kajian kinerja teknis proses dan operasi unit...

www.themegallery.com

KAJIAN KINERJA TEKNIS PROSES DAN OPERASI UNIT KOAGULASI-FLOKULASI-SEDIMENTASI PADA

INSTALASI PENGOLAHAN AIR (IPA) BABAT PDAM KABUPATEN LAMONGAN

SEMINAR AKHIR

MahasiswaYantri Novia Pramitasari

3309 100 063

Dosen Pembimbing Alfan Purnomo, ST. MT.

Jurusan Teknik Lingkungan Teknik Sipil dan PerencanaanInstitutFakultas Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya 2012


BAB 1

BAB 4

BAB 2BAB 3

SEMINAR TUGAS AKHIR


BAB 1 PENDAHULUAN

Latar Belakang

Rumusan Masalah

Tujuan

Manfaat4

1

2

3

PENDAHULUAN

Ruang Lingkup5


LATAR BELAKANG

IPA Babat merupakan IPA dengan pengolahan secara konvensional.

Dalam proses dan pengoperasian terdapat masalah pemakaian bahan kimia (koagulan) yang berlebihan.

Tidak ada perhitungan/ percobaan dengan metode jar test terlebih dahulu dalam menentukan dosis koagulan.

Perlu adanya evaluasi, baik kinerja teknis proses dan operasi unit bangunan.


Kinerja teknis & operasi unit koa-flok-sed ?

Dosis optimum koagulan pada BulanNopember 2012 danBulan Februari-April

2013?

RUMUSAN MASALAH


Mengkaji kinerja teknis proses dan operasi khususnya unit koagulasi-

flokulasi-sedimentasi.

Mengetahui dosis optimum pembubuhan koagulan pada Bulan Nopember 2012

dan Bulan Februari-April 2013

TUJUAN


MANFAAT

Dapat memberikan kontribusiinformasi/ identifikasi masalah danrekomendasi mengenai kinerjateknis proses dan operasi unitkoagulasi-flokulasi-sedimentasi diIPA babat


RUANG LINGKUP

Kekeruhan air baku(Bulan Nopember 2012 dan Bulan Februari-April 2013)

dosis koagulan yang dibubuhkan(45, 50, 55, 60, 65, dan 70 mg/liter)

Proses dan operasi unit koagulasi-flokulasi-sedimentasi pada IPA BabatAnalisa&obyek

penelitian

Variabel yang digunakan

Parameter yang diuji

Kekeruhan dan pH


TINJAUAN PUSTAKA

Kualitas Air Minum

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Sedimentasiberfungsi mengendapkan flok dari pengaduk lambat yang ukuran, bentuk, dan beratnya berubah selama proses pengendapan.

Flokulasi (slow mix)penggabungan partikel-partikel yang tidak stabil melalui proses pengadukan (stirring), sehingga terbentuk gumpalan/ flok yang dapat diendapkan atau disaring (Degremont,1979).

Koagulasi (flash mix)

Penambahan dan pengadukan cepat koagulan dengan tujuan mendestabilisasi partikel2 koloid (Reynold, 1996).

air minum adalah air yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum (PERMENKES No. 492 Thn 2010).


3.1 Evaluasi Kondisi

Eksisting

3.2 Persiapan

Teknis Penelitian

3.2.2 Pembuatan

Air Baku Buatan

3.2.1 Perlakuan terhadap Air Baku

PDAM

BAB 3

3.2.3 Pembuatan

Larutan Standar Kalibrasi

BAB 3 METODA PENELITIAN


3.4Analisa

Data

3.4.1 Evaluasi

Unit Bangunan

3.4.2 Perhitungan

Efisiensi Pemakaian Koagulan

3.3Percobaan

Sistem Batch

3.3.2 Penentuan

Dosis Optimum Koagulan

3.3.1 Pembuatan

larutan tawas 10%

3.3.3 Pengukuran

td Sedimentasi

3.3.4 Pengukuran kekeruhan &

pH akhir

BAB 3

METODA PENELITIAN


METODA PENELITIAN

3.5 Interpretasi

Data danPenarikan

Kesimpulan


3.1 Evaluasi Kondisi Eksisting Unit Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi

Kinerja teknis operasi merupakan faktor yang mempengaruhi kinerja proses dalam suatu bangunanunit IPA.

