SEDIMENTASI 1&2 DAN

SEDIMENTASI 3&4

1.1. TEORI

1.1.1. Prasedimentasi

Unit prasedimentasi merupakan unit dimana terjadi proses pengendapan partikel diskret.

Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada

saat mengendap. Pengendapan dapat berlangsung dengan efisien apabila syarat-syaratnya terpenuhi.

Menurut Lopez (2007), efisiensi pengendapan tergantung pada karakteristik aliran, sehingga perlu

diketahui karakteristik aliran pada unit tersebut. Karakteristik aliran dapat diperkirakan dengan

bilangan Reynolds dan bilangan Froude (Kawamura, 2000).

Bentuk bak prasedimentasi dapat mempengaruhi karakteristik aliran, sehingga bentuk

merupakan hal yang harus diperhatikan pada saat merancang unit prasedimentasi. Selain bentuk,

rasio lebar dan kedalaman merupakan hal yang juga menentukan karakteristik aliran. Hal ini

dikarenakan formula perhitungan bilangan Reynolds dan Froude mengandung jari-jari hidrolis R

sebagai salah satu fungsinya. Jari-jari hidrolis terkait dengan luas permukaan basah A dan keliling

basah P yang merupakan fungsi dari lebar dan kedalaman, sehingga rasio antara lebar dan kedalaman

juga akan mempengaruhi karakteristik aliran.

Adanya ketidakseimbangan pada zona inlet dapat menyebabkan adanya aliran pendek,

turbulensi, dan ketidakstabilan pada zona pengendapan (Kawamura, 2000). Begitu juga halnya

terhadap zona lumpur. Zona lumpur merupakan zona dimana terkumpulnya partikel diskret yang

telah terendapkan. Apabila terjadi aliran turbulen, partikel diskret yang telah terendapkan dapat

mengalami penggerusan, sehingga partikel yang telah terendapkan dapat kembali naik. Zona outlet

juga mempengaruhi karakteristik aliran, sehingga zona outlet harus didesain untuk meminimalisasi

terjadinya aliran pendek.

Aplikasi teori sedimentasi pada pengolahan air minum adalah pada perancangan bangunan

prasedimentasi. Bak prasedimentasi merupakan bagian dari bangunan pengolahan air minum yang

darmadi Page 1

berfungsi untuk mengendapkan partikel diskret yang relatif mudah mengendap (diperkirakan dalam

waktu 1 hingga 3 jam). Teori sedimentasi yang dipergunakan dalam aplikasi pada bak

prasedimentasi adalah teori sedimentasi tipe I karena teori ini mengemukakan bahwa pengendapan

partikel berlangsung secara individu (masing-masing partikel, diskret) dan tidak terjadi interaksi

antar partikel.

Aplikasi teori sedimentasi pada pengolahan air limbah. Bak prasedimentasi merupakan bagian

dari bangunan pengolahan air limbah yang berfungsi untuk mengendapkan lumpur sebelum air

limbah diolah secara biologis. Meskipun belum terjadi proses kimia (misal koaguasi flokulasi atau

presipitasi), namun pengendapan di bak ini mengikuti pengendapan tipe III dan IV karena lumpur

yang terdapat dalam air limbah tidak lagi bersifat diskret (mengingat kandungan komponen lain

dalam air limbah, sehingga telah terjadi proses presipitasi).

1.1.2. SedimentasiSedimentasi adalah pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk

menyisihkan suspended solid. Pada umumnya, sedimentasi digunakan pada pengolahan air minum,

pengolahan air limbah, dan pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan. Pada pengolahan air

minum, terapan sedimentasi khususnya untuk:

1. Pengendapan air permukaan, khususnya untuk pengolahan dengan filter

2. Pasir cepat.

3. Pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring

4. Dengan filter pasir cepat.

5. Pengendapan flok hasil penurunan kesadahan menggunakan soda-kapur.

6. Pengendapan lumpur pada penyisihan besi dan mangan.

Pada pengolahan air limbah, sedimentasi umumnya digunakan untuk:

1. penyisihan grit, pasir, atau silt (lanau).

2. penyisihan padatan tersuspensi pada clarifier pertama.

3. penyisihan flok / lumpur biologis hasil proses activated sludge pada clarifier

akhir.

4. penyisihan humus pada clarifier akhir setelah trickling filter.

darmadi Page 2

Pada pengolahan air limbah tingkat lanjutan, sedimentasi ditujukan untuk penyisihan lumpur

setelah koagulasi dan sebelum proses filtrasi. Selain itu, prinsip sedimentasi juga digunakan dalam

pengendalian partikel di udara. Prinsip sedimentasi pada pengolahan air minum dan air limbah

adalah sama,demikian juga untuk metoda dan peralatannya.

Tangki sedimentasi yang ideal terdiri dari :

a) Zona inlet, dimana air didistribusikan sepanjang bagian yang menyilang.

b) Zona pengendapan, dimana partikel tersuspensi diendapkan dan air berada dalam keadaan diam.

c) Zona lumpur, dimana partikel yang mengendap dikumpulkan.

d) Zona outlet, adalah bagian untuk menyalurkan air yang sudah tidak mengandung partikel yang

dapat diendapkan keluar dari tangki.Aliran pada tangki sedimentasi dapat horizontal maupun

vertikal.

Bak sedimentasi umumnya dibangun dari bahan beton bertulang dengan bentuk lingkaran, bujur

sangkar, atau segi empat. Bak berbentuk lingkaran umumnya berdiameter 10,7 hingga 45,7 meter

dan kedalaman 3 hingga 4,3 meter. Bak berbentuk bujur sangkar umumnya mempunyai lebar 10

hingga 70 meter dan kedalaman 1,8 hingga 5,8 meter. Bak berbentuk segi empat umumnya

mempunyai lebar 1,5 hingga 6 meter, panjang bak sampai 76 meter, dan

kedalaman lebih dari 1,8 meter.

Klasifikasi sedimentasi didasarkan pada konsentrasi partikel dan kemampuan partikel untuk

berinteraksi. Klasifikasi ini dapat dibagi ke dalam empat tipe (lihat juga Gambar 1.1), yaitu:

Settling tipe I: pengendapan partikel diskrit, partikel mengendap secara individual dan tidak ada

interaksi antar-partikel

Settling tipe II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel sehingga ukuran

meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah

Settling tipe III: pengendapan pada lumpur biologis, dimana gaya antarpartikel saling menahan

partikel lainnya untuk mengendap

Settling tipe IV: terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang terjadi karena berat

partikel

darmadi Page 3

Gambar 1.1 Empat Tipe Sedimentasi (Reynold dan Richards, 1996)

1.1.2.1. Sedimentasi Tipe I

Sedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskret, yaitu partikel yang dapat

mengendap bebas secara individual tanpa membutuhkan adanya interaksi antar partikel. Sebagai

contoh sedimentasi tipe I antara lain pengendapan lumpur kasar pada bak prasedimentasi untuk

pengolahan air permukaan dan pengendapan pasir pada grit chamber.

Sesuai dengan definisi di atas, maka pengendapan terjadi karena adanya interaksi gaya-

gaya di sekitar partikel, yaitu gaya drag dan gaya impelling. Massa partikel menyebabkan adanya

gaya drag dan diimbangi oleh gaya impelling, sehingga kecepatan pengendapan partikel konstan.

