Perhitungan Primary Treatment

1. Bar Screen

Bar screen merupakan unit pengolahan tingkat pertama yang memiliki fungus sebagai

penyisih materi-materi kasar yang terbawa dalam sistem penyaluran. Penyisihan materi-

materi ini dilakukan secara mekanis.

A. Kriteria Desain

Berikut adalah beberapa kriteria desain yang akan dijadikan acuan untuk perancangan bar

screen:

Tabel .1 Kriteria Desain Bar Screen

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Jarak Bukaan antar batang b 25-50 mm Metcalf&Eddy

Lebar batang w 5-15 mm Metcalf&Eddy

Kedalaman batang 25-38 mm Metcalf&Eddy

Sudut kemiringan batang dari

vertikal

θ 30-45 o

Metcalf&Eddy

Kecepatan mendekati bars vh 0,3-0,6 m/det Metcalf&Eddy

Headloss maksimum h1 150 mm Metcalf&Eddy

freeboard 0,2-0,3 m Metcalf&Eddy

Jumlah bar screen n >1 buah Metcalf&Eddy

Tabel .1 Faktor Batang Unit Bar Screen

No Jenis Bar

1 Sharp-edged rectangular 2,42

2 Rectangular with semicircular upstream face 1,83

3 Circular 1,79

4 Rectangular with semicircular upstream and

down stream face 1,67

5 Tear shape 0,76

B. Persamaan-persamaan yang Digunakan

Persamaan yang digunakan pada perencanaan bar screen diantaranya:

𝑕𝐿 = 𝛽 𝑤 𝑏 4 3 𝑕𝑣 sin𝛼

𝑕𝐿 =𝑣𝑏𝑎𝑟

2 − 𝑣22

2𝑔×

1

0,7

Dimana:

hL = head loss di rack (m)

vbar = kecepatan aliran melalui bar screen (m/det)

v2 = kecepatan aliran di saluran (m/det)

g = percepatan gravitasi (m/det)

β = faktor tingkat pada bentuk batang

w = lebar batang (m)

b = bukaan (m)

hv = velocity head aliran, mendekati bars (m)

α = sudut bar dengan horizontal (˚)

C. Data Perencanaan

Berikut ini adalah data-data yang akan digunakan sebagai data awal dalam merencanakan

unit bar screen

Tabel .3 Data Perencanaan Unit Bar Screen

Parameter Simbol Satuan Besaran

Debit

Minimum Qmin

m3/det

0,082

Rata-rata Qr 0,165

Maksimum Qmaks 0,247

Jumlah bar screen

Buah 2

Bukaan (jarak antar batang) b cm 2,5

Kecepatan melalui bar

screen (bersih) Vbar m/det 1

Kemiringan batang α ˚ 45

Lebar batang ϕ cm 1

Tebal bar

cm 5

Konstanta faktor batang β - 1,67

Freeboard

cm 30

Approach velocity Vh m/det 0,4

Reduksi flow area saat

clogging % 60

D. Perhitungan Desain Bar Screen

Jumlah bar screen yang akan dibuat adalah sebanyak 2 unit dan beroperasi pada kondisi

maksimum.

Debit masing-masing bar screen

𝑄 =𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠

2=

0,247

2= 0,124 𝑚3 𝑠

Luas total bukaan batang

𝐴 =𝑄

𝑣𝑏𝑎𝑟=

0,124

0,8= 0,155 𝑚2

Lebar bersih bukaan (Lebar tanpa bar)

𝑙 =𝐴

𝑑=

0,155

0,5= 0,309 𝑚

Jumlah space kosong

𝑎 =𝑙

𝑏=

0,309

0,025= 12,35 ≈ 13 𝑏𝑢𝑎𝑕

Jumlah batang

𝑛 = 𝑎 − 1 = 13 − 1 = 12 𝑏𝑢𝑎𝑕

Kedalaman batang terendam :

Kecepatan pada bars (Vhsmaks) saat aliran maksimum diasumsikan 1 m/dt saat bersih

𝑦𝑡𝑚𝑎𝑘𝑠 =𝑄

𝑉𝑠𝑕𝑥𝑙=

0,124

1𝑚𝑠 𝑥 0,309 𝑚

= 0,4 𝑚/𝑠

Lebar bukaan total saringan

𝑤𝑏𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛 = 𝑛 + 1 × 𝑏 = 12 + 1 × 0,025 = 0,325 𝑚

Lebar total bangunan saringan

𝑤𝑐 = 𝑤𝑏𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛 + 𝑛 × 𝜙 = 0,325 + 12 × 0,01 = 0,445 𝑚

