PengendapanLatar Belakang Air baku yang digunakan dalam proses pengolahan air umnya mengandung total suspended solid yang dapat menyebabkan kekeruhan pada air baku. Kandungan total suspended solid di dalam air sangat bervariasi tergantung kualitas air baku. Pada saat musim kemarau kandungan total suspended solid akan menjadi lebih rendah dari pada kandungan total suspended solid pada saat musim hujan. Kandungan total suspended solid dapat diturunkan dengan proses pengendapan pada bak prasedimentasi.

Kopetensi Mahasiswa mampu memahami proses sedimentasi.

PengertianSedimentasi adalah proses pemisahan partikelpartikel melayang di dalam air oleh pengaruh gaya gravitasi atau gaya berat partikel. Berdasarkan tingkat konsentrasi partikel di dalam air dan kecenderungan partikel untuk saling berinteraksi, maka proses sedimentasi dapat digolongkan kedalam 4 tipe sedimentasi sebagai berikut :

Tipe-tipe pengendapan Tipe 1 : pengendapan partikel mandiri ( discrete particle settling ) Tipe 2 : pengendapan partikel floc ( floculant settling ) Tipe 3 : pengendapan secara perintangan ( hindered settling ) Tipe 4 : pengendapan secara pemampatan ( compression settling )

Tipe pengendapan Berdasarkan karakteristik suspensi di dalam air selama mengalami proses pemisahan di dalam kolam pengendapan pertama ( primary settling tanks ), maka analisis sedimentasi yang digunakan sebagai dasar dalam perancangannya adalah analisis pengendapan tipe 1 dan tipe 2.

Pengendapan tipe 1 Pengendapan sebuah discrete particle di dalam air hanya dipengaruhi oleh karakteristik air dan partikel yang bersangkutan dan dapat diterangkan dengan rumusrumus sederhana dalam mekanika fluida. Yang dimaksud dengan discrete particle adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran maupun berat selama partikel tersebut mengendap. Proses pengendapan partikel berlangsung semata-mata akibat pengaruh gaya partikel atau berat sendiri partikel. Pengendapan akan berlangsung sempurna apabila aliran dalam keadaan tenang ( aliran laminar )

Gerakan partikelAkibat beratnya sendiri, partikel yang mempunyai rapat masa lebih besar dari rapat masa air akan bergerak vertikal ke bawah. Gerakan partikel di dalam air yang tenang akan diperlambat oleh gaya hambatan akibat kekentalan air (drag force) sampai dicapai suatu keadaan dimana besar gaya hambatan setara dengan gaya berat efektif partikel di dalam air. Setelah itu gerakan partikel akan berlangsung secara konstan dan disebut terminal settling velocity.

Gaya berat partikelGaya berat partikel dalam air (impelling force) merupakan resultant antara gaya berat partikel dan gaya apung (buoyant force). Fi = Fv Fb (1) dengan : Fi = gaya berat efektif partikel dalam air, Fv = gaya berat partikel, Fb = gaya apung. Apabila Fv = s . g . Vp dan Fb = v . g . Vp, maka : Fi = ( s w ). g . Vp (2)

Gaya berat partikeldengan : s = rapat masa partikel, w = rapat masa air, g = percepatan grafitasi bumi, Vp = volume partikel Gaya hambatan yang dialami selama partikel bergerak di dalam air dipengaruhi oleh kekasaran, ukuran, bentuk, dan kecepatan gerak partikel serta rapat masa dan kekentalan air.

Gaya hambatanGaya hambatan yang dialami selama partikel bergerak di dalam air dipengaruhi oleh kekasaran, ukuran, bentuk, dan kecepatan gerak partikel serta rapat masa dan kekentalan air. Fd = . CD . Ap . . Vs2 (3) dengan : Fd = gaya hambatan, Ap = luas proyeksi partikel, Vs = kecepatan gerak partikel, CD = koefisien hambatan.

Hubungan koefien drag dengan NRe Koefisien drag merupakan fungsi dari bentuk partikel dan bilangan Reynolds ( Re ). CD = 24/ Re .. (4) Re = ( dp . w . Vs ) / (5) dengan : dp = diameter partikel, = angka kekentalan dinamis. Hubungan antara bentuk partikel, bilangan Reynolds dan koefisien drag dapat dilihat pada gambar berikut :

Kecepatan pengendapan Untuk memperoleh hasil yang optimal, maka kolam pengendapan dirancang berdasarkan ukuran butir yang paling dominan. Apabila kecepatan pengandapan partikel tersebut vt , maka semua partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan sama atau lebih besar dari vt akan diendapakan pada dasar kolam. Dengan demikian apabila luas permukaan kolam A, maka besarnya laju pemisahan partikel dari aliran air adalah :

Kecepatan pengendapanUntuk memperoleh hasil yang optimal, maka kolam pengendapan dirancang berdasarkan ukuran butir yang paling dominan. Apabila kecepatan pengandapan partikel tersebut vt , maka semua partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan sama atau lebih besar dari vt akan diendapakan pada dasar kolam. Dengan demikian apabila luas permukaan kolam A, maka besarnya laju pemisahan partikel dari aliran air adalah :

Q = A . vt

Kecepatan pengendapanSelanjutnya : vt = Q / A dan disebut laju pembebanan permukaan (surface loading rate atau overflow rate ). Jadi kalau pembebanan permukaan setara dengan kecepatan pengandapan.

Kolam pengendapan idealPada kolam pengendapan yang ideal dengan aliran continue, maka panjang kolam dan waktu tinggal ditentukan sedemikian sehingga semua partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan vt akan mengendap di dasar kolam.