Gaya impelling diyatakan dalam persamaan:F1 = (ρS - ρ) g Vdimana:

F1 = gaya impelling

ρs = densitas massa partikel

ρ = densitas massa liquid

V = volume partikel

g = percepatan gravitasi

Gaya drag diyatakan dalam persamaan:

FD = CD Ac ρ (Vs2/2)

di mana:

FD = gaya drag

CD= koefisien drag

Ac = luas potongan melintang partikel

darmadi Page 4

Vs = kecepatan pengendapan

Dalam kondisi yang seimbang ini, maka FD = FI, maka diperoleh persamaan:(ρS - ρ) g V = CD Ac ρ (Vs2/2)atau

atau Bila V/Ac = (2/3)d , maka diperoleh :

dimana Sg adalah specific gravity. Besarnya nilai CD tergantung pada bilangan Reynold. bila NRe < 1 (laminer), CD = 24 / NRe bila NRe = 1 - 104 (transisi), CD = 24 / NRe+3 / NRe 0,5 + 0,34 bila NRe > 104 (turbulen), CD = 0,4.

Bilangan Reynold dapat dihitung menggunakan persamaan:NRe = ρdVs/μ

Berikut ini adalah langkah-langkah dalam menghitung kecepatan pengendapan bila telah

diketahui ukuran partikel, densitas atau specific gravity, dan temperatur air:

1. Asumsikan bahwa pengendapan mengikuti pola laminer, karena itu gunakan persamaan

Stoke's untuk menghitung kecepatan pengendapannya.

2. Setelah diperoleh kecepatan pengendapan, hitung bilangan Reynold untuk membuktikan pola

aliran pengendapannya.

3. Bila diperoleh laminer, maka perhitungan selesai. Bila diperoleh turbulen, maka gunakan

persamaan untuk turbulen, dan bila diperoleh transisi, maka gunakan persamaan untuk

transisi.

darmadi Page 5

Metoda lain dalam menentukan kecepatan pengendapan adalah menggunakan pendekatan

grafis (Gambar 3.2). Grafik tersebut secara langsung memberikan informasi tentang kecepatan

pengendapan bila telah diketahui specific gravity dan diameternya pada temperatur 10oC.

Gambar 1.2 Grafik Pengendapatn Tipe I pada temperatur 10 0C(Reynold dan Richards, 1996)

Pada kenyataannya, ukuran partikel yang tersuspensi dalam air itu banyak sekali jumlahnya.

Karena itu, diperlukan satu ukuran partikel sebagai acuan, sebut saja do, yang mempunyai

kecepatan pengandapan sebesar Vo (lihat Gambar 3.3). Vo disebut juga overflowrate. Dengan

acuan tersebut, maka dapat dibuat pernyataan sebagai berikut:

a. Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih besar dari Vo, maka 100% akan

mengendap dalam waktu yang sama.

b. Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih kecil dari Vo, maka tidak semua

akan mengendap dalam waktu yang sama.

darmadi Page 6

Gambar 1.3 Lintasan Pengendapan Partikel(Reynold dan Richards, 1996)

a. Bentuk bak segi empat (rectangular)b. Bentuk bak lingkaran (circular)

Jumlah dari keseluruhan partikel yang mengendap disebut penyisihan total (total removal).

Besarnya partikel yang mengendap dapat diperoleh dari uji laboratorium dengan column settling

test (Gambar 1.4). Over flow rate dihitungdengan persamaan:

Vo = H/t

Gambar 1.4 Sketsa Column Settling Test Tipe I(Reynold dan Richards, 1996)

Besarnya fraksi pengendapan partikel dihitung dengan:

di mana:

R = besarnya fraksi pengendapan partikel total

Fo = fraksi partikel tersisa pada kecepatan Vo

V = kecepatan pengendapan (m/detik)

dF = selisih fraksi partikel tersisa

darmadi Page 7

Berdasarkanbesarnya R tersusun oleh dua komponen, yaitu:

1. (1-Fo) = fraksi partikel dengan kecepatan > Vo

2. = fraksi partikel dengan kecepatan < Vo

Data yang diperoleh dari percobaan laboratorium adalah jumlah (konsentrasi) partikel yang

terdapat dalam sampel yang diambil pada interval waktu tertentu. Konsentrasi pada berbagai

waktu tersebut diubah menjadi bentuk fraksi. Fraksi merupakan perbandingan antara konsentrasi

partikel pada waktu ke-t terhadapkonsentrasi partikel mula-mula. Selanjutnya dihitung kecepatan

pengendapan partikel pada tiap waktu pengambilan.

Plot ke dalam grafik hubungan antara fraksi partikel tersisa dengan kecepatan

pengendapan. Ambil nilai kecepatan pengendapan tertentu sebagai acuan (disebut juga waktu

klarifikasi atau overflow rate = Vo). Dari nilai Vo tersebut dapat diperoleh nilai Fo, yaitu

merupakan batas fraksi partikel besar yang semuanya mengendap dan fraksi partikel lebih kecil

yang mengendap sebagian saja. Besarnya fraksi partikel kecil dapat dicari dari luasan daerah di

atas kurva sampai batas Fo (Gambar 1.5).

Gambar 1.5 Grafik Pengendapan Partikel Diskret

1.1.2.2. Sedimentasi Tipe II

Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam suspensi encer, di mana

selama pengendapan terjadi saling interaksi antar partikel. Selama dalam operasi pengendapan,

ukuran partikel flokulen bertambah besar, sehingga kecepatannya juga meningkat. Sebagai

contoh sedimentasi tipe II antara lain pengendapan pertama pada pengolahan air limbah atau

darmadi Page 8

pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi pada pengolahan air minum maupun air

limbah.

Kecepatan pengendapan partikel tidak bisa ditentukan dengan persamaan Stoke's karena

ukuran dan kecepatan pengendapan tidak tetap. Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan

column settling test dengan multiple withdrawal ports (Gambar 1.6).

Gambar 1.6 Sketsa Kolom Sedimentasi Tipe III

Dengan menggunakan kolom pengendapan tersebut, sampling dilakukan pada setiap port

pada interval waktu tertentu, dan data REMOVAL partikel diplot pada grafik seperti pada

Gambar 1.7.

Gambar 1.7 Grafik Isoremoval (Reynold dan Richards, 1996)

Grafik isoremoval dapat digunakan untuk mencari besarnya penyisihan total pada waktu

tertentu. Tarik garis vertikal dari waktu yang ditentukan tersebut. Tentukan kedalaman H1, H2,

H3 dan seterusnya (lihat Gambar 1.8).

darmadi Page 9

Gambar 1.8 Penentuan Kedalaman H1, H2 dan Seterusnya(Reynold dan Richards, 1996)

Besarnya penyisihan total pada waktu tertentu dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan:

Grafik isoremoval juga dapat digunakan untuk menentukan lamanya waktu pengendapan

dan surface loading atau overflow rate bila diinginkan efisiensi pengendapan tertentu. Langkah

yang dilakukan adalah:

a. Hitung penyisihan total pada waktu tertentu (seperti langkah di atas), minimal sebanyak tiga

variasi waktu. (Ulangi langkah di atas minimal dua kali)

b. Buat grafik hubungan persen penyisihan total (sebagai sumbu y) dengan waktu pengendapan

(sebagai sumbu x)

c. Buat grafik hubungan persen penyisihan total (sebagai sumbu y) dengan overflow rate

(sebagai sumbu x)

Kedua grafik ini dapat digunakan untuk menentukan waktu pengendapan atau waktu detensi

(td) dan overflow rate (Vo) yang menghasilkan efisiensi pengendapan tertentu. Hasil yang

diperoleh dari kedua grafik ini adalah nilai berdasarkan eksperimen di laboratorium (secara

batch). Nilai ini dapat digunakan dalam mendisain bak pengendap (aliran kontinyu) setelah

dilakukan penyesuaian, yaitu dikalikan dengan faktor scale up. Untuk waktu detensi, faktor scale

up yang digunakan pada umumnya adalah 1,75, untuk overflow rate, faktor scale up yang

digunakan pada umumnya adalah 0,65 (Reynold dan Richards, 1996).

1.1.2.3. Sedimentasi Tipe III dan IV

darmadi Page 10

Sedimentasi tipe III adalah pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih pekat, di

mana antar partikel secara bersama-sama saling menahan pengendapan partikel lain di sekitarnya.