Oleh sebab itu, perlu adanya evaluasi kondisi eksisiting unit bangunan untuk mengetahui apakahteknis operasi bangunan sudah memenuhi kriteria desain atau belum.

Cara mengevaluasi unit bangunan eksisting tersebut adalah sebagai berikut:• Pengaduk cepat (koagulasi)- Pengambilan data kondisi eksisting yang diamati meliputi, jumlah unit dan dimensi bak.- Evaluasi parameter perencanaan yang meliputi, waktu detensi (td) dan nilai gradien kecepatan (G).

• Pengaduk lambat (flokulasi)- Pengambilan data kondisi eksisting yang diamati meliputi, jumlah unit dan dimensi bak.- Evaluasi parameter perencanaan yang meliputi, waktu detensi (td) dan nilai gradien kecepatan (G).

• Sedimentasi- Pengambilan data kondisi eksisting yang diamati meliputi, jumlah unit dan dimensi bak.- Evaluasi parameter perencanaan yang meliputi, beban permukaan (Q/A), waktu detensi (td), & Nre.


3.2 Persiapan Teknis Penelitian

3.2.1 Perlakuan terhadap Air Baku PDAM

Pengambilan sampel air baku dilakukan sebanyak 5-7 kali.

Diukur kekeruhan dan pH awal sampel air baku di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS.

Hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kekeruhan dan pH Awal Sampel Air

3.2.2 Pembuatan Air Baku Buatan

Pembuatan air baku buatan dilakukan untuk memenuhi kebutuhan akan air baku yang digunakanuntuk sampel agar selalu tersedia.

Air baku ini dibuat dengan mencampurkan aquades dengan lumpur Sungai Bengawan Solo yangsudah dikeringkan dan dihaluskan.


3.2.3 Pembuatan Larutan Standar Kalibrasi

Larutan standar kalibrasi digunakan untuk membuat kurva kalibrasi dan menentukan panjanggelombang yang optimum untuk pembacaan kekeruhan dengan alat spektrofotometer.

Dari larutan standar yang sudah dibuat kemudian mengukur 1 jenis kekeruhan larutan standardengan variasi panjang gelombang. Berikiu Tabel 3.1 merupakan hasil kalibrasi larutan standardalam menentukan panjang gelombang optimum.

Tabel 3.1 Hasil Kalibrasi Larutan Standar dalam Menentukan Panjang Gelombang OptimumPanjang Gelombang

(Sb. X)Absorbansi

(Sb. Y)0 0

350 168360 169370 157380 145390 145400 132410 125420 109450 93

Sumber: Hasil Percobaan, 2013

Con’t


Con’t

Berdasarkan Tabel 3.1 dapat dibuat grafik panjang gelombang optimum untuk mengukurkekeruhan selama percobaan berlangsung seperti pada Gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.2 Kurva Kalibrasi Larutan Standar dalam Menentukan Panjang Gelombang Optimum


Setelah mendapat panjang gelombang optimum, kemudian membuat kurva kalibrasi untukmendapat regresi yang akan digunakan dalam mengkonversi nilai Absorbansi (A) ke dalam bentukNTU. Hasil kalibrasi dapat dilihat pada Tabel 3.2 dan digambarkan kurva kalibrasinya padaGambar 3.4.

Tabel 3.2 Hasil Kalibrasi Larutan Standar

Con’t

Kekeruhan (NTU) Absorbansi (A)0 0

10 0,03220 0,05230 0,08340 0,13950 0,17660 0,19770 0,23780 0,26990 0,304

100 0,326


Gambar 3.4 Kurva Kalibrasi Larutan Standar


3.3 Percobaan Sistem Batch

3.3.1 Pembuatan Larutan Tawas dengan Konsentrasi 10%

Konsentrasi larutan tawas 10% didapat dari penggunaan koagulan yang biasanya dibubuhkan dibangunan koagulasi IPA Babat.

Untuk menyamakan seperti kondisi di lapangan, dalam percobaan sistem batch ini menggunakankonsentrasi larutan tawas yang sama, yaitu 10%.