Pengaruh Ukuran partikelmengingat bahwa ukuran butir partikel di dalam air sangat bervariasi, maka tidak semua partikel dapat diendapkan di dalam kolam pengendapan. Dengan demikian hanya partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan sama atau lebih besar dari vt akan tertahan secara sempurna di dalam kolam pengendapan.

Efesiensi pengendapanpengendapan tidak langsung dipengaruhi oleh kedalaman kolam, tetapi dipengaruhi oleh kecepatan pengendapan. Oleh sebab itu untuk memperoleh hasil yang optimal, kolam pengendapan dirancang tidak terlalu dalam.

Pengendapan tipe 2Partikel yang berada dalam larutan encer sering tidak berlaku sebagai partikel mandiri (discrete particle) tetapi sering membentuk gumpalan (flocculant particle) selama mengalami proses sedimentasi. Bersatunya beberapa partikel membentuk gumpalan akan memperbesar rapat masanya, sehingga akan mempercepat pengendapannya.

Pengendapan tipe 2Proses penggumpalan (flocculation) di dalam kolam pengendapan akan terjadi tergantung pada keadaan partikel untuk saling berikatan dan dipengaruhi oleh beberapa variabel seperti laju pembebanan permukaan, kedalaman kolam, gradient kecepatan, konsentrasi partikel di dalam air dan range ukuran butir. Pengaruh dari variabel-variabel tersebut dapat ditentukan dengan percobaan sedimentasi.

Karakteristik pengendapanKarakteristik dari pengendapan partikel flok, dapat ditentukan dengan percobaan yang menggunakan sebuah kolom pengendapan. Untuk mendapatkan hasil yang memuaskan digunakan kolom dengan tinggi 3 m dan diameter 150 mm. kolom pengendapan dilengkapi dengan krans pengambil sampel air dengan jarak vertical 0,6 m. dengan hati-hati kolom diisi dengan larutan suspense sehingga diperoleh distribusi ukuran butir yang cukup seragam pada sepanjang kolom dan dijaga agar partikel mengendap dalam suasana tenang.

PengendapanPengambilan sampel air dilakukan berdasarkan variasi waktu dan kedalaman air. Untuk selanjutnya sampel air dianalisis kandungan partikelnya. Fraksi partikel yang mengendap selanjutnya diplotkan dengan variasi waktu dan keadaan, seperti disajikan pada gambar berikut :

Kriteria rancanganDetention Time Untuk memberikan kesempatan yang cukup bagi berlangsungnya proses pemisahan partikel yang terdapat di dalam air limbah, maka diperlukan waktu yang cukup bagi air limbah untuk sementara waktu tinggal di dalam kolam pengendapan. Waktu tinggal yang umum digunakan untuk merancang kolam pengendapan pertama dalam suatu instalasi pengolahan air limbah adalah 1,5 2,5 jam.

Kriteria penngendapanSurface loading Kolam pengendapan biasanya dirancang berdasarkan laju pembebanan permukaan yang mengekpresikan volume air yang melewati permukaan kolam per satuan waktu. Agar diperoleh hasil yang memuaskan, maka laju permukaan pada saat debit puncak besarnya sebaiknya 3 kali debit rata-rata untuk instalasi kecil dan 1,5 kali untuk instalasi besar.

Kriteria pengendapanLaju pembebanan permukaan yang umum digunakan dalam perancangan kolam pengendapan pertama adalah 32-48 m3/m2.det untuk debit rerata dan 80-120 m3/m2.det untuk debit puncak.

Kriteria pengendapanWeir loading Weir loading mengekpresikan volume air yang melewati outlet yang berbentuk pelimpah per satuan panjang per satuan waktu. Weir loading tidak mempunyai pengaruh yang cukup berarti terhadap efisiensi kolam pengendapan, tetapi diperlukan untuk menentukan ukuran dan bentuk peluapan yang dipergunakan pada bagian outlet. Kriteria umum yang digunakan bagi weir loading adalah 125-500 m3/m1.det.

Kriteria pengendapanScouring velocity Proses pengendapan partikel berlangsung dengan baik apabila aliran air dalam keadaan tenang (laminer). Kecepatan aliran hendaknya tidak melebihi kecepatan gerusan, agar partikel yang telah mengendap tidak tergerus dan melayang lagi. Besarnya kecepatan gerusan (scouring velocity) terutama dipengaruhi oleh specific gravity dan ukuran butir partikel, seperti dirumuskan oleh Camp sebagai berikut :

Proses pengendapanProses pengendapan dimulai dari masuknya air limbah ke kolam pengendapan melalui inlet dan disebarkan menuju daerah pengendapan. Penempatan baffle atau adukan di belakang inlet akan menyebarkan aliran dan memperkecil ruang tak berguna dalam kolam. Di daerah pengendapan terjadi pemisahan partikel lumpur yang terdapat dalam air.

Lumpur pengendapanpartikel-partikel lumpur mengendap dan terkumpul di daerah kantong endapan, sedang airnya mengalir ke daerah outlet melalui suatu sistem peluapan sehingga hanya air lapis atas saja yang masuk ke bagian outlet untuk dibawa ke pemrosesan selanjutnya.

lumpur pengandapanLumpur yang terdapat di daerah kantong endapan ditarik menuju ke bagian pengeluaran lumpur dengan menggunakan sebuah garuk / scrapper dan selanjutnya dikeluarkan dengan pompa lumpur menuju ke tempat pemrosesan lumpur. Scrapper digerakkan sangat perlahan-lahan untuk menjaga agar lumpur yang sudah mengendap tidak melayang lagi.