FILTRASI [PDF]

Citation preview

PERHITUNGAN BAK FILTRASI 1. Kriteria Desain Kecepatan filtrasi



= 6 m/jam



Kecepatan backwashing



= 36 m/jam



Persentase ekspansi



= 35%



Ketebalan media pasir (single media)



= 60 cm



ES pasir



= 0,3 mm



UC pasir



= 1,2



Porositas



= 0,4



Kadar SiO2



= > 95 %



Ketebalan lapisan penyangga (kerikil)



= 8,5 cm



ES kerikil



= 5 mm



Kehilangan tekanan (Rand Sand Filter)



= 0,2 m



(Sumber: Revisi SNI 19-6774-2002) Sistem underdrain: Rasio luas orifice : luas bed



= 0,0016 : 1



Rasio luas lateral : luas orifice



= (2) : 1



Rasio luas manifold : luas lateral



= (2) : 1



Diameter orifice (Do)



= 1 cm



Jarak antar orifice = Jarak antar lateral



= 10 cm



(Sumber: Fair & Geyer, 1968) Sistem perpipaan: kecepatan pipa inlet (vi)



= 1 m/det



kecepatan pipa outlet (vo)



= 1,1 m/det



kecepatan pada drain (vd)



= 1,2 m/det



kecepatan pada wash line (vw)



= 2,6 m/det



(Sumber: Droste, 1997) 2. Perencanaan Bak filtrasi yang direncanakan adalah filtrasi dengan single media. Media yang digunakan berupa pasir kwarsa dan kerikil



sebagai lapisan



penyangganya. Jenis saringan yang digunakan adalah Rapid Sand Filter (RSF) dan tipe pencucian dengan backwashing. Debit rencana



= 10 liter/detik = 0,10 m3/detik



Kecepatan filtrasi (vf)



= 6 m/jam = 0,00166 m/detik



Diameter orifice (Dor)



= 1 cm = 0,01 m



A orifice (Aor)



= 0,0016 x Af



W lat = 10 cm



= 010 m



Kecepatan backwash (v backwash)



= 36 m/jam



Tebal lap pasir (Lp)



= 60 cm = 0,6 m



Tebal lap kerikil (Lk)



= 10 cm = 0,1 m



Diameter pasir (Dp)



= 0,6 mm = 0,0006 m



Diameter kerikil (Dk)



= 4 mm = 0,004 m



Porositas awal (Po)



= 0,4







= 8,93 . 10-7



N Re pasir



=5



 pasir



= 0,82 (bulat)



Luas lateral (A lat)



= 1 x A or



Luas manifold (A man)



= 2 x A lat



Ekpansi kerikil akibat vbw



= 10 %



Waktu backwash (tbw)



= 10 menit = 600 detik



m2/det



3. Perhitungan Desain 



Bak Filtrasi -



Jumlah bak n=12. Q 0,5 n=12. 0,010,5 n=1,2 n ≈ 1 bak Ditambah 1 bak cadangan, sehingga jumlah bak yang beroperasi adalah 2 bak.



-



Dimensi bak 1 Debit tiap filter, Q f = . 0,01=0,01 m3/detik 1 Luas tiap unit filter, A f =