Panjang saringan yang terendam air

𝐿𝑠 =𝑦𝑡𝑚𝑎𝑘𝑠

sin𝛼=

0,4

0,707= 0,0,566 𝑚

Efisiensi bar screen

𝜂 =𝑏 × 𝑎

𝑤𝑐=

0,025 × 13

0,445= 0,73 = 73%

Head Loss through racks

𝑕𝐿 = 𝛽 𝑤 𝑏 4 3 𝑕𝑣 sin𝛼

𝑕𝑣 = 𝑣2

2𝑔= 𝑄 𝐴 2

2𝑔=

𝑄

𝑤𝑏𝑢𝑘𝑎𝑎𝑛 × 𝑦𝑡𝑚𝑎𝑘𝑠

2

2𝑔=

0,1240,325 × 0,4

2

2𝑔= 0,046 𝑚

𝑕𝐿 = 1,67 10 × 0,01

11 × 0,03

4 3

× 0,046 × 0,707 = 0,205 𝑚

Head Loss saat bersih

𝑕𝐿 =𝑣𝑏𝑎𝑟

2 − 𝑣𝑣2

2𝑔×

1

0,7

𝑕𝐿 =0,82 − 0,42

2 × 9,81×

1

0,7 = 0,035 𝑚

Kecepatan aliran saat clogging

𝑣𝑘 =𝑣𝑠𝑕

𝑟𝑒𝑑𝑢𝑘𝑠𝑖 𝑓𝑙𝑜𝑤 𝑎𝑟𝑒𝑎=

0,8

60%= 1,33 𝑚/𝑠

Headloss saat clogging

𝑕𝐿 =𝑣𝑏𝑎𝑟

2 − 𝑣𝑣2

2𝑔×

1

0,6

𝑕𝐿 =1,332 − 0,42

2 × 9,81×

1

0,6 = 0,137

Lebar total barscreen

𝐿 = 𝑎 × 𝑏 + 𝑛 × ϕ = 0,445 = 0,5 m

Tinggi total Barscreen = 0,9 m

2. Grit Chamber

A. Umum

Jenis grit chamber yang akan direncanakan adalah grit chamber aliran horizontal

dengan kontrol kecepatan yang baik berupa bak pengendap panjang dan sempit. Grit

chamber aliran horizontal didesain untuk mencapai kecepatan pengaliran sekitar 0.3 m/s dan

waktu yang cukup untuk mengendapkan partikel grit di dasar saluran.

B. Kriteria Desain

Kriteria desain untuk grit chamber dapat dilihat pada Tabel 2.5

Tabel .5 Kriteria Desain Grit Chamber

Parameter Simbol Satuan Besaran Sumber

Waktu detensi td detik 45-90 Metcalf & Eddy

Kecepatan horizontal vh m/detik 0,24-0,4 Edward JM

Kecepatan mengendap

Diameter 0.2 mm

Diameter 0.15 mm

ft/min

3,2-4,2

2-3

Metcalf & Eddy

Spesific gravity grit gs 1,5-2,7 Qasim

Spesific gravity material

organik

1,02 Qasim

Overflow rate debit maks OR m3/m

2/det 0,021-0,023 Tom D Reynold

Jumlah grit yang

disisihkan

m3/10

6/m

3 5-200 Qasim

Headloss melalu grit hl % 30-40 Qasim

Jumlah bak minimal unit 2 Kawamura

C. Rumus yang Digunakan

Overflow rate (OR) = 900 x Vsettling

Dimana, OR = overflow rate, gal/hari/ft3

Vsettling = kecapata mengendap, inchi/menit

𝑉 =1

𝑛𝑅

2

3𝑆1

2

𝑆 =𝑕𝑙

𝐿

𝑕𝑙 = (𝑉 𝑥 𝑛

𝑅23

)2 𝑥 𝐿

Dimana, hl = headloss melalui grit chamber, m

V = kecepatan pada saluran grit chamber, m/detik

n = koefisien Manning

R = jari-jari hidrolis

L = panjang saluran grit chamber, m

D. Data Perencanaan

Data perencanaan dapat dilihat pada tabel .6

Tabel .5 Data Perencanaan Unit Grit Chamber

Parameter Simbol Satuan Besaran

Debit minimum Qmin 0,082465 m3/detik

Debit rata-rata Qrata 0,164931 m3/detik

Debit maksimum Qmax 0,247396 m3/detik

Diameter pasir kecil Ɵ 0,2 mm

Kecepatan mengendap Vs 50,4 inchi/menit

Volume pasir Vp 0,05 m3/1000 m3 air buangan

Jumlah bak grit 2

Waktu detensi td 50 s

Kecepatan horizontal Vh 0,3 m/s

Kecepatan mengendap Vs 0,021336 m/s

Koefisien manning n 0,013

Hl di proporsional weir % 35

(%tinggi muka air maks)

Jumlah grit yang

disisihkan Vp 0,05 m3/1000 m

3 air buangan

E. Perhitungan

1. Demensi Grit Chamber

Direncanakan terdapat dua unit grit chamber yang akan bekerja pada kondisi

maksimum. Setiap unit akan diberikan pintu air (gate) yang akan berfungsi untuk

mengatur jumlah unit yang dioperasikan sesuai dengan kondisi debit. Pada kondisi

minimum hanya akan dioperasikan oleh satu unit.

Dengan asumsi kecepatan pengendapan (vs) partikel untuk diameter 0,2 mm adalah 4,2

ft/menit ` 50,4 inchi/menit maka kondisi maksimum diperhitungkan sebagai berikut :

a. Overflow rate (OR) = 900 x vs = 900 x 50,4 inchi/menit = 45360 gpd/ft3

= 0,02142 m3/m

2 detik

b. Luas permukaan bak (Asurface) = Qmax / OR

Asurface = 0,247/2

0,02142

𝑚3/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

𝑚 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘= 5,77 𝑚2

c. Luas penampang melintang (Across) = Q / vhorizontal

Across = 0,247/2

0,30

𝑚3/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

𝑚 /𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘= 0,41 𝑚2

d. Volume bak (V)

V = 0,247/2𝑚3

𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘𝑥 50 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 = 6,18 𝑚3

e. Tinggi muka air di bak pada saat maksimum (d)

d = 𝑉

𝐴𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒=

6,18

5,77

𝑚3

𝑚2 = 1,07 𝑚 ~ 1,1 𝑚

f. Lebar bak (w)

w = 𝐴𝑐𝑟𝑜𝑠𝑠

𝑑=

0,41

1,07

𝑚3

𝑚2= 0,38 𝑚 ~ 0,40 𝑚

g. Panjang (p)

p = 𝐴𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒

𝑤=

5,77

0,38

𝑚3

𝑚2 = 9,61 𝑚 ~ 9,6 𝑚

2. Kontrol Desain Perhitungan

Volume bak pada saat debit maksimum diperiksa ulang dengan pengkondisian panjang

(p), lebar (w) dan tinggi bak (d) sebagai berikut :

Volume (V) = p x w x d = 9,6 m x 0,40 m x 1,1 m = 4,224 m3 ; dengan waktu detensi

(td) = volume / (Q maks/2) = 34,15 detik ;

OR = (Qmaks/2)/ Asurface = 0,247/2

5,77

𝑚3/𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

𝑚2 = 0,021442𝑚3

𝑚2 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘

Nilai OR memenuhi.