Karena itu pengendapan terjadi secara bersama-sama sebagai sebuah zona dengan kecepatan yang

konstan. Pada bagian atas zona terdapat interface yang memisahkan antara massa partikel yang

mengendap dengan air jernih. Sedimentasi tipe IV merupakan kelanjutan dari sedimentasi tipe III,

di mana terjadi pemampatan (kompresi) massa partikel hingga diperoleh konsentrasi lumpur yang

tinggi. Sebagai contoh sedimentasi tipe III dan IV ini adalah pengendapan lumpur biomassa pada

final clarifier setelah proses lumpur aktif (Gambar 1.9). Tujuan pemampatan pada final clarifier

adalah untuk mendapatkan konsentrasi lumpur biomassa yang tinggi untuk keperluan resirkulasi

lumpur ke dalam reaktor lumpur aktif.

Gambar 1.9 Pengendapan pada Final Clarifier untuk Proses Lumpur Aktif(Reynold dan Richards, 1996)

Sebelum mendisain sebuah bak final clarifier, maka perlu dilakukan percobaan laboratorium

secara batch menggunakan column settling test. Pengamatan dilakukan terhadap tinggi lumpur

pada to hingga t. Data yang diperoleh adalah hubungan antara tinggi lumpur dengan waktu

(Gambar 1.10).

darmadi Page 11

Gambar 1.10 Grafik Hasil percoban Sedimentasi Tipe III dan IV(Reynold dan Richards, 1996)

Pengolahan Data (hasil dapat dilihat pada Gambar 1.11):

1. Tentukan slope pada zona III (slope=kecepatan pengendapan, Vo)

2. Perpanjang garis lurus dari zona III dan zona IV

3. Tentukan titik pertemuan garis dari zona III dan zona IV, tentukan titik pusat lengkungan,

dan buat garis singgung

4. Dengan mengetahui konsentrasi lumpur awal (Co), tinggi lumpur awal (Ho), dan

konsentrasi disain underflow (Cu), tentukan tinggi lumpur underflow Hu.

Co Ho = Cu Hu

Underflow adalah lumpur hasil akhir pengendapan yang siap disirkulasikanke reaktor

lumpur aktif.

5. Buat garis horisantal dari Hu hingga memotong garis singgung, maka diketahui tu (waktu

yang diperlukan untuk mencapai konsentrasi Cu).

darmadi Page 12

Gambar 1.11 Hasil Pengolahan Data Sedimentasi Tipe III dan IV(Reynold dan Richards, 1996)

Setelah pengolahan data tersebut, parameter yang diperoleh dapat digunakan untuk

endisain bak pengendap lumpur biomassa, yaitu:

1. Luas permukaan yang diperlukan untuk thickening, At dengan menggunakan persamaan:

At = 1,5 (Q+QR) tu/Ho

2. Luas permukaan yang diperlukan untuk klarifikasi (sedimentasi), Ac dengan menggunakan

persamaan:

Ac = 2,0 Q/Vo

di mana:

Q = debit rata-rata harian sebelum resirkulasi, m3/detik

QR = debit resirkulasi, m3/detik

Selain dengan pendekatan waktu tercapainya konsentrasi underflow, disain final clarifier

dapat juga menggunakan pendekatan konsep solid flux. Solid flux adalah kecepatan thickening

solid per satuan luas, dinyatakan dalam kg/jam-m2.

darmadi Page 13

1.1.3. Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude

Faktor-faktor lain yang juga mempengaruhi proses pengendapan adalah overflow rate, v

horizontal (vh), bilangan Reynold partikel, serta karakteristik aliran. Karakteristik aliran diketahui

dari nilai Bilangan Reynolds dan Froude. Namun, kedua bilangan tersebut tidak dapat dipenuhi

keduanya, sehingga perlu ditetapkan suatu acuan.

Studi literatur menghasilkan kesimpulan bahwa acuan yang tepat untuk desain bak

prasedimentasi bentuk rectangular adalah menggunakan bilangan Froude, sedangkan acuan yang

tepat untuk mendesain bak prasedimentasi bentuk circular dengan tipe center feed adalah

bilangan Reynolds. Berdasarkan SNI 6774 tahun 2008 tentang tata cara perencanaan unit paket

instalasi pengolahan air, bilangan Reynolds pada unit prasedimentasi harus memiliki nilai kurang

dari 2000, sedangkan Bilangan Froude harus lebih dari 10-5. Kedua persyaratan tersebut

seharusnya terpenuhi, tetapi pada kenyataannya akan sulit memenuhi kedua bilangan tersebut

sekaligus dalam perancangan unit prasedimentasi.

a) Bilangan Reynolds

Penerapan Bilangan Reynolds pada unit prasedimentasi menunjukkan korelasi bahwa fungsi

Bilangan Reynolds adalah untuk menunjukkan kondisi aliran pada 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 dapat dilihat pada Gambar 1.2.

Gambar 1.12 Pengendapan Partikel pada Aliran Laminer dan Turbulen(Huisman, 1997)

darmadi Page 14

b) Bilangan Froude

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.

1.1.4. 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.

darmadi Page 15

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 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 1.13.

Gambar 1.13 Sketsa Perforated Baffle

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 melalui lubang tersebut, kecepatan air akan mengikuti luas penampang

basah bak yang dilalui oleh air, sehingga perforated baffle bukan berfungsi untuk mengatur

bilangan Reynolds.

darmadi Page 16

1.1.5. Zona PengendapanProses 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.

b) Overflow Rate dan Efisiensi Bak

Proses pengendapan partikel pada bak prasedimentasi aliran horizontal pada dasarnya seperti

yang terlihat pada Gambar 1.14. Partikel memiliki kecepatan horizontal, vH dan kecepatan

pengendapan vS.

Gambar 1.14 Pergerakan Partikel pada Bak Prasedimentasi Aliran Horizontal

Gambar 1.14 menunjukkan bahwa apabila overflow rate/kecepatan horizontal sebanding

dengan kedalaman/panjang bak, maka

darmadi Page 17

v0

v H= D

L... (1)

v0=DL

.vH ... (2)

v0=DL

. QwD ... (3)

Sehingga

v0=Q

wD ... (4)

Persamaan (4) menunjukkan bahwa overflow rate merupakan fungsi dari debit dan luas

permukaan. Selain persamaan (1) hingga (4), persamaan-persamaan berikut dapat

membuktikan bahwa v0 = Q /Asurface

v0=h0

t 0 ... (5)

t 0=VQ ... (6)

Sehingga

v0=h0

V /Q... (6a)

Atau

v0=h0QV

... (6b)

v0=QA s

... (7)

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 H2 (Gambar 1.15).

darmadi Page 18

Gambar 1.15 Profil pada Bak Rectangular Ideal(Reynold 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.

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 daripada overflow rate.

Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan vs > v0 dapat dituliskan

sebagai 1- F0. Partikel yang tersisih karena memiliki kecepatan pengendapan v s < v0 tetapi

berada pada kedalaman tertentu, sehingga dapat terendapkan dapat ditulis sebagai 1

1V 0

∫0

F0

V dF.

1.1.6. Zona Outlet

darmadi Page 19

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 1.1).

Tabel 1.1 Ragam Weir Loading dari Berbagai Sumber

Weir Loading Rate (m3/hari.m) Sumber Keterangan

186 Katz, 1962

249,6 Katz, 1962 Pada daerah yang terpengaruh density current

264 Kawamura, 2000125-500 Droste, 1997

172,8-259,2 Huisman, 1977

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 satu pelimpah sudah cukup, namun jika hanya ada satu pelimpah, maka weir

loading rate akan menjadi besar. Hal tersebut dapat mengganggu proses pengendapan, sebab

terjadi aliran ke atas menuju pelimpah 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 .

darmadi Page 20

Gambar 1.16 Beragam Susunan Pelimpah pada Outlet(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 6

berikut.