Qf 0,001 m3 /detik = v f 20,0016 m/detik A f =6,2 m2



Jika P : L = 1 : 2, maka A f =2 . L2 6,2 m 2=2 . L2 L=4,3 m P=8,6 m H=4 m 



Sistem Underdrain -



Orifice 1 2 Luas bukaan, A¿ = . D 4 ¿



1 .3,14 .(0,01 m)2 4



¿ 7,85 .10−5 Jumlah lubang tiap filter, n=



0.0025. A f A¿



0,0025. 22 m2 n= 7,85 . 10−5 m 2 n=197 lubang -



Lateral Luas bukaan, Alat =2× A ¿ ×n ¿ 2 ×7,85 ×10−4 × 197 ¿ 0,030 m 2



-



Manifold Luas total, Aman =1,5 × A ¿ ¿ 1,5 ×0,030 m 2 ¿ 0,045 m2



Diameter, D man=



√ ¿



4 . Aman π



√



4 . 0,045 3,14



¿ 0,239 m ¿ 239 mm Pman=Pman=8,6 m



-



Jumlah pipa lateral, n= ¿



P man ×2 W lat 8,6 2 0,10



¿ 172 buah Jumlah lateral tiap sisi =



172 =86 buah 2



Panjang pipa lateral tiap sisi : Plat =



Lbak −D man – (2 ×W lat ) 2 ¿



Diameter pipa lateral,



4,3−0,239 – ( 2× 0,10 ) =1,930 m 2



D lat =



√ ¿



Alat n π



4×



√



Jumlah orifice tiap lateral, n=







0,030 86 = 0,021 m=21 mm 3,14 π



4×



197 = 8 lubang 86



Sistem Inlet Inlet masing-masing unit filtrasi dilengkapi dengan sebuah valve yang berfungsi sebagai pembuka dan penutup saluran air saat akan filtrasi dan pencucian (backwash). -



Inlet berupa pipa Debit tiap saluran, Q i=



0,10 m 3 /detik 3 =0,05 m /detik 2



Kecepatan dalam saluran adalah 0,6 m/detik (sesuai dengan kriteria: 0,6-1,8 m/detik) Dimensi pipa: A=



0,05 m 3 /detik = 0,080 m2/detik 0,6 m/detik



1 A= D 2 4 1 0,080 m 2 /detik= × 3,14 × D 2 4 D=0,32m -



Back wash -



Pasir Kecepatan back wash, v bw=6 ×v f ¿ 6 ×0,00166 10−3 ¿ 0,099 m/detik Porositas saat ekspansi: 1 / 4,5 ρw Pe=2,95× ❑1/3,6 × ρs−ρw g



(



¿ 2,95 ×



( 0,893 .10−6 )



1 /4,5



( 9,81 )1 /3,6



×



¿ 1,1709 = 0,© Persentase ekspansi: % ekspansi= ¿



Pe−Po 1−Pe



0,1−0,4 1−0,1



¿ 50 % Tinggi ekspansi: % ekspansi=



¿−Lp ×100 Lp



0,5=



¿−0,6 0,6



(



1/ 3,6



)



v bw1 /3 × 1/ 2 Dp



997 2600−997



1 /3,6



)



×



( 0,099 )1 /3 ( 0,0006 )1 /2



¿=1 ,05 m ¿=1 m -



Kerikil Tinggi ekspansi: % ekspansi=



¿−Lk ×100 Lk



0,1=



¿−0,1 0,1



¿=1 ,05 m ¿=0,11 m Porositas saat ekspansi: Pe−Po ¿−Lk = 1−Pe Lk Pe−0,4 0,11−0,1 = 1−Pe 0,1 Pe=0,5 Debit back wash, Q bw =v bw × A bak ¿ 0,099



m ×6,2 m 2 detik



¿ 0,613 m3 /detik Volume back wash, v bw=Q bw ×t bw ¿ 0,613



m3 ×600 detik detik



¿ 367,8 m3 -



Saluran Penampung Air Pencuci



Air bekas pencucian yang berada diatas media penyalir dialirkan ke gullet melalui gutter dan selanjutnya keluar melalui pipa pembuangan. Dasar saluran gutter harus diletakkan di atas ekspansi maksimum pada saat pencucian. Hal ini dilakukan agar pasir pada media penyaring tidak ikut terbawa pada saat pencucian. -



m jam Debit pencucian, Q= ×6,2 m 2 3600 36



¿ 0,062 m 3 /detik -



Saluran gutter: Panjang gutter, Pg = 8,6 m dan lebar gutter, Lg = 0,4 m. Sehingga kedalamaan air di saluran gutter adalah Q Hg= 1,38 × Lg



[



2 /3



]



m3 0,2167 detik ¿ 1,38 × 0,4 m



[



]