3.3.2 Penentuan Dosis Optimum Koagulan

Koagulan yang akan digunakan adalah Aluminium Sulfat Al2(SO4)3 (tawas).

Kekeruhan yang digunakan adalah kekeruhan pada Bulan Nopember 2012 dan kekeruhan padaBulan Februari-April 2013 di titik tertinggi, rata-rata, dan terendah. Untuk kekeruhan pada BulanNopember 2012 dari titik terendah ke titik tertinggi (5 NTU, 15 NTU, 25 NTU). Kekeruhan padaBulan Februari-April 2013 (200 NTU, 500 NTU, 800 NTU).

Metode yang digunakan untuk menentukan dosis optimum ialah Metode Jar Test.


3.3.3 Pengukuran Waktu Detensi (td) pada Proses Sedimentasi

Dalam Tugas Akhir ini, proses sedimentasi terjadi di dalam tabung imhoff cone dimana setelahproses koagulasi-flokulasi berlangsung, air baku situang ke dalam imhoff cone dan didiamkanselama 10 menit.

Salah satu indikator dosis koagulan dikatakan optimum adalah bila menghasilkan endapan yangbanyak setelah proses koagulas-flokulasi.

Dari perhitungan waktu detensi (td) dapat diamati hasil endapannya.

3.3.4 Pengukuran Kekeruhan dan pH Akhir Air Baku

Setelah didiamkan selama 10 menit, bagian yang jernih dari air baku diambil sebanyak 50 ml untukdiukur kekeruhan dan pH akhir setelah proses koagulasi dan flokulasi.

Con’t


3.4 Analisa Data

3.4.1 Evaluasi Unit Bangunan Koagulasi-Flokulasi-Sedimentasi

Analisa unit bangunan ini berupa hasil perhitungan parameter-parameter utama dari desainbangunan seperti dijelaskan pada Subbab 3.3.

3.4.2 Perhitungan Efisiensi Pemakaian Koagulan

Berisi tentang perbandingan antara dosis koagulan yang biasa digunakan di lapangan (IPA Babat)dengan hasil percobaan jar test di laboratorium.

Dari perbandingan tersebut, dapat dihitung penghematan yang dapat dilakukan dalam upayapengiritan pemakaian koagulan tanpa mengurangi kualitas air.


3.5 Interpretasi Data dan Penarikan Kesimpulan

Berdasarkan data yang telah dianalisis, selanjutnya dilakukan interpretasi data danpembahasan mengenai makna data.

Pada pembahasan ini dilakukan perbandingan hasil penelitian dengan hasil laboratorium yangdikeluarkan oleh IPA yang bersangkutan mengenai dosis optimum koagulan serta faktor-faktoryang mempengaruhinya.

Kesimpulan dapat diambil setelah melakukan analisis dan interpretasi data.

Pengambilan kesimpulan dilakukan secara umum atas data yang telah dianalisis, yangartinya percobaan penentuan dosis optimum koagulan dapat diaplikasikan padapermasalahan pengolahan air minum secara umum.


4.3 Percobaan

Sistem Batch

BAB 4 ANALISA & PEMBAHASAN

4.2 Kondisi Awal Sampel Air

Baku

4.4 Efisiensi

Pemakaian Koagulan

4.1 Evaluasi

Bangunan Eksisting


4.1 Evaluasi Bangunan Eksisting Unit Koa-Flok-Sedimentasi

Koagulasi

1,4 m

2 m

Panjang (P) = 2 mLebar (B) = 1,4 mKedalaman (H) = 1,5 m

td = Vol/Q= 84 detik (tidak OK)

20-60 detik (Schulz dan Okun, 1992)

G =

= 241,059 /detik (tidak OK)

750-1000 /detik (Schulz dan Okun, 1992)

G.td = 20248,956 (tidak OK)

500-1600 (Kawamura, 2000)


Flokulasi Kompartemen 1


td = Vol/Q= 2,599 menit (tidak OK)

15-30 menit (Kawamura, 1991)

A perforated = ¼ . π . d2 . Σ perforatedKecepatan (v) = Q/ Ap

Headloss =

G =

= 44,446 /detik (OK)