Gambar 1.17 Contoh v-notch(Fair dkk., 1981)

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

darmadi Page 21

tidak diletakkan terlalu di bawah, sebab apabila bukaan diletakkan terlalu bawah, partikel yang

telah terndapakan dapat ikut terbawa ke outlet.

1.1.7. Tray (Alas Semu)Peningkatan kapasitas bak dengan mempercepat pengumpulan flok menjadi dasar pemikiran.

Sehingga muncul gagasan untuk menambah dasar/alas semu (tray) Peningkatan kapasitas bak

dengan tray yang horizontal, menyebabkan efisiensi pengendapan bertambah tinggi. namun lama-

lama effluen yang keluar akan tercampur partikel yang sudah mengendap. Solusinya bisa dengan

menggunakan multi tray settler. Bentuk multi tray settler dapat berupa Tube settler dan Plate

settler.

Bila plate settler ditambahkan pada bak sedimentasi, maka dapat menambah kapasitas dan

memperbaiki kualitas effluent. Kapasitas produksi akan meningkat sebesar 50-150 %. Plate settler

dapat direncanakan dengan bahan yang mudah didapatkan sendiri. Tube settler didapatkan dari

suatu fabrikasi sebelum disesuaikan dengan perencanaan unit. Plate settler direncanakan dari

bahan yang tahan karat akibat larutan alum dan susah ditumbuhi alga, seperti bahan dari

polyethylene atau bahan terlapisi plastic.

Waktu yang diperlukan lebih kecil dari waktu detensi semula sehingga overlow rate lebih

besar dan pengendapan lebih banyak. Jika sudut kemiringan besar maka jarak tempuh besar

kemampuan mengendap kecil waktu pengendapan lama serta overflow rate kecil. Seperti

diilustrasikan dengan gambar berikut.

Gambar 1.18 Ilustrasi Dasar Semu (Tray) pada Bak Pengendap

Maka waktu yang diperlukan hanya 1/5 waktu semula, jadi overflow rate menjadi 5 kali

lebih besar dari semula. Namun akan mempercepat proses penumpukan sludge pada dasar semu

tersebut yang memungkinkan akan terbawa keluar oleh aliran efluen.

Maka dengan sedikit modifikasi, membuat tray tersebut dalam posisi miring, sehingga jika

sudut kemiringan (α) besar, maka jarak tempuh besar, kemampuan pengendapan kecil, waktu

darmadi Page 22

detensi besar akibatnya overflow rate kecil. Sudut kemiringan plate settler direncanakan agar

lumpur jatuh dengan sendirinya dan tidak menempel pada plate (45° - 60°), namun biasanya

direncanakan pada sudut 55° dari horizontal.(Schlutz, 1984)

1.2. PERHITUNGAN

1.2.1. Overflow Rate

Suatu kolam pengendapan sedalam 150 cm dipakai untuk mengendapkan partikel diskret pada kedalaman 120 cm. Terdapat titik sampling over flow rate 0,025 m/s.

Tabel 1.2 Data Hasil Uji Pengendapan di Laboratorium

waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0frek partikel tersisa (Fo) 0,56 0,48 0,37 0,19 0,05 0,02

kec pengendapan (Vo) (m/s) 0,04 0,02 0,01 0,0050,003333

3 0,0025

Contoh Perhitungan: Vo=( KedalamanairWaktu Pengendapan )=( 1,2cm

0,5 m )= 1,2 m30 detik

=0,04 mdetik

Apabila ditentukan Over flowrate (Vo) = 0,025 m/s

Maka diperoleh nilai dari grafik Fo = 0,51

Kemudian data frekuensi partikel tersisa (Fo) dan kecepatan pengendapan (Vo) dari tabel

diatas diplotkan kedalam Grafik Pengendapan Partikel Diskret seperti yang telah dijelaskan

pada Gambar 1.5 pada teori tentang overflow rate.

Pada Grafik Pengendapan Partikel Diskret tersebut dapat dicari dari luasan daerah di atas

kurva sampai batas Vo yang telah ditetapkan yaitu 0,025 m/s, dan didapatkan batas Fo pula, yaitu

0,51. Luasan daerah di atas kurva dapat dicari dengan membuat kotak dengan seadil mungkin

sehinggadapat dicari luasan kotak tersebut. Luasan kotak harus representatif dari luasan daerah

diatas kurva hingga titik Fo yang telah ditetapkan. (grafik terdapat pada lampiran)

darmadi Page 23

Tabel 1.3 Perhitungan Luasan Daerah diatas Grafik Pengendapan Partikel Diskret Sampai Fo ditentukan

Kotak Fo Vo Luas(%) m/s

A 0,035 0,022 0,00077B 0,05 0,016 0,0008C 0,05 0,012 0,0006

D 0,125 0,00820,00102

5E 0,125 0,0052 0,00065F 0,05 0,004 0,0002G 0,075 0,0028 0,00021

Σ 0,004255

ᶯ =(1−Fo )+ 1Vo∫o

Fo

Vol F

ᶯ =(1−0,51 )+ 10,025

.0,004255=66,02 %

ᶯ= 66,02% efisiensi pengendapan partikel diplotkan ke grafik Persentasi removal vs nilai kapasitas pengendapannya.

darmadi Page 24

66,02 %

1,3

Dari grafik di atas didapatkan nilai kapasitas nya adalah 1,3.

Hasil dari efisiensi ini dimasukkan kedalam Performance Curves For Settling Basins Of Varying Didapat

ttd

= VoQ / A

=1,3

ttd

=QA

= Vo1,3

ttd

=QA

=0,0251,3

ttd

=QA

=0,0192 m /s

Kedalaman (Zo)

V h=( 8F )

12 .Uto

V h=( 80,03 )

12 .0,0192 m

s=0,31 m

s

Mencari panjang bak (Po)

PoZo

=( 8F )

12 . td

¿

Po3 m

=( 80,03 )

12 . 1

1,3

Po3 m

=( 80,03 )

12 . 1

1,3

Po3 m

=12,56

Po=12,56 x 1,5m=18.84 m

darmadi Page 25

Diketahui : Q = 0,112 m3/sUto = 0,025 m/sZo = 1,5 m

As= QUto

=0,112 m3

s

0,025 ms

=4,48 m2

Mencari Lebar Bak (B)

Po : B = 4 : 1

B=18,84 m84

=4,7 m

Mencari Jari-jari Hidrolis (R)

R= B x ZoB+2 Zo

= 4,71 m x1,5 m4,71 m+2 x 1,5m

=0,97 m

Mencari Over flow rate(Vo)

Vo= QB x Zo

=0,112m3/det

4,7 m x 1,5 ms

=0,0159 ms

Viskositas suhu air saat 20c = 1,105 x10−6m/s

NRE=Vo. Rᶹ

=0,0159 m

s.0,97

1,105 x10−6 =13957,46

Tidak memenuhi kriteria desain, dapat menggunakan multiple tray

NFR= Vo2

g . R=

(0,0159 m /s )2

9,8 ms2

.0,97 m=2,65 x10−5

Memenuhi kriteria desain

1.2.2. Kolam Prasedimentasi

Ketika merancang sebuah tangki pengendapan aliran horizontal, hal untuk menghilangkan partikel diskrit, faktor utama adalah jumlah debit (Q) dari air harus diolah dan karakteristik

darmadi Page 26

pengendapan dari suspensi dan rasio dihilangkan secara bersamaan dengan menentukan pembebanan perKolam Prasedimukaan So yang akan diterapkan. Setelah faktor-faktor tersebut

diketahui, luas permukaan yang dibutuhkan yaitu A = QSo

tetap. Dengan penghilangan lumpur

secara mekanik, kedalaman akan memenuhi semua persyaratan.