Profil hidrolis dari masing-masing debit diperiksa untuk mengetahi keceparan aliran

horizontalnya (vh), seperti pada tabel .7

Tabel .6 Profil Hidrolis Grit Chamber

Satuan Qmin Qrata-rata Qmax

Debit m3/s 0,082465 0,164930556 0,24739583

Volume terisi (td=50 s) m3 2,061632 4,123263889 6,18489583

Level air (pxl=14*0,6) m 0,245432 0,490864749 0,73629712

Kecepatan (dxw=1*0,6) m/s 0,137442 0,274884259 0,41232639

Kecepatan ketika debit minumum sekitar 0,0824 m3/s masih memiliki laju kecepatan

horizontal berada dibawah 0,24 m/s sehingga diperlukan pengkondisian untuk

mencegah terjadinya aliran balik dan/ berhenti sementara. Sedangkan ketika debit rata-

rata dan maksimum. Kecepatan horizontal masih berada di range kriteria desain yang

tersedia.

3. Struktur Influen

Pada unit grit chamber terdapat pintu air (stop gate) pada influen yang berfungsi untuk

mengatur aliran yang akan masuk ke bak grit chamber. Head loss dapat terjadi pada

saat aliran melalui stop gate dan perubahan ukuran saluran persamaan sebagai berikut :

)2

()2

(

2

1

2

22

2

1

2

21

g

vvk

g

vvkhL

Z = hLg

vv

)

2(

2

1

2

2

dimana :

hL1 = headloss akibat perubahan ukuran saluran, m

hL2 = headloss akibat melalui stop gate, m

k1 = konstanta perubahan ukuran saluran terbuka = 0,5

k2 = konstanta stop gate = 0,6

v1 = kecepatan aliran di saluran influen, m/det

v2 = kecepatan aliran dalam grit chamber, m/det

DZ = perbedaan tinggi muka air dalam saluran efluen bar screen dengan saluran

grit chamber

Contoh perhitungan headloss untuk kondisi debit maksimum :

mxx

hL 02635,0)81,92

412,08,0(6,0)

81,92

412,08,0(5,0

2222

Tabel.7 Head loss tiap Debit

Debit hl1 (m) hl2 (m) hltotal (m)

Maks -0,01198 -0,01437 -0,02635

Rata -0,01438 -0,01726 -0,03165

Min -0,01583 -0,01899 -0,03482

Head loss antara saluran effluen bar screen dan saluran grit chamber sangat kecil,

sehingga perbedaan permukaan air antara saluran effluen barsccreen dan saluran grit

chamber cukup kecil, yakni :

(Kondisi debit maksimum)

Z = = 0,02635)81,92

412,08,0(

22

x- 0,0503 m

(Kondisi debit rata-rata)

Z = = 0,03165)81,92

27,08,0(

22

x - 0,0604 m

(Kondisi debit minimum)

Z = = 0,03482)81,92

14,08,0(

22

x - 0,0664 m

Tanda negatif mrnunjukkan bahwa tinggi muka air di saluran grit chamber lebh kecil

dibandingkan di saluran effluen bar screen.

4. Headloss melalui Grit Chamber

Adapun head loss pada saat aliran melalu grit chamber, yakni :

Contoh perhitungan :

px

R

nxvhL

2

3

2

dw

wxdR

2 =

mxm

mxm

1,124,0

1,14,0

= 0,169 m

px

R

nxvhLmaks

2

3

2

= mxxm

6,9

169,0

013,0det/41,0

2

3

2

= 0,002947 m

px

R

nxvhLrata

2

3

2

= mxxm

6,9

169,0

013,0det/27,0

2

3

2

= 0,00131 m

px

R

nxvhL

2

3

2min

= mxxm

6,9

169,0

013,0det/13,0

2

3

2

= 0,000327 m

5. Struktur Effluen

Struktut efluen grit chamber terdiri dari Proporsional Weir, bak effluen, dan pipa outlet

dengan ukuran 20 ” (508 mm). Bak efluen memiliki ukuran 1 m x 1,3 m.

a. Dimensi proporsional weir

Q = 0,133m3/det = 4,7 cfs

Ketinggian weir crest dari dasar bak = 0 m atau 0,15 m (Oxford & IBH

Publishing Co, Discharge Measurement Structures). Ketinggian Weir Crest di

desain 0,5 m dari dasar bak.

