memerlukan tiga kompartemen dengan ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang paling kecil. Pengadukan mekanis yang umum digunakan untuk pengadukan lambat adalah tipe paddle yang dimodifikasi hingga membentuk roda (paddle wheel), baik dengan posisi horizontal maupun vertikal.



Gambar 2.50 Pengadukan cepat dengan alat -pengaduk (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)



Tabel 2.19 Konstanta K1 dan K2 untuk Tangki Bersekat Jenis Impeller Propeller, Pitch of 1, 3 blades Propeller, Pitch of 2, 3 blades Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 4 flat blades, vaned disc Turbine, 6 curved blades Fan Turbine, 6 blades at 45o Shrouded Turbine, 6 curved blades Shrouded Turbine, with stator, no baffles Flat Paddles, 2 blades (Single Paddle), D1/W1 =4 Flat Paddles, 2 blades, D1/W1 = 6 Flat Paddles, 2 blades, D1/W1 = 8 Flat Paddles, 4 blades, D1/W1 = 6 Flat Paddles,6 blades, D1/W1 = 8



KL 41,0 43,5 60,0 65,0 70,0 70,0 97,5 172,5



KT 0,32 1,00 5,31 5,75 4,8 1,65 1,08 1,12



43,0



2,25



36,5 33,0 49,0 71,0



1,70 1,15 2,75 3,82



Sumber : Tom D. Reynolds, Paul A. Richard. 1996



1) Pengadukan Hidrolis Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan aliran air sebagai tenaga pengadukan. Tenaga pengadukan ini dihasilkan dari energi hidrolik yang dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek, 91



energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan cepat haruslah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang besar. Dalam hal ini dapat dilihat dari besarnya kehilangan energi (headloss) atau perbedaan muka air. Dengan tujuan menghasilkan turbulensi yang besar tersebut, maka jenis aliran yang sering digunakan sebagai pengadukan cepat adalah terjunan (Gambar 2.12), loncatan hidrolik, dan parshall flume. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). Jenis pengadukan hidrolis yang digunakan pada pengadukan lambat adalah aliran air yang menghasilkan energi hidrolik yang lebih kecil. Aliran air dibuat relatif lebih tenang dan dihindari terjadinya turbulensi agar flok yang terbentuk tidak pecah lagi. Beberapa contoh pengadukan hidrolis untuk pengadukan lambat adalah kanal bersekat (baffled channel, Gambar 2.13), perforated wall, gravel bed dan sebagainya. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012). Beberapa contoh pengadukan lambat hidrolis adalah gravel bed floculator, baffle channel floculator dan hidraulic jet floculator.  Gravel Bed Flokulator (GBF) GBF



adalah



Flokulator



yang



menggunakan



kerikil



untuk



sistem



pengadukannya. GBF ini dapat digunakan sebagai: - Pre treatment pada direct filtration karena mempunyai kemampuan untuk mengendapkan flok pada permukaan mediannya - Efluen GBF langsung dialirkan ke filter tanpa melalui Unit Sedimentasi II



Kelemahan Gravel Bed Flokulator : - Flok dapat menutupi pori pada bed flokulato - Bakteri dapat tumbuh dalam bed flokulator - Perlu pembersihan bed secara periodic  Baffled Chanel Flokulator (BCF) Flokulasi dalam flokulator plat (baffled flocculator) dilakukan dengan mengalirkan air melalui plat (baffles). Baik dalam bentuk vertikal atau horizontal,



92



jarak antara ujung tiap plat dan dinding sebaiknya dibuat sama atau 1-1.5 kali jarak antar plat (baffles).



Gambar 2.51 Pengadukan cepat dengan terjunan (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)



Gambar 2.52 Denah pengadukan lambat dengan baffled channel (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)



 Hidraulic Jet Flokulator (HJF) Hidraulic jet flokulator merupakan jenis flokulator hidrolis sederhana dalam konstruksi, operasi dan pemeliharaannya. HJF dapat dioperasikan sebagai unit pengaduk cepat yang diletakkan sebelum unit pengaduk lambat. Dioperasikan dengan gradien kecepatan menurun sehingga proses flokulasi berjalan sempurna. Aliran masuk dapat dilakukan secara horizontal ataupun vertikal (upflow atau downflow) untuk menjadi proses pengadukan menjadi kompak.