Dengan menggunakan tangki persegi panjang tidak hanya kedalaman, tetapi nilai rasio antara panjang dan lebar masih perlu ditetapkan. Seperti disebutkan sebelumnya, gerusan umumnya tidak masalah jika memiliki persyaratan sebagai berikut :

NRe = V o R

υ<2000 dan NFr = V o

2

gR>10−5

Perhitungan

Diketahui :

Q = 1,12 m3/det

Akan dirancang 2 bak dengan ukuran yang sama besar, sehingga Q = 0,56 m3/det

So = 0.00037 m/s

T = 10°C Ʋ = 1,31 x 10 -6 m2/s

Ut = 0,025 m/s

DIMENSI BAK PRASEDIMENTASI

Menentukan luas permukaan kolam ( A surface)

Denah kolam akan dirancang berbentuk persegi panjang.

As= QSo

As= 0.560.00037

=1513,5 m2

Menghitung panjang dan lebar dengan kriteria desain L:W = 6-10, diambil L:W = 6

L= 6W

Lebar :

darmadi Page 27

As = L x W

As = 6W x W

1513,5 m2= 6 W2

W =√ 1513,56

W= 15,8 m

Panjang :

L=6W

L = 6 x 15,8m = 94,8 m

Menentukan kedalaman

H= 112

L0.8= 112

94,80.8=3.17 m

Menentukan jari-jari hidrolis

R= W x HW +2 H

= 15,8m x 3.17 m15,8m+2 x3.17m

=2,26m

Menentukan kecepatan horizontal

Vo= QW x H

= 0.5615,8 x3.17

=0.011m /s

Cek nilai Re dan Fr (T = 10°C Ʋ = 1,31 x 10 -6 m2/s)

ℜ=Vo x RƲ

=0.011x 2.261.31 x10−6 =18977

Nilai Re tidak memenuhi kriteria desain sehingga alirannya turbulen.

Fr=Vo2

g R= 0.0112

9.81 x2.26=5.45x 10−6

darmadi Page 28

Nilai Fr tidak memenuhi kriteria desain sehingga terjadi penggerusan.

DIMENSI BAK PRASEDIMENTASI DENGAN LEBAR YANG LEBIH BESAR

Bilangan Froude dan Bilangan Reynolds terlalu tinggi, mengurangi efisiensi cekungan oleh turbulensi dan juga mengakibatkan terjadinya penggerusan. Bila penurunan ini tidak dapat diterima, lebar yang lebih besar dapat diterapkan (diperbesar 2x lipat).

Memper lebar kolam 2 kali lipat

W = 2 x Wi

W = 2 x 15,8 m = 31,6 m

Menentukan panjang kolam

L = As : W

L = 1513,6 m2 : 31,6 m

L = 48 m

Menentukan kedalaman

H= 112

L0.8= 112

480.8=1,84 m

Menentukan jari-jari hidrolis

R= W x HW +2 H

= 31,6 m x 1,84 m31,6 m+2.1,84 m

=1,6 m

Menentukan kecepatan horizontal

Vo= QW x H

= 0.5631,6 x1,8

=0,0098 m /s

Cek nilai Re dan Fr (T = 10°C Ʋ = 1,31 x 10 -6 m2/s)

ℜ=Vo x RƲ

=0,0098 x 1.61.31 x10−6 =12024

Nilai Re tidak memenuhi kriteria desain sehingga alirannya turbulen.

darmadi Page 29

Fr=Vo2

g R=

(0,0098)2

9.81 x1.6=6.11 x 10−6 →<10−5

Nilai Fr tidak memenuhi kriteria desain sehingga terjadi penggerusan.

DIMENSI BAK PRASEDIMENTASI DENGAN MEMBUAT BAFFLE VERTIKAL

Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude masih belum memenuhi kriteria desain. Hasil yang lebih baik dapat diperoleh dengan menggunakan baffle vertikal.

BAK PRASEDIMENTASI DENGAN 3 TRAY VERTIKAL

Lebar trays

Wf = W : 4

Wf= 31,6 m : 4 = 7,9 m

Jari-jari Hidrolis

R= Wx HW +2 H

R= 7.9 m x1.84 m7.9 m+2x 1.84 m

=1.3 m

Reynolds Number

ℜ=Vo x RƲ

ℜ=0.0098 x 1.31.31 x10−6 =9725 →>2000→ aliran turbulen → tidak memenu hi KD

Froude Number

Fr=Vo2

g R

Fr=(0.0098)2

9.81x 1.3=7,53 x10−6 →<10−5 → penggerusan→ tidak memenuh i KD

darmadi Page 30

BAK PRASEDIMENTASI DENGAN 8 TRAY VERTIKAL

Lebar trays

Wf = W : 9

Wf= 31,6 m : 9 = 3,5 m

Jari-jari Hidrolis

R= Wf x HWf +2 H

R= 3.5 m x1.84 m3.5m+2x 1.84m

=0.89m

Reynolds Number

ℜ=Vo x RƲ

ℜ=0.0098 x 0.891.31 x10−6 =6658 →>2000→ aliran turbulen → tidak memenuhi KD

Froude Number

Fr=Vo2

g R

Fr= 0.0982

9.81 x 0.89=1.1 x10−5 →>10−5 → memenuhi KD

DIMENSI BAK PRASEDIMENTASI DENGAN MEMBUAT BAFFLE HORIZONTAL

Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude masih belum memenuhi kriteria desain. Hasil yang lebih baik dapat diperoleh dengan menggunakan baffle Horizontal.

darmadi Page 31

BAK PRASEDIMENTASI DENGAN 3 TRAY HORIZONTAL

Overflow rate

So’ = So4

So’= 0.00037

4 = 9.25 x 10-5 m/s

Luas Permukaan

As= QSo'

As= 0.56 :49.25 x10−5 =1513.5m2

Perbandingan panjang dan lebar

L = 6W

Lebar :

As = L x W

As = 6W x W

1513.5 m2= 6 W2

W =√ 1513.56

W= 15.8 m

Panjang :

L = As : W

L = 1513.5m2 : 15.8 m

L = 95,29 m

Hitung Kedalaman

H= 112

L0.8

H= 112

95,290.8=3,2 m

darmadi Page 32

Jari-jari HIdrolis

R= W x HW +2 H

R= 15.8 m x3,2 m15.8 m+2x 3,2 m

=2,28 m

Kecepatan Horizontal

Vo= QW x H

Vo= 0.56 :415.8 x3,2

=0.0027 m /s

Reynolds Number

ℜ=Vo x RƲ

ℜ=0.0027 x 2,281.31 x10−6 =4699,2→>2000 → aliranturbulen → Tidak memenuh i KD

Froude Number

Fr=Vo2

g R

Fr= 0.00272

9.81 x 2,28=3,25 x10−7→<10−5 → terjadi penggerusan→ tidak Memenu h i KD

BAK PRASEDIMENTASI DENGAN 6 TRAY HORIZONTAL

Overflow rate

So’ = So7

So’= 0.00037

7 = 5,3 x 10-5 m/s

Luas Permukaan

darmadi Page 33

As= QSo'

As= 0.56 :75.3 x10−5 =10566 m2

Perbandingan panjang dan lebar

L = 6W

Lebar :

As = L x W

As = 6W x W

10566 m2= 6 W2

W =√ 10566 m2

6

W= 41,96 m ≈ 42 m

Panjang :

L = As : W

L = 10566 m2 : 42 m

L = 251.6 m

Hitung Kedalaman

H= 112

L0.8

H= 112

251.60.8=6,9m

Jari-jari Hidrolis

R= W x HW +2 H

R= 42 m x 6,9 m42m+2 x6,9 m

=5.2m

Kecepatan Horizontal

darmadi Page 34

Vo= QW x H

Vo= 0.56 ;742 x 6,9

=0.0003 m /s

Reynolds Number

ℜ=Vo x RƲ

ℜ=0.0003 x 5.21.31 x10−6 =1095,7→>2000 → aliran turbulen →tidak memenuh i KD

Froude Number

Fr=Vo2

g R

Fr=(0.0003)2

9.81 x 5.2=1,79 x 10−9 →<10−5 →terjadi penggerusan→tidak memenuh i KD

TILTED PLATE SEPARATORS

Dikarenakan tidak memenuhinya Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude dengan berbagai metode,

yaitu memperlebar kolam, membuat trays vertikal maupun horizontal, jadi direncanakan bak

prasedimentasi dengan tipe tilted plate separator atau plate settlers. Dimana Plate settlers ini telah

meiliki ukuran lebar tipa plate-nya yaitu 0,1 m, dan kedalamnya adalah 1 m dengan sudut 600.