Ketinggian air pada weir h = 0,9 m – 0,5 m = 0,4 m = 1,31 ft

Direncanakan tinggi dasar weir : a = 0,1 m = 0,33 ft

Tinggi tenggorokan weir y = 0,12 m = 0,4 ft

Lebar dasar pelat weir:

397.4 2

1a

hbaQ

397.4 2

1a

ha

Qb

b = 1,37 ft = 0,42 m

Sisa ruang di masing – masing weir: (w – b)/2 = (0,4 m – 0.42 m)/2 = 0,01 m ;

y/a = 0,12/0,1 = 1,2 ; dan x/b = 2,1tan.2

1tan.2

1 arca

yarc

= 0,44

maka x = 0.44x 0,42 m = 0,19 m

Perbedaan ketinggian weir crest muka air di saluran effluen 0,05 m (Oxford

& IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures). Perbedaan

ketinggian weir crest muka air di saluran effluen direncanakan 0,1 m

b. Dimensi Saluran efluen dan pipa outlet: (kondisi Qrata-rata)

Kecepatan air dalam pipa outlet :

V = Q/A= 2

3

406,014,34

1

det/27,0

xx

ikm = 2,09 m/s

Headloss saat memasuki pipa outlet :Asumsi , k = 0,5

hl = k g

v

2

2

= 0,5 8,92

09,2 2

x = 0,11 m

Direncanakan kedalaman air tengah saluran effluen (y2) = 0,4 m

Panjang weir (L) = 0,42 m

q’ = Q/L = 0,27/0,42 = 0,64 m3/det

Jumlah ambang penerima (N) = 1

Lebar bak efluen (b) = 1 m

Maka :

2

2

22

21

'2

ygb

LNqyy

4,0181,9

142,064,024,0

2

2

2

1xx

xxy 0,44 m

Kedalaman total saluran ditambah 12 % untuk friction losses dan 15 cm untuk

free fall

Kedalaman total saluran = 0,44 m + 12% (0,44) + 0,15 m= 0.64 m

6. Rekapitulasi

Rekapitulasidimensi grit chamber terdapat pada Tabel .9

Tabel .8 Rekapitulasi Dimensi Grit Chamberdan Proportional Weirs

Parameter Besaran Satuan

Demensi Grit Chamber

Jumlah unit 2 unit

Panjang bak 9,6 m

Lebar bak 0,4 m

Kedalaman 1,1 m

freeboard 0,8 m

Demensi Proportional Weirs

a 0,1 m

Y 0,12 m

b 0,42 m

x 0,19 m

y1 0,64 m

3. Comminutor

1. Pengertian

Comminutor berfungsi sebagai alat pencucian untuk memotong-motong sisa-

sisa material yang masih terbawa aliran, sampai ukurannya menjadi lebih kecil dan

atau hancur sama sekali sehingga memudahkan dalam pengolahannya. Penentuan

ukuran dan tipe comminutor dipilih berdasarkan debit maksimum air buangan.

Comminutor diproduksi langsung dari suatu pabrik sehingga dimensinya dapat

dipilih sesuai dengan keinginan. Umumnya ukuran slot (celah-celah pada

comminutor) yaitu ¼” sampai ¾”, tergantung tipe peralatan dari pabrik yang

membuatnya.

Comminutor yang digunakan adalah jenis Controlled Discharge. Pemilihan ini

didasarkan atas pertimbangan bahwa jenis ini tidak memperhitungkan head loss,

karena head loss selalu ditentukan oleh pabrik pembuat. Sedangkan untuk tipe free

discharge, biasanya membutuhkan lahan yang tinggi sehingga tidak dapat digunakan

di sembarang tempat.

2. Kriteria Desain

Tabel .9 Ukuran dan Kapasitas Comminutor

No. Ukuran Motor Kapasitas (mgd)

Controlled Discharge Free Discharge

7B 0.25 0-0,35 0-0,30

10B 0.5 0,17-1,10 0,17-0,82

15M 0.75 0,40-2,30 0,40-1,40

25M 1.5 1,00-6,00 1,00-3,60

25A 1.5 1,00-11,00 1,00-6,50

36A 2 1,50-25,00 1,50-9,60

54A Desain Terpisah

Sumber : Elwyn and Selly, Design. John Willey & Sons Inc. New York. third edition

3. Perencanaan

Direncanakan comminutor beroperasi Qmaks : 869 m3/jam = 0,2414 m

3/s

4. Perhitungan Comminutor :

𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠 = 0,2414 𝑚3

𝑠 𝑥 86400

𝑠

𝑕𝑎𝑟𝑖 𝑥 0,2642 𝑔𝑎𝑙/𝑚3

𝑄𝑚𝑎𝑘𝑠 = 5511,74 gal/hari = 5,511 MGD

Pemilihan

Dari tabel ukuran dan kapasitas Comminutor didapat bahwa untuk jenis Controlled

Discharge ukuran motor yang dipakai untuk kapasitas sebesar 6 mgd adalah 1 unit

dengan jenis Controlled Discharge tipe No. 25M.

a. Struktur influen

𝑄 = 𝑉 𝑥𝜋

4 𝑥 𝑑2

𝐷 = 4 𝑥 𝑄

𝜋 𝑥 𝑉

0,5

𝐷 = 4 𝑥 0,2414 𝑚3/𝑠

𝜋 𝑥 1 𝑚/𝑠

0,5

= 0,554 𝑚 = 55,4 𝑐𝑚

Struktur influen comminutor terdiri dari pipa dengan diameter 0,55 m (22

inchi) dan bak influen untuk mendistribusikan aliran ke masing-masing

comminutor. Comminutor dipasang pada sebuah dinding yang sekaligus berfungsi

sebagai penyekat antar comminutor

b. Struktur efluen

Struktur efluen terdiri dari saluran untuk menerima aliran dari comminutor dan

pipa outlet dengan diameter 0,55 m (22 inchi).