2) Pwngadukan Pneumatis Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas) berbentuk



gelembung



sebagai



tenaga



pengadukan.



Gelembung



tersebut



93



dimasukkan ke dalam air dan akan menimbulkan gerakan pada air (Gambar 2.14). Injeksi udara bertekanan ke dalam air akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan air. Aliran udara yang digunakan untuk pengadukan cepat harus mempunyai tekanan yang cukup besar sehingga mampu menekan dan menggerakkan air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan makin besar dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula. (Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012).



Gambar 2.53 Pengadukan cepat secara pneumatis (Sumber: Ali Masduqi, Abdu F. Assomadi, 2012)



Efektifitas Flokulasi Efisiensi dari proses flokulasi pada prakteknya seringkali dapat dilihat dari kualitas air setelah dilakukan pemisahan flok secara mekanik. Dengan demikian, cara pemisahan zat padat atau flok sangat penting dan sangat dipengaruhi oleh bentuk flok yang ada, misalnya untuk melakukan flotasi diperlukan bentuk flok yang lain berbeda dengan flok untuk sedimentasi. Jika dipakai sedimentasi diperlukan flok dengan berat jenis dan diameter yang besar. Pada proses flotasi dibutuhkan flok yang lebih kecil dan mempunya berat jenis yang lebih ringan tetapi mempunyai sifat untuk bergabung dengan gelembung udara. Untuk filtrasi dibutuhkan flok yang kompak yang cukup homogen dengan struktur yang kuat terhadap abrasi dan dengan sifat mudah melekat diatas partikel media penyaring (filter) untuk menjamin pemisahan yang efisien dan operasional penyaringan yang ekonomis. Untuk efek penjernihan air secara keseluruhan, belum cukup apakah flok bisa dipisahkan dari air secara efektif, karena belum dapat menjamin dengan pasti 94



apakah kualitas air yang diinginkan bisa tercapai hanya dengan kondisi ini saja. Selain itu dibutuhkan bahwa semua zat yang akan dihilangkan dari air juga melekat pada flok  Modifikasi Rancangan Flokulator Pelaksanaan modifikasi disarankan untuk rancangan flokulator yang kurang baik. Jika jalan air terlalu sempit, lakukan pelebaran sehingga aliran air berada pada jalan yang benar. Jika ada sesuatu yang mengalihkan flok atau mencegah flokulasi, lakukan modifikasi sehingga aliran air menjadi lambat atau mengubah titik injeksi setelah gangguan tersebut. - Mikro Flokulasi Dari teori GCT, jika C tinggi, T bisa diturunkan sedangkan G constant. Dengan kata lain jika kekeruhan tinggi (C), dibutuhkan sedikit waktu (T). Itulah sebabnya mengapa flokulasi gampang terjadi pada air baku dengan kekeruhan tinggi. Sebaliknya, jika kekeruhan air baku kecil, dibutuhkan T (waktu) lama. Biasanya, tidak mungkin memperpanjang waktu flokulasi dengan memperlambat kecepatan pengolahan. Dalam hal ini, flok kecil harus diangkut ke kolam sedimentasi sebelum menjadi cukup besar. Flok dengan ukuran yang tidak terlalu besar ini disebut mikro flok. Flok demikian bisa terkoalugasi tetapi tidak membentuk jembatan supaya mengendap. Mikro flok tidak bisa dihilangkan pada sedimentasi dan akan melayang ke filter. Dalam hal ini, filtrasi mikro flok harus dilakukan. Flok kecil yang berlebih tidak bisa dihilangkan dalam rentang waktu retensi terbatas pada kolam sedimentasi desain normal. Flok kemudian dibawa ke filtrasi.