G.td = 6930,02 (tidak OK)

30.000-200.000 (Kawamura, 2000)

2 m

1,97 m

Con’t


Kompartemen 2




G =

= 30,746 /detik


G.td = 5112,076 (tidak OK)

30.000-200.000 (Kawamura, 2000)

Kompartemen 3




G =

= 17,144 /detik


G.td = 2658,006 (tidak OK)

30.000-200.000 (Kawamura, 2000)

Con’t


Sedimentasi

4,15 m

8,1 m

Panjang (P) = 8,1 mLebar (B) = 4,15 mKedalaman (H) = 3,5 m

td = Vol/Q= 0,872 jam (tidak OK)

td pada proses pengendapan adalah 2-8 jam (Reynolds, 1996)

A = p settling x bVs = Q/ AVh = p tube/ td

R =

Nre =

= 4183,743 > 2000 (tidak OK)

Nre < 2000 agar aliran air tetap laminer (Kawamura, 1991)

Con’t


Nfr =

= 5,216.10-7 < 10-5 (tidak OK)

Nfr > 10-5 agar tidak terjadi aliran pendek(Kawamura (1991)

Panjang tube settler (h) = 1 mLebar antar plate (w) = 0,1 mKemiringan tube (α) = 30ºDimensi bak yang tertutupi tube

Panjang (p) = 8,1 mLebar (b) = 4,15 m

OFR =

= 10,246 m3/m2.hari (tidak OK)

nilai OFR pada proses sedimentasi adalah20,4-40,8 m3/m2.hari (Reynolds, 1996)

Nre = 138,767 < 2000 (OK)

Nfr = 1,015.10-5 > 10-5 (OK)

Con’t


4.2 Kondisi Awal Sampel Air Baku

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Kekeruhan dan pH Awal Sampel Air

Sumber: Hasil Pengukuran, 2013

Kekeruhan pada kondisi zat tersuspensi rendah adalah 5 NTU, 15 NTU, dan 25 NTU.Kekeruhan pada kondisi zat tersuspensi tinggi adalah 200 NTU, 500 NTU, dan 800 NTU.

Kekeruhan Bulan Nopember 2012

TanggalKekeruhan

(NTU)pH

Temperatur (⁰C)

05-Nop-12 8,237 7,5 29,906-Nop-12 9,663 7,51 3007-Nop-12 8,433 7,53 28,908-Nop-12 14,27 7,5 29,309-Nop-12 21,32 7,52 30,2

Kekeruhan Bulan Februari-April 201308-Feb-13 404 7,17 29,213-Feb-13 490 7,26 29,306-Mar-13 188,67 6,76 3001-Apr-13 218,5 7.27 31,107-Apr-13 496 7,33 29,610-Apr-13 700 7,27 29,8


4.3 Percobaan Sistem Batch

4.3.1 Pembuatan Air Baku Buatan

Lumpur Sungai Bengawan Solo yang dikeringkan dan ditumbuk. Ditambahkan ke dalam1000 ml aquades. Berikut Tabel 4.2 merupakan hasil pengukuran bubuk lumpur yangdiperlukan untuk membuat kekeruhan tertentu.

4.3.2 Penentuan Dosis Optimum Koagulan dengan Metode Jar Test

Proses koagulasi : 100 rpm selama 1 menitProses flokulasi : 60 rpm selama 10 menitProses sedimentasi : selama 10 menit

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Kadar Zat Tersuspensi (Lumpur)

Kekeruhan(NTU)

Kadar Zat Tersuspensi (mg/liter)

5 8,215 4225 65200 1400500 4200800 6000



Kekeruhan(NTU)

Ketinggian endapan (ml) Waktu detensi (detik)

45 5055

60 65 70 45 50 55 60 65 70

Kekeruhan Bulan Nopember 2012

5Tidak

teramatiTidak

teramatiTidak

teramatiTidak

teramatiTidak

teramatiTidak

teramati- - - - - -

15 0,3 0,30,3 0,3 0,3 0,3

303 323 347 292 311 309

25 0,3 0,30,5 0,5 1 1

222 227 263 282 311 343

Kekeruhan Bulan Februari-April 2013

200 2,5 2,52,5 2,5 2 1,5

350 326 259 352 375 484

500 7 69 6 6 9

321 345 296 420 289 264

800 17 1111 8 10 10

225 285 277 439 462 463

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Waktu Dedtensi (td) Proses Sedimentasi