4. TAR (Tangki Aliran Rata-rata)

TAR atau kolam ekualisasi berfungsi untuk menyeragamkan debit aliran buangan

yang berfluktuasi pada kondisi puncak dan minimum. Pertimbangan menggunakan TAR

dalam sistem ini ialah meningkatkan kinerja pengolahan biologi karena akan mengurangi

efek shock loading serta akan menstabilkan pH. Kadar polutan dalam air limbah sangat

berpengaruh terhadap metabolisme bakteri. Oleh karena itu, dengan adanya tangki aliran rata

– rata diharapkan kadar polutan yang masuk ke dalam secondary treatment dapat bersifat

konsisten sehingga membantu metabolism bakteri. Waktu detensi di bak ekualisasi

maksimum 30 menit untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air limbah

(Metcalf & Eddy, 1991). Tinggi muka air saat kondisi puncak harus berada di bawah aliran

masuk agar tidak terjadi aliran balik. Setelah keluar dari bak pengumpul ini debit air buangan

yang berfluktuasi akan menjadi debit rata-rata.

Sedangkan pemompompaan berfungsi untuk menaikkan air limbah dari ketinggian

yang lebih rendah menuju ketinggian yang direncanakan dimana air limbah dapat mengalir

secara gravitasi dalam proses pengolahan selanjutnya dari ketinggian tersebut. Upaya ini

dinilai akan mengurangi biaya operasi karena sistem pengaliran selanjutnya tidak

membutuhkan pemompaan.

Jenis pompa yang dipilih adalah jenis submersible pump. Jenis pompa ini dipilih karena

memberikan beberapa keuntungan antara lain :

Menghemat tempat di permukaan tanah.

Tidak mempunyai masalah dengan tinggi hisap.

Tidak menimbulkan kebisingan karena pompa terendam di dalam air.

Lebih ekonomis dalam hal biaya perawatan.

Pompa ditempatkan di dasar TAR dan memompakan air limbah melalui pipa kolom yang

sekaligus berfungsi sebagai penggantung pompa. Selain itu kontruksi pompa dibuat agar bisa

dinaikkan dan diturunkan untuk pemeriksaan rutin.

Kriteria Disain

Adapun kriteria disain untuk TAR dan pompa dapat dilihat pada Tabel.

Tabel .10 Kriteria Disain TAR

Parameter Simbol Nilai Satuan Sumber

Slope S 2:1 atau 3:1 - Metcalf & Eddy,

2003

Kedalaman

minimum d 1,5-2 m

Metcalf & Eddy,

2003

Waktu detensi td <2 jam Metcalf & Eddy,

2003

Kecepatan

Aliran V 0,3-3 m/det

Qasim, 1985

Data Perencanaan

Tabel. 11 Data Perencanaan

Parameter Simbol Besaran Satuan

Debit Q 14250 m3/hari

Waktu detensi td 60 menit

Efisiensi pompa 𝜂 70 %

Koefisien kekasaran

pipa C 100 -

Tabel. 12 Fluktuasi Debit Air BuanganDomestik

Waktu % Air

Buangan

00.00-01.00 2.5

01.00-02.00 2.5

02.00-03.00 2.5

03.00-04.00 2.5

04.00-05.00 3.3

05.00-06.00 3.79

06.00-07.00 5.01

07.00-08.00 5.91

08.00-09.00 5.91

09.00-10.00 5.4

10.00-11.00 5.05

11.00-12.00 4.65

12.00-13.00 4.65

13.00-14.00 4.85

14.00-15.00 4.85

15.00-16.00 4.85

16.00-17.00 5.38

17.00-18.00 6.1

18.00-19.00 4.32

19.00-20.00 4.32

20.00-21.00 3.53

21.00-22.00 2.93

22.00-23.00 2.6

23.00-24.00 2.6

Debit Kelompok B

(m3/day) 14.250

Perhitungan

Volume TAR

Volume TAR didapat dari perhitungan dengan menggunakan grafik. Dari data fluktuasi debit

air limbah tiap jamnya kita dapat menghitung berapa kapasitas tangki aliran rata – rata yang

dibutuhkan. Perhitungan volume TAR akan membutuhkan data prosentasi debit air buangan

yang masuk tiap jamnya. Sehingga dapat diperkirakan berapa akumulasi volume yang terjadi.

Data perhitungan fluktuasi debit air limbah tersebut dapat dilihat pada tabel di bawah ini

Tabel .13 Perhitungan Volume TAR

Waktu % Air

Buangan

Volume

Air

Buangan

(m3/jam)

Akumulasi

Volume

(m3)

Rata -

Rata

per

jam

Akumulasi

rata - rata

per jam

(m3)

Selisih

(m3)

00,00-

01,00 2,5 356,25 356,25 593,75 593,75 237,50

01,00-

02,00 2,5 356,25 712,50 593,75 1187,5 475,00

02,00-

03,00 2,5 356,25 1068,75 593,75 1781,25 712,50

03,00-

04,00 2,5 356,25 1425,00 593,75 2375 950,00

04,00-

05,00 3,3 470,25 1895,25 593,75 2968,75 1073,50

05,00-

06,00 3,79 540,08 2435,33 593,75 3562,5 1127,18

06,00-

07,00 5,01 713,93 3149,25 593,75 4156,25 1007,00

07,00-

08,00 5,91 842,18 3991,43 593,75 4750 758,58

08,00-

09,00 5,91 842,18 4833,60 593,75 5343,75 510,15

09,00-

10,00 5,4 769,50 5603,10 593,75 5937,5 334,40

10,00-

11,00 5,05 719,63 6322,73 593,75 6531,25 208,53

11,00-

12,00 4,65 662,63 6985,35 593,75 7125 139,65

12,00-

13,00 4,65 662,63 7647,98 593,75 7718,75 70,77

13,00-

14,00 4,85 691,13 8339,10 593,75 8312,5 -26,60

14,00-

15,00 4,85 691,13 9030,23 593,75 8906,25 -123,98

15,00-

16,00 4,85 691,13 9721,35 593,75 9500 -221,35

16,00-

17,00 5,38 766,65 10488,00 593,75 10093,75 -394,25

17,00-

18,00 6,1 869,25 11357,25 593,75 10687,5 -669,75

18,00-

19,00 4,32 615,60 11972,85 593,75 11281,25 -691,60

19,00-

20,00 4,32 615,60 12588,45 593,75 11875 -713,45

20,00-

21,00 3,53 503,03 13091,48 593,75 12468,75 -622,73

21,00-

22,00 2,93 417,53 13509,00 593,75 13062,5 -446,50

22,00-

23,00 2,6 370,50 13879,50 593,75 13656,25 -223,25

23,00-

24,00 2,6 370,50 14250,00 593,75 14250 0

a. Volume Air Buangan

Perhitungan volume air buangan didapat dengan mengalikan data persen air buangan tiap