2 3



¿ 0,5 m -



Air sisa pencucian dari gutter akan masuk ke dalam gullet dengan: Lebar saluran, Lbuang = 0,2 m Debit yang akan ditampung, Qbuang = 0,062 m3/detik Tinggi air dalam saluran: Q H buang = 1,38× Lbuang



[



]



2/ 3



¿



[



0,062 1,38 ×0,2



¿ 0,3 m



]



2 3







Sistem Outlet Air yang telah disaring akan dialirkan melalui pipa outlet yang bersambungan dengan pipa manifold, menuju ke reservoir. Diameter pipa outlet sama dengan pipa manifold.







Kehilangan Tekan a. Headloss pada media bersih -



Pasir Cek bilangan Reynold, N ℜ=



× Dp × v f ❑ 0,82× 0,0006 ×0,00166 ¿ 8,93 10−7 ¿ 0,914 ¿ 0,914< 5(ok )



24 3 +0,34 Koefisien drag, C D = N + ℜ √N ℜ ¿



24 3 + +0,34 0,914 √ 0,914



¿ 29,7 vf 2 1,067 C D 1 Headloss, hf p = × × Lp× 4 × ❑ g Dp Po ¿



1,067 29,7 0,001662 1 × × 0,6 × × 4 0,82 9,81 0,0006 0,4



¿ 0,42 m -



Kerikil



N ℜ= ¿



v f × Dk 1 × ❑ 1−Po 1 0,00166 ×0,004 × 1−0,4 8,93 10−7



¿ 12,39 ¿ 12,39>5( ok)



hf k =180× ❑ × g



( 1−Po )2 v f × × Lk Po3 Dk 2 2



¿ 180 ×



8,93 .10−7 ( 1−0,4 ) 0,00166 × × × 0,1 9,81 0,43 0,004 2



¿ 0,009 m -



Headloss total media: hf media =Hf air +hf pasir +hf kerikil ¿ 0,11+ 0,68+0,001 ¿ 0,788 m



b. Headloss system underdrain -



Orifice Debit tiap filter = 0,01 m3/detik Debit orifice, Q ¿ =



Q1 n¿ ¿



0,01 86



¿ 1,16 .10−4 m3 /detik



Kecepatan di orifice, v ¿=



Q¿ A¿



¿



1,16. 10−4 7,85 .10−5



¿ 1,477 m/detik



Headloss, hf ¿ =1,7 ×



v ¿2 2.g



¿ 1,7 ×



1,4772 2.9,81



¿ 0,018 m -



Lateral Q lat =



Q1 nlat ¿



0,01 86



¿ 1,16 .10−4 m 3 /detik



vlat =



Qlat Alat ¿



1,16. 10−4 m3 /detik 0,030 m 2



¿ 3,86 . 10−3 m/detik hf lat =1,3 × hf ¿ 1,3 × f ×



Llat v lat 2 × D lat 2. g 2



−3 4,3 ( 3,86 .10 ) ¿ 1,3 ×0,026 × × 21 2. 9,81



¿ 1,36 .10−8



-



Manifold Q man =



v man =



Q 1 0,01 = =0,01m 3 /detik nman 1



Q man 0,01 m3 /detik = =0,2m/detik A man 0,045 m 2



Lman v man 2 hf man=1,3 × f × × Dman 2. g ¿ 1,3 ×0,026 ×



8,4 0,22 × 0,239 2.9,81



¿ 2,42 .10−3 m -



Headloss total underdrain hf underdrain=hf ¿ +hf lat +hf man ¿ 0,018+1,05 . 10−8 +2,42 .10−3 ¿ 0,020 m



c. Headloss total awal hf awal =hf media + hf underdrain ¿ 0,788 m+0,020 ¿ 0,808 m d. Headloss media pada saat back wash -