Direncanakan W = 0.1 m, H = 1m, α = 600

Dengan 95% removal So = 0.00025 m/s

Menentukan luas area plate

S0=QA

WH cosα +W cos2α

S0=QA

0.11 cos600+0.1cos2600

S0=0.19 QA

darmadi Page 35

A=0.19 QS0

=0.19 0,560.00025

=425.6 m2

Kecepatan horizontal

V o=Q

A s sin α= 0.56

425.6 sin 60=0.0015 m /s

Jari-jari hidrolis

R=W2

=0.12

=0.05 m

Reynolds number

ℜ=V o x R

υ=0.0015 x 0.05

1.31 x10−6 =57 →<2000 →aliran laminer → memenuh i KD

Froude number

Fr=V 0

2

g x R= 0.00152

9.81 x 0.05=4.6 x 10−6 →<10−5 → penggerusan→ tidak memenu hi KD

TUBE SETTLER

Dikarenakan tetap tidak memenuhinya Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude dengan berbagai plate

settlers, maka bak prasedimentasi akan dirancang dengan tipe tube separator, dengan tetap

memerhatikan pemenuhan kriteria desain Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude. Dimana Tube

settlers ini telah memiliki ukuran lebar tiap tube (pipa)-nya yaitu 0,05 m, dan kedalamnya adalah 0,9

m dengan sudut 600.

Direncanakan W = 0.05 m, H = 0.9 m, α = 600

Dengan 95% removal So = 0.00025 m/s

Menentukan luas area tube settlers

S0=QA

WH cosα +B cos2 α

darmadi Page 36

S0=QA

0.050.9 cos600+0.05 cos2 600 =0.108 Q

A

S0=0.108 QA

A=0.108 QS0

=0.108 0,560.00025

=241.9 m2

direncanakan square tank (harganya lebih murah)

Kecepatan horizontal

V o=Q

281sin α

V o=0.56

241,9 sin 60=0.0027 m / s

Jari-jari hidrolis

R= W 2

4W= 0.052

4 x 0.05=0.0125 m

Reynolds number

ℜ=V o x R

υ=0.0027 x 0.0125

1.31 x10−6 =26 →<2000 → aliranlaminer → memenuhi KD

froude number

Fr=V 0

2

g x R=¿¿

Dikarenakan dengan menggunakan Tube Settlers, pengujian Bilangan Reynolds, dan Bilangan

Fraude memenuhi kriteria desain. Maka akan dirancang Bak Prasedimentasi dengan tipe Tube

Settlers. Dengan ukuran ukuran stiap tube (pipa)-nya yaitu 0,05 m, dan kedalamnya adalah 0,9 m

dengan sudut 600 dan kemampuan pemisahan partikel diskret sebesar 95%. Dan ukuran bak yang

digunakan dengan lebar 31,6 m, panjang bak 48 m, dan ketinggian bak 1,84 m.

INLET SISTEM

darmadi Page 37

Q = 0,56 m3/det untuk masing masing bak (terdapat 2 bak)

W = 31,6 m (lebar tangki)

Vi = 0,6 m/det (kecepatan aliran saat memasuki inlet)

λ = 0,04 (koefisien friksi), bukaan weir (x) = setiap 2 meter

H = 1,84 m (kedalaman bak)

Cross Area

Ac=QVi

=0.560.6

=0,93m2

Kedalaman Inlet

Hi=13

H=13

1,84=0,631 m

Lebar Inlet

W = AcHi

= 0,930.631

=1,5 m

Diameter Hydraulic Total

Dh=4 x luas basahkeliling basah

Dh=4 x Hi .W2 Hi+W

Dh=4 x 0,631 m x 1,5 m(2 x0,6312 m ) x 1,5 m

=1,34 m

Jumlah bukaan pada Inlet

n=Wx

−1=31,62

−1=14,8 bukaan≅ 15 bukaan

Kenaikan Level Piezometer

∆=vi

2

2 g (1−{λ3

x BDh }−1

n )darmadi Page 38

Δ=(0,6 m

detik )2

2x 9,81 mdetik2

(1−{0,043

x 31,6 m1 ,34 m }− 1

15 )=0,011m

z>10 ∆

z>10 x0,011m=0,11

Debit Per Bukaan

Qp=Qn

Qp=0,56 m3

detik15

=0,037 m3

detik

Diameter Tiap Bukaan

Qp=μF √2 g z

μF=Q p

√2 gz

μF=0,037 m3

detik

√2 x 9,81 mdetik2 x 0,11m

=2,8 x 10−3 m2

F=2,8 x 10−3

μ

Bila µ = 0,3

F=2,8 x 10−3

0,3=0,0092 m2

F=π r2=0,0092 m2m2

r=√ 0,0092 m2

π=0,054 m

D=2r=2x 0,054 m=0,11 m

darmadi Page 39

Kecepatan Rerata Di Bukaan

vp=√2 gz

vp=√2x 9,81 mdetik2 x 0,11m=1,47 m

detik

OUTLET SISTEM

Q = 0,56 m3/det untuk masing masing bak (terdapat 2 bak)

W = 31,6 m (lebar tangki)

H = 1,84 m (kedalaman bak)

So = 0,0037 m/det (overflow rate)

1. Untuk Bak Persegi

QnB

<5.H . S0

0,56 m3

detikn x 10 m

<5 x1,84 x 0,0037 mdetik

n>5,2 bua h ≅ 6 bua h

2. Total panjang weir

Total=n xW

Total=6 x31,6 m=189,6 m

3. Total weir loading

QnB

<5H S0

darmadi Page 40

QnB

<5x 1,84 x0,0037 mdetik

QnB

<3,4 x10−3 m2

detik

Untuk memenuhi syarat weir loading < 5HS0 maka perlu memasang 6 bukaan di tangki

selebar 189, 6 m

4. Debit pada Bukaan

q= Q¿ . no

=0,56 m3

detik15 x6

=6,2 x10−3 m3

detik

5. V-notch

(dipilih V-Notch karena dapat melakukan self cleansing dengan baik)

h=( q0

1,4 )25

h=(6,2 x10−3 m3

detik1,4 )