jamnya dengan total debit air buangan dala 1 hari. Contoh perhitungan ini akan

menggunakan data persen air buangan pada pukul 01.00 – 02.00.

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝐴𝑖𝑟 𝐵𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 = 2.5 % 𝑥14250

𝑚3

𝑕𝑎𝑟𝑖

24𝑗𝑎𝑚𝑕𝑎𝑟𝑖

∗ 1𝑗𝑎𝑚 = 356,25 𝑚3

b. Akumulasi Volume

Akumulasi volume air buangan merupakan akumulasi (pertambahan) debit air buangan

yang masuk tiap jamnya. Contoh perhitungan ini akan menggunakan data akumulasi debit

air buangan pada pukul 01.00 – 02.00

𝐴𝑘𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑖𝑟 𝑏𝑢𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 = 356,25 𝑚3 + 356,25 𝑚3 = 712,5 𝑚3

c. Rata – rata per jam

Volume air buangan rata – rata didapat dengan membagi debit air buangan total per hari

dengan 24 jam.

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 14250 𝑚3

𝑕𝑎𝑟𝑖∶ 24 𝑗𝑎𝑚 = 593,75 𝑚3

d. Akumulasi rata – rata per jam

Akumulasi rata – rata per jammerupakan pertambahan debit tiap jamnya dalam 1 hari

dihitung dari debit air buangan rata – rata. Contoh perhitungan ini menggunakan data aku

mulasi debit air buangan rata – rata pada pukul 01.00 – 02.00

𝐴𝑘𝑢𝑚𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎 = 593,75 𝑚3 + 593,75 𝑚3 = 1187,5 𝑚3

e. Selisih

Setelah megetahui akumulasi debit air buangan rata – rata tiap jamnya, maka kita

mengurangkan akumulasi ini dengan akumulasi debit air buangan yang masuk. Contoh

perhitungan ini menggunakan data pada pukul 00.00 – 01.00

𝑆𝑒𝑙𝑖𝑠𝑖𝑕 = 1187,5 𝑚3 − 712,5 𝑚3 = 475 𝑚3

f. Volume TAR

Perhitungan volume TAR adalah dengan cara megurangkan nilai selisih terbesar dengan

nilai selisih yang paling kecil.

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑇𝐴𝑅 = 1127,18 – −713,45 = 1840,63 𝑚3

Perhitungan volume TAR juga dapat menggunakan metode lain yaitu grafik. Dari data

tabel di atas, kita telah mengetahui aliran rata – rata yang terjadi yaitu 593,75 m3. Nilai

ini merupakan slope aliran yang terjadi. Data akumulasi debit aliran dan akumulasi aliran

rata – rata kita plot dalam sebuah grafik. Kemudian cari simpangan terjauh dari kedua

garis tersebut. Jumlahkan kedua nilai simpangan terjauh tersebut. Nilai yang didapatkan

merupakan volume tangki yang dibutuhkan. Grafik tersebut dapat dilihat pada gambar

dibawah ini.

Gambar .1 Perhitungan Volume TAR dengan grafik

1. Dimensi TAR

Volume TAR yang dibutuhkan adalah sebesar 1840,63 𝑚3

Direncanakan dimensi bak dengan panjang = 30 m dan lebar = 23 m

Maka luas permukaan (As) = 30 m x 23 m = 690 m2

Kedalaman bak (d) :

𝑑 =𝑉

𝐴𝑠=

1840,63

690= 2,66 ≈ 3 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

Ketinggian muka air di bak pengumpul :

𝑕 =𝑉

𝐴𝑠

0.00

2000.00

4000.00

6000.00

8000.00

10000.00

12000.00

14000.00

16000.00

Vo

lum

e (

m3

)

Waktu

Akumulasi Volume

Akumulasi Volume Rata-rata

Tabel .14 Berbagai ketinggian muka air di TAR

Debit H (m)

Max 1,24

Rata-rata 0,84

Min 0,5

Perhitungan Pompa

Total Pompa yang akan disiapkan adalah 4 unit pompa. Dua unit pompa akan

difungsikan, dan dua unit lainnya sebagai cadangan. Diameter pipa yang akan digunakan

pada pompa ialah diameter 0,5 meter.