Pasir N ℜ=



v bw × Dp 1 × ❑ 1−Pe ¿



1 367,8 ×0,0006 × 1−0,01 8,93. 10−7



¿ 24.961



0,8



hf p =130× ❑ × g ¿ 130 ×



1,8 v bw1,2 ( 1−Pe ) × ×≤¿ Pe3 Dp 1,8



( 8,93 .10−7 )



0,8



×



9,81



( 1−0,01 )1,8 367,81,2 × ×1 0,013 0,00061,8



¿ 1,42 m -



Kerikil N ℜ=



v bw × Dk 1 × ❑ 1−Pe



¿



1 367,8 ×0,004 × 1−0,01 8,93. 10−7



¿ 166,412



0,8 ( 1−Pe ) hf k =130× ❑ × g Pe3



1,8



0,8



¿ 130 ×



( 8,93 .10−7 ) 9,81



×



v bw 1,2 × 1,8 ×≤¿ Dk



( 1−0,01 )1,8 367,81,2 × ×1 0,013 0,004 1,8



¿ 4,678 m e. Headloss sistem underdrain pada saat backwash -



Orifice Debit orifice, Q ¿ =



Q bw n¿ ¿



0,613 86



¿ 7,12 .10−3 m3 /detik Kecepatan di orifice, v ¿=



Q¿ A¿ ¿



7,12. 10−3 7,85. 10−5



¿ 9,07 m/detik



Headloss, hf ¿ =1,7 ×



v ¿2 2.g



¿ 1,7 ×



1,4772 2.9,81



¿ 0,189 m -



Lateral Q lat =



Qbw nlat ¿



0,613 84



¿ 7,29 .10−3 m3 /detik



vlat =



Qlat Alat ¿



7,29. 10−3 m 3 /detik 0,030 m 2



¿ 0,243 m/detik hf lat =1,3 × hf Llat v lat 2 ¿ 1,3 × f × × D lat 2. g 2



( 0,243 ) 4,3 ¿ 1,3 ×0,026 × × 0,021 2 . 9,81 ¿ 0,02 .10−4 m -



Manifold



Q man = v man=



Q bw 0,613 3 = =0,613 m /detik nman 1



Qman 0,613 m3 /detik = =1,36 m/detik A man 0,45m2



Lman v man 2 hf man =1,3 × f × × D man 2. g ¿ 1,3 ×0,026 ×



8,4 1,362 × 0,239 2.9,81



¿ 0,111 m f. Headloss total pada saat backwash hf bw =hf media + hf underdrain ¿ 0,78+0,020+ 2,465+ 1,01.10−4 +0,079 ¿ 3,344 m 



Pompa Back Wash -



Headloss pada pompa hf pompa =hf bw +hs+ sisa tekan=3,344+5+ 1=9,344 m



-



Daya pompa P= ρ× g × Qbw × hf pompa ¿ 997 × 9,81× 0,613× 9,344 ¿ 56021,8530 watt ¿ 75,1265 HP



PERHITUNGAN VOLUME RESERVOIR Kapasitas reservoir ini dapat ditentukan bila diketahui fluktuasi pemakaian air harian tersebut : Perhitungan fluktuasi pemakaian air :  







 















Kolom 1 Waktu pemakaian air Kolom 2 Jumlah jam pada waktu pemakaian air 24.00 – 02.00 = 2 jam Kolom 3 Suplay air per jam dalam % dari sistem transmisi 100% / 24 jam = 4.17% Kolom 4 Diketahui dari survey penelitian terhadap fluktuasi pemakaian air = 0,75% Kolom 5 Total Supplay air (%) = jumlah jam x supplay air per jam = 2 jam x 4.17 % = 8.34 % Kolom 6 Total pemakaian (%) = jumlah jam x pemakaian per jam (%) = 2 jam x 0,75 % = 1,5 % Kolom 7 Supply demand (surplus) = supplay total (%) – Pemakaian total (%) = 8,34 % - 1,5 = (+) 6,84 % (Jika nilai positif) Kolom 8 Supply demand (deficit) = supply total (%) – pemakaian total (%) = 12,51 – 18 = (-) 5,49% (Jika nilai negatif) Dengan cara yang sama maka didapat fluktuasi pemakaian air pada tabel 1 di bawah ini :