25

=0,15 m=15 cm

1.2.3. Kolam Sedimentasi Tipe 3&4Q maximum = 1,12 m3/sjika digunakan 2 bak, maka Q = 0,56 m3/s

Cu = SDI = 13500 mg/l

C0 = MLSS aerasi = 35000 mg/lt

Waktu pengamatan (menit) Ketinggian bidang batas (cm)0 75,5

10 57,520 4025 3430 2735 2440 2250 18,5

darmadi Page 41

60 17,570 17,25

Data waktu pengamatan dan ketinggian bidang batas permukaan lumpur diplotkan ke Grafik Hasil Pengolahan Data Sedimentasi Tipe III dan IV seperti yang telah dijelaskan pada Gambar 1.11.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 10 20 30 40 50 60 70 80

hub H dan T

Gambar 1.19 Grafik Perbandingan Waktu Terhadap Ketinggian Permukaan Lumpur

hu=Co . HoCu

=3500 m g

¿ .75,5 cm

13500 mg¿

=19,59 cm

Dari grafik, dengan hu = 19.59 didapatkan hasil: Tu = 41,25 menit

Vo= ΔYΔX

= 5,5 cm5menit

=1,1 cmmenit

Q .C+R .Cu=(Q+R ) .Co

(0,56 m3s

.0)+(R .13500 mg¿ )=(0,56 m3

s+R).3500 mg

¿

(R .13500 mg¿ )=1960 mg

¿ . m 3s

+R .3500 mg¿

(10000 R )=1960 . m3s

R=0.196 m 3s

1. Area Clarifier

Ac= QVo

.2=0,56 m3

s

1,1 cms

. 1 cm100 m

. 1mnt60 s

=6109 m2

2. Area Thickening

AT=(Q+R ) TuHo

.1,5

darmadi Page 42

AT=(Q+R ) TuHo

.1,5

AT=(0,56+0,196 ) m3s

.41,25 menit . 60 s

1 mnt

75,5cm . 1m100 cm

AT=3742,2 m2

3. Luas Area yang digunakan

Luas area yang akan digunakan adalah luas area yang terluas antara area klarifikasi dengan area thickening, karena AT < AC maka luas area yang digunakan adalah luas area klarifikasi

4. Diameter Tangki Clarifier

D=√ 4 Acπ

=√ 4 .6109 m2

π =88,19m2

5. Volume Tangki Clarifier

Vol=Q . Td

Vol=0,56 m3s

.41,25 menit . 60 s1 mnt

=1386 m3

6. Tinggi Tangki Clarifier

H=VolAc

+Freeboard=1386 m3

6109 m2 x1,2=0,26 m

1.3. GAMBAR

CDAFTAR ISIMODUL I PRASEDIMENTASI DAN SEDIMENTASI 3&4..............................................................1

1.1. TEORI.......................................................................................................................................1

1.1.1. Prasedimentasi.......................................................................................................................1

1.1.2. Sedimentasi............................................................................................................................2

darmadi Page 43

1.1.2.1. Sedimentasi Tipe I.............................................................................................................4

1.1.2.2. Sedimentasi Tipe II............................................................................................................8

1.1.2.3. Sedimentasi Tipe III dan IV.............................................................................................11

1.1.3. Bilangan Reynold dan Bilangan Fraude...............................................................................14

1.1.4. Zona Inlet.............................................................................................................................15

1.1.5. Zona Pengendapan...............................................................................................................17

1.1.6. Zona Outlet..........................................................................................................................19

1.1.7. Tray (Alas Semu).................................................................................................................21

1.2. PERHITUNGAN.....................................................................................................................22

1.2.1. Overflow Rate......................................................................................................................22

1.2.2. Kolam Prasedimentasi.........................................................................................................26

1.2.3. Kolam Sedimentasi Tipe 3&4..............................................................................................41

1.3. GAMBAR...............................................................................................................................42

Tabel 1.1 Ragam Weir Loading dari Berbagai Sumber.......................................................................20Tabel 1.2 Data Hasil Uji Pengendapan di Laboratorium.....................................................................22Tabel 1.3 Perhitungan Luasan Daerah diatas Grafik Pengendapan Partikel Diskret Sampai Fo ditentukan.............................................................................................................................................................24

Gambar 1.1 Empat Tipe Sedimentasi (Reynold dan Richards, 1996)....................................................4

darmadi Page 44

Gambar 1.2 Grafik Pengendapatn Tipe I pada temperatur 10 0C (Reynold dan Richards, 1996)...........6Gambar 1.3 Lintasan Pengendapan Partikel (Reynold dan Richards, 1996)..........................................7Gambar 1.4 Sketsa Column Settling Test Tipe I (Reynold dan Richards, 1996)...................................7Gambar 1.5 Grafik Pengendapan Partikel Diskret.................................................................................8Gambar 1.6 Sketsa Kolom Sedimentasi Tipe III....................................................................................9Gambar 1.7 Grafik Isoremoval (Reynold dan Richards, 1996)..............................................................9Gambar 1.8 Penentuan Kedalaman H1, H2 dan Seterusnya (Reynold dan Richards, 1996)..................10Gambar 1.9 Pengendapan pada Final Clarifier untuk Proses Lumpur Aktif (Reynold dan Richards, 1996).............................................................................................................................................................11Gambar 1.10 Grafik Hasil percoban Sedimentasi Tipe III dan IV (Reynold dan Richards, 1996).......12Gambar 1.11 Hasil Pengolahan Data Sedimentasi Tipe III dan IV (Reynold dan Richards, 1996)......13Gambar 1.12 Pengendapan Partikel pada Aliran Laminer dan Turbulen (Huisman, 1997)..................14Gambar 1.13 Sketsa Perforated Baffle.................................................................................................16Gambar 1.14 Pergerakan Partikel pada Bak Prasedimentasi Aliran Horizontal...................................17Gambar 1.15 Profil pada Bak Rectangular Ideal (Reynold dan Richards, 1996).................................19Gambar 1.16 Beragam Susunan Pelimpah pada Outlet (Qasim, 1985)................................................20Gambar 1.17 Contoh v-notch (Fair dkk., 1981)...................................................................................21Gambar 1.18 Ilustrasi Dasar Semu (Tray) pada Bak Pengendap.........................................................22Gambar 1.19 Grafik Perbandingan Waktu Terhadap Ketinggian Permukaan Lumpur........................41

darmadi Page 45

DESAIN INSTALASI PENGOLAHAN AIR LIMBAH (IPAL) BIOFILTER UNTUK MENGOLAH AIR LIMBAH POLIKLINIK UNIPA SURABAYA

Rhenny Ratnawati, Muhammad Al Kholif dan Sugito

Program Studi Teknik Lingkungan FTSPUniversitas PGRI Adi Buana Surabaya

Email:rhenny .ratnawati @ yahoo.com

Abstrak:

Poliklinik menghasilkan air limbah domestik yang bersifat infeksius. Oleh karenanya air limbah tersebut harus diolah agar memenuhi baku mutu lingkungan sehingga tidak mengakibatkan terjadinya penyakit. Aplikasi biofilter untuk mengolah air limbah domestik poliklinik dapat mereduksi beban organik terlarut sehingga menghasilkan efluen yang layak dibuang ke badan air. Efluen yang dihasilkan dapat ditingkatkan sebagai air baku untuk air bersih. Tujuan dalam penelitian ini adalah merencanakan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) untuk mengolah air limbah poliklinik UNIPA Surabaya dengan menggunakan biofilter. Teknologi biofilter dipilih karena keunggulannya dalam meremoval pencemar organik dengan tingkat efisiensi tinggi sampai dengan 95%. Biofilter tidak membutuhkan lahan yang luas serta menggunakan media yang sangat murah menjadikan kelebihan tersendiri dari teknologi ini. Metode penelitian ini menggunakan data dokumentasi dan observasi lapangan bangunan gedung poliklinik UNIPA Surabaya. Data kebutuhan air bersih diprediksikan berdasarkan kebutuhan air yang digunakan untuk operasional poliklinik. Hasil penelitian ini berupa desain IPAL Biofilter yang meliputi dimensi bangunan dan gambar teknik IPAL serta perhitungan biaya yang siap diaplikasikan untuk mengolah air limbah yang dihasilkan oleh poliklinik UNIPA Surabaya.

Kata kunci: air limbah poliklinik, biofilter, IPAL

1. PENDAHULUAN

darmadi Page 46

Rumah sakit atau poliklinik merupakan fasilitas sosial yang keberadaannya sangat penting bagi masyarakat. Air limbah yang berasal dari limbah poliklinik merupakan salah satu sumber pencemaran air yang sangat potensial. Hal ini disebabkan karena air limbah poliklinik mengandung senyawa organik yang cukup tinggi juga kemungkinan mengandung senyawa-senyawa kimia lain serta mikroorganisme patogen yang dapat menyebabkan penyakit terhadap masyarakat di sekitarnya. Oleh karena potensi dampak air limbah poliklinik terhadap kesehatan masyarakat sangat besar, maka setiap poliklinik diharuskan mengolah air limbahnya sampai memenuhi persyaratan standar yang berlaku (Ahmadi dan Fahmi Umar, 1995) .