Debit tiap pompa

𝑄 =593,75

2= 296,87

𝑚3

𝑗𝑎𝑚

Kontrol desain

Kecepatan aliran rata-rata

𝑣 =𝑄

14𝜋𝐷

2=

593,75𝑚3𝑗𝑎𝑚 : 3600

𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘𝑗𝑎𝑚 : 2𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎

14𝜋0,52

= 0,42𝑚

𝑑𝑒𝑡 𝑠𝑒𝑡𝑖𝑎𝑝 𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎

(memenuhi kriteria desain)

Perhitungan head pompa

H statis = selisih tinggi muka air (tma) bak pengendap pertama dan stasiun pompa=10 m

𝑕𝑓 = (𝑄

0,2785𝑥𝐶𝑥𝐷2,63)

10,54𝑥𝐿

dengan C=100, diameter pipa 500mm dan panjang pipa 25 m

𝑕𝑓 = (296,87: 3600

0,2785𝑥100𝑥0,52,63)

10,54𝑥25 = 1,08 𝑚

𝑕𝑣 =𝑣2

2𝑔=

593,75: 3600

2𝑥9,81= 0,0084 𝑚

∆𝐻 = 10 + 1,08 + 0,0084 = 11,09 𝑚

Power yang dibutuhkan

𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑃𝑜𝑚𝑝𝑎 𝐻𝑝 =𝜌𝑔𝑄𝐻

75𝜂

Dimana Q = debit yang akan di pompa (m3/s)

H = Headloss (m)

h = efisiensi pompa (75%)

g = gravitasi (m/s2)

r = massa jenis fluida (kg/m3)

𝑃𝑜𝑤𝑒𝑟 𝑃𝑜𝑚𝑝𝑎 𝐻𝑝 =1030𝑥9,81𝑥296,87: 3600𝑥11,09

75𝑥0,7= 176 𝐻𝑃. 𝑕𝑜𝑢𝑟

= 131𝐾𝑊𝑕/𝑝𝑜𝑚𝑝𝑎

Tabel .15 Rekapitulasi dimensi TAR

Parameter Besaran Satuan

Jumlah Bak 1 Unit

Panjang 30 m

Lebar 23 m

Kedalaman 3 m

5. Bak Pengendap I

1. Pengertian

Fungsi bak pengendap ini adalah untuk mengurangi kandungan suspended

solid dalam air buangan yang biasanya (50-70)% (Qasim, 1985) dan (25-40) % BOD5

(Metcalf, 1991). Dengan demikian beban pengolahan pada unit selanjutnya dapat

dikurangi.

Prinsip pengendapan yang dipakai dalam desain bak pengendap pertama pada

pengolahan air buangan adalah sebagai berikut. Jika cairan yang mengandung zat

padat yang ditempatkan pada suatu bak yang tenang, maka zat padat yang mempunyai

berat jenis lebih besar dari cairan tersebut akan cenderung mengendap.

Bak pengendap pertama yang ditempatkan di depan proses pengolahan biologi

biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan

(surface loading) yang lebih besar kecuali jika terdapat resirkulasi waste activated

sludge (Metcalf, 1991).

Jenis bak pengendap pertama yang dipilih adalah horizontal flow yang

berbentuk persegi panjang dengan pertimbangan antara lain:

Kebutuhan lahan yang lebih kecil dibandingkan lahan yang berbentuk circular.

Lebih ekonomis dari segi kontruksi.

Losses lebih kecil pada inlet dan outlet.

Proses pengendapannya lebih baik karena jarak tempuh partikel lebih panjang.

Penggunaan energi lebih kecil untuk pengumpulan dan penyisihan lumpur

2. Kriteria Desain

Kriteria desain bak pengendap pertama dapat dilihat pada Tabel berikut:

Tabel .16 Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Overflow rate Vo m3/m

2/hari

Qasim, 1985 Debit rata-rata 30-50

Debit Peak 70-130

Weir Loading 124-496 m3/m

2/hari

Metcalf & Eddy,

1991

Dimensi

Qasim, 1985

Bentuk

Rectangular

Panjang p 10-100 M

Lebar l 6-24 M

Kedalaman t 2.5-5 M

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Rasio p dan l 1-7.5

Qasim, 1985

Rasio l dan t 4.2-25

Bentuk Circular

Diameter d 3-60 M

Kedalaman t 3-6 M

Penyisihan SS 50-70 % Metcalf & Eddy,

1991 Penyisihan BOD 25-40 %

Kemiringan Dasar S 1-2 % Qasim, 1985

3. Data Perencanaan

Debit rata-rata (Qavg) = 14250 m3/day

Asumsi perancanaan

Asumsi perbandingan panjang dan lebar = 3 : 1

Overflow (OR) = 50 m3/m

2day

4. Perhitungan Dimensi Bak Pengendap Pertama

Menghitung luas permukaan bak pengendap (A)

𝐴 = 7125 𝑚3/𝑑𝑎𝑦

50𝑚3

𝑚2

𝑑𝑎𝑦

= 142,5 𝑚2

Menghitung panjang (p) dan lebar (l) bak pengendap

Asumsi perbandingan panjang dan lebar bak adalah 3 : 1, sehingga

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝐴 = 𝑝 𝑥 𝑙 = 3𝑙 𝑥 𝑙 = 3𝑙2

- Lebar (l)

𝐿ebar = 𝐿𝑢𝑎𝑠

3

0.5

𝐿ebar = 142,5 𝑚2

3

0.5

= 6,89 𝑚 ≈ 7 𝑚

Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design, ada direntang nilai 6 –

24 m

- Panjang (p)

𝑃𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 = 3 𝑥 𝐿 = 3 𝑥 7 𝑚 = 21 𝑚

Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design, ada direntang nilai 10 –

100 m

Menghitung luas actual bak pengendap

𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 7 𝑥 21 = 147 𝑚2

Periksa overflow rate

𝑂𝑅 = 𝑄 𝑟𝑎𝑡𝑎 − 𝑟𝑎𝑡𝑎

𝑝 𝑥 𝑙

𝑂𝑅 = 7125 𝑚3/𝑑𝑎𝑦

7 𝑚 𝑥 21 𝑚= 48,47

Dari hasil diatas nilai overflow rate memenuhi kriteria design .