4.3.3 Pengukuran Waktu Detensi (td) pada Proses Sedimentasi

Con’t


Con’tSetelah diendapkan selama 10 menit, bagian air yang jernih diambil sebanyak 50 mluntuk dicek kekeruhan dan pH akhirnya. Hasil pengukurannya dapat dilihat padaTabel 4.4 serta grafik pada Gambar 4.1

Kekeruhan awal(NTU)

Dosis Optimum Koagulan (mg/liter)

45 50 55 60 65 70

Akhir pH Akir pH Akhir pH Akhir pH Akhir pH Akhir pH

Bulan Nopember2012

5 7.481 4.56 4.556 4.48 4.704 4.55 2.963 4.32 6.444 4.22 2.37 4.18

15 2.1114.26 4.8889 4.26 4.111 4.22 3.667 4.27 3.037 4.18 4.333 4.16

25 10.889 4.39 6.296 4.41 4.593 4.26 4.444 4.17 5.111 3.92 4.889 4.2

Tabel 4.4 Hasil Pengukuran Kekeruhan dan pH Akhir Air Baku pada Bulan Nopember 2012



Con’t

Gambar 4.1 Grafik Dosis Optimum Koagulan pada Bulan Nopember 2012

Jika dilihat dari dua alasan (kekeruhan dan td), maka dosisoptimum koagulan untuk kekeruhan pada Bulan Nopember 2012adalah 60 mg/liter.


Con’tTabel 4.5 Hasil Pengukuran Kekeruhan dan pH Akhir Air Baku pada Bulan

Februari-April 2013

Kekeruhan awal(NTU)

Dosis Optimum Koagulan (mg/liter)

45 50 55 60 65 70

Akhir pH Akir pH Akhir pH Akhir pH Akhir pH Akhir pH

Bulan Feb.-April 2013

200 61.37 7.19 58.778 7 60 6.84 68.185 6.78 80.63 4.07 73.593 3.88

500 198 7.29 287.074 8.07 186.148 8.02 176.481 8.04 113.704 7.5 116.296 7.56

800 64.593 8.3 128.611 8.32 195.63 8.84 314.074 8.14 145.5 8.19 67.667 7.76



Gambar 4.2 Grafik Dosis Optimum Koagulan pada Bulan Februari-April 2013

Jika dilihat dari dua alasan (kekeruhan dan td), maka dosisoptimum koagulan untuk kekeruhan pada Bulan Februari-April2013 adalah 55 mg/liter.

Con’t


Con’t

“Semakin tinggi kekeruhan air, semakin sedikit koagulanyang dibutuhkan. Karena di dalam kekeruhan air yangtinggi jarak antar partikel berdekat, sehinggakemungkinan terjadinya tumbukan antar partikel jugatinggi. Sebaliknya, semakin rendah kekeruhan air,semakin banyak koagulan yang ditambahkan. Karenajarak antar partikelnya berjauhan.”

-Hammer (1977)-


4.4 Efisiensi Pemakaian Koagulan

Kondisi di lapangan (IPA Babat)

Pembubuhan koagulan Manual

Mekanik (dossing pump)

Tabel 4.6 berikut merupakan data kebutuhan pemakaian koagulan di IPA Babat per bulan pada tahun 2012.

Tabel 4.6 Data Kebutuhan Pemakaian Tawas pada Bulan Januari-April 2012

Sumber: Data di Lapangan, 2012

Data Kebutuhan Pemakaian Tawas pada BulanJanuari-April Tahun 2012 (kg/bulan)

Januari 23250Februari 19000Maret 20350April 22050Total 84650


a.QTawas = Qair x dosis tawas

Kebutuhan tawas = Qair x dosis tawas

Con’t

Dengan kapasitas debit pengolahan sebesar 150 liter/ detik serta dosis tawas pada Bulan Februari-April 2013 sebesar 55 mg/liter, maka dapat diketahui kebutuhan koagulan pada kondisi ini.