95



B. Koagulan Di antara berbagai senyawa koagulan yang dapat digunakan dalam proses koagulasi dan flokulasi, Bahan koagulan atau zat kimia yang sering dipergunakan sebagai koagulan yaitu: a) Alumunium sulfat (Al2(SO4)3.14H2O) Biasanya disebut tawas, bahan ini sering dipakai karena efektif untuk menurunkan kadar karbonat. Tawas berbentuk kristal atau bubuk putih, larut dalam air, tidak larut dalam alkohol, tidak mudah terbakar, ekonomis, mudah didapat dan mudah disimpan. Penggunaan tawas memiliki keuntungan yaitu harga relatif murah dan sudah dikenal luas oleh operator water treatment. Namun terdapat juga kerugiannya, yaitu umumnya dipasok dalam bentuk padatan sehingga perlu waktu yang lama untuk proses pelarutan. b) Sodium aluminate (NaAlO2) Digunakan dalam kondisi khusus karena harganya yang relatif mahal. Biasanya digunakan sebagai koagulan sekunder untuk menghilangkan warna dan dalam proses pelunakan air dengan lime soda ash. c) Ferrous sulfate ( FeSO4.7H2O ) Dikenal sebagai Copperas, bentuk umumnya adalah granular. Ferrous Sulfate dan lime sangat efektif untuk proses penjernihan air dengan pH tinggi (pH >10). d) Chlorinated copperas Dibuat dengan menambahkan klorin untuk mengioksidasi Ferrous Sulfate. Keuntungan penggunaan koagulan ini adalah dapat bekerja pada jangkauan pH 4,8 hingga 11. e) Ferrie sulfate (Fe2(SO4)3) Mampu untuk menghilangkan warna pada pH rendah dan tinggi serta dapat menghilangkan Fe dan Mn. f) Ferrie chloride (FeCl3.6H2O) Dalam pengolahan air penggunaannya terbatas karena bersifat korosif dan tidak tahan untuk penyimpanan yang terlalu lama.



96



g) Polimer aluminium Sebagai unsur dasarnya ialah aluminium dan ini berhubungan dengan unsur lain membentuk unit yang berulang dalam satu rantai molekul yang panjang. Pada poly – aliminium – chlorida (PAC) unit yang berulang adalah Al-OH seperti digambarkan berikut ini:



Gambar 2.54 Unit berulang Al-OH (PAC)



Jadi, dengan demikian PAC menggabungkan netralsiasi dan menjembatani partikel– partikel koloid sehingga koagulasi berlangsung efisien. Adapun dosis koagulan yang ditambahkan kedalam air biasanya tergantung penelitian Laboratorium dengan percobaan Jar Test. h) Ozon Bila air yang akan diolah mengandung banyak zat organik yang menutup besi dan mangan maka diperlukan ozon yang memancing koagulas/flokulasi. Senyawa organic tersebut akan dirusak oleh ozon dan ion logam yang terbebaskan tersebut akan dioksidasi dan membentuk flok. i) Copper Sulfat (CuSO4) Banyak digunakan sebagai algicide (anti lumut) j) Gas Klor Banyak digunakan untuk koagulasi air laut



97



Tabel 2.20 Jenis Koagulan berdasarkan pH optimum Nama



Formula



Bentuk



Reaksi dengan air



Aluminium sulfat, alum sulfat,salum



Al2(SO4)3.xH2O



Bongkah bubuk



Asam



6,0-7,8



Sodium aluminat



NaAlO2 atau Na2Al2O4



bubuk



Basa



6,0-7,8



Poli aluminium klorida (PAC)



Aln(OH)mCl3n-m



Cairan,bubuk



Asam



6,0-7,8



Ferri sulfat



Fe2(SO4)3.9H2O



Kristal halus



Asam



4,0-9,0



Ferri klorida



FeCl3.6H2O



Bongkah,cairan



Asam



4,0-9,0



Ferri sulfat



FeSO4.7H2O



Kristal halus



Asam



>8,5



Rumus-rumus yang digunakan 1. Kebutuhan koagulan Koagulan = Dosis x Q ............................................................... (2.82)



Keterangan: - Koagulan = Kebutuhan Koagulan (kg/hari) - Dosis = Dosis Koagulan (mg/L) - Q = Debit Limbah (m3/s)



2. Kadar Kebutuhan Koagulan



Kadar Koagulan = C Koagulan x Koagulan .................... (2.83)