Menghitung volume bak

Asumsi ketingggian bak (h) = 5 m

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚e = 𝑘etinggian 𝑥 𝐿𝑢𝑎𝑠 𝑏𝑎𝑘

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚e = 3 𝑚 𝑥 196 𝑚 = 588 𝑚3

Menghitung waktu detensi (td)

𝑡𝑑 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚

𝑄

𝑡𝑑 = 558 𝑚3

7125 𝑚3

𝑑𝑎𝑦

𝑡𝑑 = 0,082 𝑑𝑎𝑦 = 1,98 𝑗𝑎𝑚

Dari hasil diatas nilai panjang memenuhi kriteria design.

5. Perhitungan Volume Lumpur

Dengan waktu detensi selama1,98 jam, dapat dihitung penyisihan BOD dan TSS yang

teadi sebagai berikut:

BOD dan TSS removal

𝐵𝑂𝐷 𝑜𝑟 𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 𝑡𝑑

𝑎 + 𝑏𝑡 𝑥 100%

BOD removal

a = 0,018

b = 0,02

% 𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 𝑡𝑑

𝑎 + 𝑏𝑡 𝑥 100%

% 𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 =1,98

0,018 + (0,02 𝑥 1,98) 𝑥 100%

% 𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 34,37%

Dengan kata lain BOD yang tersisa dan terkandung dalam air limbah untuk diolah

di pengolahan selanjutnya sebesar ;

𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 𝐶𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡 𝑥 % 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑖𝑠𝑖𝑕𝑎𝑛 𝐵𝑂𝐷 𝑥 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡

𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 204,44𝑚𝑔

𝑙𝑥

10−6𝑘𝑔

1 𝑚𝑔𝑥 34,37% 𝑥

7125𝑚3

𝑑𝑎𝑦 𝑥 1000

𝑙

𝑚3

𝐵𝑂𝐷 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 500, 77 𝑘𝑔/𝑑𝑎𝑦

TSS removal

a = 0,0075

b = 0,014

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 𝑡𝑑

𝑎 + 𝑏𝑡 𝑥 100%

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 1,98 𝑗𝑎𝑚

0,0075 + ( 0,014 𝑥 1,98 𝑗𝑎𝑚 ) 𝑥 100%

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 56,22 %

Dengan kata lain TSS yang tersisa dan terkandung dalam air limbah untuk diolah

di pengolahan selanjutnya sebesar

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 𝐶𝑖𝑛𝑓𝑙𝑢𝑒𝑛𝑡 𝑥 % 𝑝𝑒𝑛𝑦𝑖𝑠𝑖𝑕𝑎𝑛 𝑇𝑆𝑆 𝑥 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑡

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 21,22𝑚𝑔

𝑙𝑥

10−6𝑘𝑔

1 𝑚𝑔𝑥 56,22% 𝑥

7125𝑚3

𝑑𝑎𝑦 𝑥 1000

𝑙

𝑚3

𝑇𝑆𝑆 𝑟𝑒𝑚𝑜𝑣𝑎𝑙 = 85,003 𝑘𝑔/𝑑𝑎𝑦

Menghitung Volume Lumpur (Vs)

𝑉𝑠 = 𝑇𝑆𝑆 𝑡𝑒𝑟𝑠𝑖𝑠𝑖𝑕𝑘𝑎𝑛 𝑥 1000 𝑔/𝑘𝑔

5% 𝑥 1,03 𝑔𝑐𝑚3 𝑥 106

𝑐𝑚3

𝑚3

𝑉𝑠 = 85,003

𝑘𝑔𝑑𝑎𝑦

𝑥 1000 𝑔/𝑘𝑔

5% 𝑥 1,03 𝑔𝑐𝑚3 𝑥 106

𝑐𝑚3

𝑚3

= 1,65 𝑚3/𝑑𝑎𝑦

Menghitung Ruang Lumpur

Periode pengurasan ruang lumpur direncanakan dilakukan 5 hari sekali, sehingga

volume ruang lumpur yang dibutuhkan adalah

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑙𝑢𝑚𝑝𝑢𝑟 = 𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑑𝑒 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑟𝑎𝑠𝑎𝑛 𝑥 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑙𝑢𝑚𝑝𝑢𝑟

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑙𝑢𝑚𝑝𝑢𝑟 = 5 𝑕𝑎𝑟𝑖 𝑥 1,65𝑚3

𝑕𝑎𝑟𝑖= 8,25 𝑚3

Ruang lumpur direncanakan berbentuk trapezium dengan asumsi :

- Lebar ruang lumpur = 1,5 m

- Kedalaman ruang lumpur yang direncanakan (h) adalah = 1,5 m

Sehingga panjang lumpur adalah :

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑙𝑢𝑚𝑝𝑢𝑟 = 𝐴 𝑥 𝑕 =1

2𝑡 𝑎 + 𝑏 𝑥 𝑕

𝑎 + 𝑏 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑟𝑢𝑎𝑛𝑔 𝑙𝑢𝑚𝑝𝑢𝑟

12 𝑡 𝑥 𝑕

𝑎 + 𝑏 = 8,25 𝑚3

12 𝑥 1,5 𝑚 𝑥 1,5 𝑚

= 1.84 𝑚

6. Menghitung diameter pipa inlet di bak pengendap

Kriteria design kecepatan pada pipa saat penuh adalah : 1 – 3 m/s

Data perencanaan kecepatan = 1 m/s

𝑄 = 𝑉 𝑥𝜋

4 𝑥 𝑑2

𝐷 = 4 𝑥 𝑄

𝜋 𝑥 𝑉

0,5

𝐷 = 4 𝑥 0,082 𝑚3/𝑠

𝜋 𝑥 1 𝑚/𝑠

0,5

= 0,324 𝑚 = 32,4 𝑐𝑚

Jadi diameter pasaran yang digunakan adalah 14 inchi