Kebutuhan koagulan = Qair x dosis tawas= 150 liter/ detik x 55 mg/ liter= 8250 mg/ detik= 712,8 kg/ hari x 120 hari= 85536 kg


Con’t

Data kebutuhan pemakaian tawas pada kondisi zat tersuspensi rendah tahun 2012 dapat dilihat pada Tabel 4.7 berikut.

Tabel 4.7 Data Kebutuhan Pemakaian Tawas pada Bulan Mei-Nopember 2012

Data Kebutuhan Pemakaian Tawas padaKondisi Zat Tersuspensi Tinggi Tahun 2012

(kg/bulan)

Mei 17100Juni 14000Juli 15900Agustus 15350September 14500Oktober 15550Nopember 18450Total 110850

Sumber: Data di Lapangan, 2012


Con’t

Dengan kapasitas debit pengolahan sebesar 150 liter/ detik serta dosis tawas pada Bulan Nopember 2012 sebesar 60 mg/liter, maka dapat diketahui kebutuhan koagulan pada kondisi ini.

Kebutuhan koagulan = Qair x dosis tawas= 150 liter/ detik x 60 mg/ liter= 9000 mg/ detik= 777,6 kg/ hari x 210 hari= 163296 kg

Kebutuhan koagulan pada penelitian ini lebih besar jika dibandingkan dengankebutuhan koagulan di lapangan. Hal ini disebabkan karena hasil akhir kekeruhan airbaku pada penelitian ini lebih rendah jika dibandingkan dengan di lapangan. Tabel4.8 berikut merupakan data kekeruhan air baku di IPA Babat pada kondisi zattersuspensi rendah.


Con’t

Tabel 4.8 Data Kekeruhan Air Baku IPA Babat pada Kondisi Zat Tersuspensi Rendah

Zat Tersuspensi Rendah

TanggalOutlet Pra-sedimentasi

Outlet Sedimentasi

5-Nov-12 8.237 8.067

6-Nov-12 9.663 8.273

7-Nov-12 8.433 7.933

8-Nov-12 14.27 7.497

9-Nov-12 21.32 7.327Sumber: Hasil Pengukuran di Lapangan, 2012


KESIMPULAN & SARAN

1. Kinerja teknis proes dan operasi IPA Babat:a. Ditinjau dari segi kinerja teknis proses, kebutuhan pemakaian koagulan dalam

percobaan lebih besar dibandingkan kebutuhan koagulan di IPA Babat.b. Ditinjau dari segi kinerja teknis operasi bangunan, bahwa operasi yang berlangsung di

IPA Babat masih belum optimal disebabkan adanya beberapa parameter utamadesain dalam bangunan IPA belum sesuai dengan kriteria desain, seperti pada unitpengadukan cepat (koagulasi) nilai td dan G tidak memenuhi kriteria desain. Padaunit pengadukan lambat (flokulasi) nilai td dan G.td pada tiap kompartemen tidakmemenuhi kriteria desain. Pada unit sedimentasi nilai td dan OFR juga tidakmemenuhi kriteria desain.

2. Dosis optimum pembubuhan koagulan:a. Dosis optimum koagulan pada Bulan Nopember 2012 sebesar 60 mg/liter.b. Dosis optimum koagulan pada Bulan Februari-April 2013 sebesar 55 mg/liter.

Kesimpulan


Saran1. Dilakukan penelitian lebih lanjut untuk kekeruhan yang dapat mewakili pada musim

kemarau dam musim hujan dengan data minimal satu tahun.2. Dilakukan penelitian dengan sistem continuous untuk menguji kembali dosis optimum

koagulan yang telah didapat dari percobaan sistem batch.3. Sistem continuous disesuaikan dengan kondisi sebenarnya di lapangan untuk

membuat suatu pendekatan.4. Bagi pihak PDAM perlu adanya penambahan tangki dalam melakukan pembuatan

tawas agar bisa selalu stand by.

Con’t

L/O/G/O


Terimakasih Perhatiannya

kajian kinerja teknis proses dan operasi unit...

Documents