Keterangan: - Kadar Kebutuhan Koagulan = Kadar Koagulan yang Dibutuhkan (kg/hari) - C Koagulan = Kadar Koagulan (%) - Koagulan = Kebutuhan Koagulan (kg/hari)m3/s)



98



pH optimum



3. Volume Koagulan



Volume Koagulan =



Kadar kebutuhan koagulan ρ koagulan



.................. (2.84)



Keterangan: - V Koagulan = Volume Koagulan yang Dibutuhkan (L/hari) - Kadar Kebutuhan Koagulan = Kadar Koagulan yang Dibutuhkan (kg/hari) -  Koagulan = Densitas Koagulan (kg/L)



2.3.5 Unit Sedimentasi



Gambar 2.55 Mekanisme Pembersihan Lumpur dengan Scraper pada Bak Circular



Pada umumnya, sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum, pengolahan air limbah, dan pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan. Biasanya proses sedimentasi dilakukan setelah proses koagulasi dan flokulasi dimana tujuannya adalah untuk memperbesar partikel padatan sehingga menjadi lebih berat dan dapat tenggelam dalam waktu lebih singkat. Dengan kata lain, sedimentasi adalah suatu proses mengendapkan zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air yang dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi Ada beberapa pengertian mengenai Sedimentasi, yaitu : 1. Sedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid.



99



2. Sedimentasi adalah salah satu operasi pemisahan campuran padatan dan cairan (slurry) menjadi cairan beningan dan sludge (slurry yang lebih pekat konsentrasinya). 3. Sedimentasi adalah suatu proses mengendapkan zat padat atau tersuspensi non koloidal dalam air yang dilakukan dengan memanfaatkan gaya gravitasi.



Sedimentasi bisa dilakukan pada awal maupun pada akhir dari unit sistem pengolahan. Jika kekeruhan dari influent tinggi sebaiknya dilakukan proses sedimentasi awal (primary sedimentation) didahului dengan koagulasi dan flokulasi, dengan demikian akan mengurangi beban pada treatment berikutnya. Sedangkan secondary sedimentation yang terletak pada akhir treatment gunanya untuk memisahkan dan mengumpulkan lumpur dari proses sebelumnya (activated sludge, OD, dsb) dimana lumpur yang terkumpul tersebut dipompakan ke unit pengolahan lumpur tersendiri. Kecepatan pengendapan partikel yang terdapat di air tergantung pada berat jenis, bentuk dan ukuran partikel, viskositas air dan kecepatan aliran dalam bak pengendap. Dapat disimpulkan bahwa sedimentasi merupakan proses pemisahan dan pengendapan padatan dan cairan (solid-liquid) dengan menggunakan gaya gravitasi untuk mengendapkan partikel suspensi, baik dalam pengolahan air bersih (IPAM), maupun dalam pengolahan air limbah (IPAL).  Fungi Sedimentasi Menurut Kusnaedi (2002), tujuan pengolahan air minum merupakan upaya untuk mendapatkan air yang bersih dan sehat sesuai dengan standar mutu air. Proses pengolahan air minum merupakan proses perubahan sifat fisik, kimia, dan biologi air baku agar memenuhi syarat untuk digunakan sebagai air minum.Secara keseluruhan, proses sedimentasi berfungsi untuk : a. Mengurangi beban kerja unit filtrasi dan memperpanjang umur pemakaian unit penyaring selanjutnya b. Mengurangi biaya operasi instalasi pengolahan.



100



c. Memisahkan partikel utuh (discreet) seperti pasir dan juga untuk memisahkan padatan melayang (suspensi) yang sudah menggumpal.