Tabel 1. Fluktuasi Pemakaian Air



Waktu



Jumlah Jam



Supply air per jam %



Pemakaian per jam %



Total supply (%)



Total pemakaian



24.00-02.00 02.00-06-00 06.00-09.00 09.00-12.00 12.00-13.00 13.00-15.00 15.00-20.00 20.00-21.00 21.00-22.00 22.00-24.00



2 4 3 3 1 2 5 1 1 2



4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17 4.17



0.75 4.00 6.00 8.00 5.00 6.00 4.50 1.75 3.00 0.75



8.34 16.68 12.51 12.51 4.7 8.4 20.85 4.7 4.17 8.34



1.5 16 18 24 5 12 22.5 1.75 3 1.5



Jumlah



Volume Reservoir Surplus Defisit



6.84 0.68 2.42 1.17 6.84 17.95



Untuk mencari volume reservoir perlu dihitung terlebih dahulu besarnya permukaan yang lebih besar dari debit yang disediakan (defisit) dari supply rata-rata harian reservoir selama pengaliran 24 jam, supply rata-rata tiap jamnya adalah : 100% / 24 jam = 4,17 % Untuk menghitung volume reservoir, maka digunakan nilai rata-rata dari jumlah persentase di atas karena perbedaan diantara kedua jumlah tersebut sebenarnya hanya untuk menghitung kapasitas reservoir dan perbedaan diantara kedua jumlah tersebut sebenarnya hanya mereupakan pembulatan. Dengan demikian maka diperoleh harga rata-rata kapasitas reservoir adalah sebesar : Z=



17.95+ 23.12% 2



= 29.51 Volume reservoir adalah volume yang digunakan untuk menampung sejumlah air yang dipergunakan apabila pemakaian debit melebihi dari pemakaian rata-rata atau untuk memenuhi kebutuhan puncak. Volume Reservoir = Z% x Debit rata-rata tahun 2025



5.49 11.49 0.83 3.66 1.65 23.12



Q rata-rata tahun 2025



= 1549.10 L/det = 1.55 m3/det



Maka : Volume Reservoir = 29.51% x 1.55 m3/det x 86.400 det/hari = 39.519 m3/hari ≈ 39.000 m3/hari Untuk mengantisipasi adanya keperluan mendadak maka volume reservoir ditambah 10% dari volume reservoir : Volume reservoir = (10% x 39.000 m3/hari) + 39.000 m3/hari = 42.900 m3/hari Untuk mencari dimensi reservoir, diasumsikan reservoir memiliki kedalaman 4 meter dengan perbandingan panjang dan lebar adalah 2 : 1, sehingga didapat demensi reservoir sebagai berikut : Volume reservoir = P x L x T 42,900 m3/hari PxL



= P x L x 4m



42,900 4



;P



= 2 L (P : L = 2 : 1)



2 L x L = 10.725 L2 =



10.725 2



L2 = 536 L = 23.1 m Panjang (P)



=2L = 2 (23.1) = 46.2 m



Jadi dimensi reservoir adalah : Panjang (P)



= 46.2 ≈ 47 m



Lebar



= 23.1 ≈ 24 m



(L)



Tinggi ( kedalamanan) (t) = 4 m



PERENCANAAN UNIT DESINFEKSI Desinfektan yang digunakan adalah kaporit, metode pembubuhan yang dipakai yaitu di injeksikan dengan menggunakan pipa, lalu di salurkan ke reservoir. Kaporit berfungsi membunuh bakteri dan protozoa yang berbahaya di air serta menghambat pertumbuhan lumut. Kaporit yang di injeksikan berupa kaporit yang sudah cair. Terkadang pembubuhan kaporit juga di lakukan pada reservoir sebelum di didistribusikan, hal ini terjadi apabila terjadi blooming lumut pada air di dalam reservoir.