Pada pengolahan air minum, terapan sedimentasi khususnya untuk: 1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan filter pasir cepat. 2. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat. 3. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur. 4. Pengendapan lumpur pada penyisihan besi dan mangan. 5. Pada pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan untuk : 6. Penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau). 7. Penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama. 8. Penyisihan flok/lumpur biologis hasil proses activated sludge pada clarifier akhir. 9. Penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter. .  Faktor-faktor yang mempengaruhi sedimentasi 1. Ukuran partikel, bentuk partikel, dan konsentrasi partikel Semakin besar semakin cepat mengendap dan semakin banyak yang terendapkan 2. Viskositas cairan, pengaruh sedimentasi



yaitu



viskositas



cairan



terhadap



kecepatan



dapat mempercepat proses sedimentasi dengan cara



memperlambat cairan supaya partikel tidak lagi tersuspensi. 3. Temperatur, bila temperatur turun, laju pengendapan berkurang. Akibatnya waktu tinggal di dalam kolam sedimentasi menjadi bertambah. 4. Berat jenis partikel



101



Proses sedimentasi didesain untuk memisahkan sejumlah padatan yang mudah mengendap secara gravitasi. Efisiensi bak sedimentasi yang ideal adalah fungsi dari kecepatan pengendapan partikel untuk dipisahkan (Vs), area permukaan bak (A), dan angka aliran melalui basin (Q), yang dapat ditunjukkan dengan 𝑄



𝑄



𝑠



𝐴𝑠



Persamaan Vs=𝐴 , dimana



lebih dikenal sebagai beban permukaan atau angka



overflow rate. Bangunan clarifier berfungsi untuk memisahkan lumpur aktif dari activated sludge dari MLSS. Lumpur yang mengandung bakteri yang masih aktif akan diresirkulasi kembali ke activated sludge dan lumpur yang mengandung bakteri yang sudah mati atau tidak aktif lagi dialirkan ke pengolahan lumpur. Langkah ini (pengolahan lumpur) merupakan langkah terakhir untuk menghasilkan efluen yang stabil dengan konsentrasi BOD dan suspended solid (SS) yang rendah. Bangunan clarifier ini terdiri dari empat zona, yaitu zona inlet, zona pengendapan, zona lumpur, zona outlet. Adapun faktor – faktor yang menjadi pertimbangan dalam desain adalah: - Tipe tangki yang digunakan - Karakteristik pengendapan sludge - Rate dari surface loading dan solid loading - Kecepatan aliran - Penempatan weir dan weir loading rate



Zona inlet dihubungkan dengan pipa dari outlet tangki aerasi dan dipasang valve sebagai pengatur debit yang akan masuk ke clarifier. Pada bagian dasar bak dibuat miring agar Lumpur yang sudah mengendap dapat dikumpulkan ke ruang Lumpur melalui bantuan scrapper. Ruang Lumpur pada clarifier berbentuk circular terletak pada bagian tengah bak. Lumpur yang terkumpul pada ruang lumpur akan dipompa dengan pompa sludge, sedangkan supernatant akan keluar melalui sistem pelimpah dan akan mengalami proses selanjutnya. Berdasarkan proses operasionalnya, bangunan clarifier ini memiliki dua fungsi, yaitu memisahkan MLSS dari air buangan yang diolah dan memadatkan return sludge. Kedua fungsi tersebut sangat berpengaruh dalam desain bangunan 102



clarifier. Sedangkan area yang dibutuhkan didasarkan pada overflow rate dari pertikel terkecil. Sedangkan berdasarkan jenis tangkinya, clarifier dapat dibedakan atas dua bentuk, yaitu rectangular dan circular. Untuk tangki circular, inlet baffle memiliki diameter antara 15 – 20 %, dari diameter tangki clarifier dan maksimum berada 1 meter di bawah level muka air untuk mencegah scouring (penggerusan). Diameter circular clarifier tergantung pada debit aliran dan surface settling area. Efisiensi bak juga tidak terlepas dari kedalaman bak dan waktu detensi, meskipun kedalaman yang rendah secara teoritis menguntungkan pengendapan partikel. Waktu detensi mempengaruhi efisiensi bak karena partikel flokulan menjadi besar dan berat akibat pencampuran dan mengendap lebih cepat (Kawamura, 1991). Perbandingan panjang dan lebar bak sedimen yang sesuai dengan kriteria adalah 6:1 - 4:1, sedangkan perbandingan lebar dengan ketinggian bak yaitu 3:1 - 6:1 (Kawamura,1991). Pada zone pengendapan terjadi proses pengendapan dari flokulen. Aliran laminar sangat berpengaruh dalam proses ini karena aliran tersebut dapat menjaga keutuhan flokulen agar tidak terpecah (Nre