Poliklinik Universitas PGRI Adi Buana (UNIPA) Surabaya sebagai salah satu unit pelaksanaan di UNIPA Surabaya dibangun untuk memberikan pelayanan kesehatan dasar setrata pertama kepada masyarakat secara langsung di wilayah kampus Dukuh Menanggal Surabaya dan sekitarnya. Poliklinik UNIPA Surabaya dibangun sebagai sarana laboratorium kebidanan bagi mahasiswa serta pengembangan enterpreneur lulusan. Berbagai kegiatan poliklinik yang meliputi aktivitas domestik (kerumah tanggaan) maupun aktivitas pelayanan kesehatan pada masyarakat dapat menjadi sumber pencemar limbah cair, padat dan gas yang berbahaya bila tidak ditangani secara benar. Sumber limbah cair poliklinik dapat berasal dari kamar mandi, dapur, ruang periksa, laboratorium, ruang operasi dan ruangan lain yang mengandung bahan berbahaya serta kuman penyakit. Adapun karakteristik air limbah poliklinik dengan rawat inap atau rawat jalan hampir secara keseluruhan memiliki kesamaan dengan air limbah rumah sakit, yang meliputi: limbah domestik yakni buangan kamar mandi, dapur, air bekas cucian pakaian; limbah cair klinis yakni limbah dari kegiatan klinis misalnya air bekas cuci luka, cucian darah dan lain – lain; air limbah laboratorium; dan lainnya. Kapasitas air limbah poliklinik relatif kecil sehingga perlu di kembangkan teknologi pengolahan air limbah yang murah, mudah operasinya serta harganya terjangkau.

Kep-MENLH/12/1995 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan Rumah Sakit mengharuskan setiap rumah sakit harus mengolah air limbah sampai standart yang diijinkan. Menurut Kepgub Jatim 61/ 1999 tentang baku mutu limbah cair bagi kegiatan Rumah Sakit di Propinsi Daerah Tingkat I Jatim, menyebutkan bahwa dalam rangka penanganan masalah limbah cair, harus memenuhi ketentuan-ketentuan antara lain:(1) membuat saluran pembuangan limbah cair tertutup dan kedap air, sehingga tidak terjadi perembesan ke tanah dan di alirkan ke IPAL serta terpisah dengan saluran limpahan air hujan, (2) melakukan pengolahan limbah cair secara fisika, kimia dan biologi, sehingga mutu limbah cair yang di buang ke lingkungan tidak melampaui Baku Mutu Limbah Cair bagi Rumah Sakit yang telah ditetapkan. Bagi rumah sakit besar umumnya dapat membangun IPAL sendiri karena mempunyai dana yang cukup, tetapi bagi rumah sakit kecil termasuk poliklinik dan puskesmas maka kebutuhan akan teknologi pengolahan air limbah yang layak secara teknis,ekonomis dan memenuhi standart lingkungan sangat diperlukan.

Teknologi pengolahan air limbah sederhana dengan kinerja yang tinggi yang telah dikembangkan saat ini adalah dengan biofilter. Menurut Metcalf & Eddy (2004) biofilter (Submerged Filter) adalah suatu istilah dari reaktor yang dikembangkan dengan prinsip mikroba tumbuh dan berkembang pada suatu media filter dan membentuk lapisan biofilm (attached growth). Biofilm merupakan salah satu pengolahan limbah cair secara biologis, proses kerjanya memanfaatkan kehidupan mikroorganisme untuk menguraikan polutan. Adapun beberapa keunggulan antara lain pengoperasiannya mudah, lumpur yang dihasilkan sedikit, tahan terhadap fluktuasi jumlah air limbah maupun fluktuasi konsentrasi serta dapat menghilangkan padatan tersuspensi dengan baik. Teknologi biofilter mampu meremoval kandungan bahan organik sampai tingkat efisiensi 95%.

Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah merencanakan IPAL biofilter anaerob-aerob yang meliputi ukuran dimensi utama bangunan berdasarkan prediksi peningkatan kunjungan dan pengembangan poliklinik untuk 10 tahun mendatang.

darmadi Page 47

2. METODA PENELITIAN

2.1 Lokasi PenelitianLokasi penelitian perencanaan IPAL Biofilter adalah di Poliklinik UNIPA Surabaya yang terletak di kampus II Jl.Dukuh Menanggal XII/4 Surabaya.

2.2 Inventarisasi DataPenelitian ini menggunakan data sekunder dan data primer. Data sekunder yang dikumpulkan antara lain:

Profil poliklinik

Layout poliklinik

Fasilitas pelayanan

Sedangkan kegiatan pengumpulan data primer mencakup sebagai berikut:

Lokasi pembuangan air limbah Kualitas air limbah (fisik dan kimia dan biologi) Debit air limbah

2.3 Perencanaan Desain IPALa) Perhitungan Debit Air Limbah

Menurut Butter & Davies dalam Sugito (2005) bahwa terdapat hubungan yang sangat erat antara jumlah pemakaian air rata – rata perorang per hari terhadap air limbah yang dihasilkan dan dapat dirumuskan secara sederhana sebagai berikut :

Q1 = x. Q

Dimana : Q adalah konsumsi air bersih per orang per hari

Q1 adalah timbulan air limbah per orang per hari

x adalah faktor pengembalianDalam perencanaan pembangunan IPAL ini, peneliti menggunakan perhitungan jumlah timbulan air limbah rata – rata per hari adalah 90 % dari pemakaian air bersih rata – rata per hari.

b) Desain IPAL BiofilterDesain bangunan utama IPAL biofilter yang direncanakan adalah sebagai berikut :

a. Bak equalisasi/ Bak pengumpul terbuat dari pasangan batu bata, bentuk persegi panjang dilengkapi dengan Bar Screen berupa kawat yang terbuat dari stainlies.

b. Bak Sedimentasi/ Bak pengendapan awal terbuat dari pasangan batu bata dan tertutup yang dilengkapi dengan lubang kontrol, bak berbentuk persegi panjang, air limbah masuk melalui pipa inlet secara gravitasi, pemeliharaan dengan cara pengurasan manual.

Kriteria perencanaan menurut standart JWWA dalam Said (2006) adalah :

darmadi Page 48

- Waktu tinggal (Retention time) rata – rata = 3-5 jam

- Beban permukaan (surface loading) = 20-50 m3/m2/hari.

c. Reaktor Biofilter Anaerob, reaktor ini dipasang secara seri terhadap reaktor biofilter aerob, dengan bahan pasangan batu bata berbentuk persegi panjang tertutup, media filter yang digunakan batu apung dan kerikil/pecahan batu kali dengan diameter 2-3 cm, fluida/ air limbah dialirkan secara down flow dan upflow.

Kriteria perencanaan menurut standar JWWA dalam Said(2006) adalah :

- Waktu tinggal total rata – rata = 6-8 jam

- Tinggi ruang lumpur = 0,4 m

- Tinggi media pembiakan mikroba = 0,9-1,5 m

- Tinggi air di atas bed media = 0,2 m

- Beban BOD per volume media = 0,4 – 4,7kg BOD/m3/hari

- Beban BOD per satuan permukaan media (La) = 5-30 g BOD/m2/hari.

d. Kebutuhan oksigen :

Kebutuhan oksigen di dalam reaktor biofilter aerob sebanding dengan jumlah BOD yang dihilangkan. Aerasi dilakukan dengan menghembuskan udara dari blower melalui Perforated Pipe diffuser yang dipasang di dalam air dengan buka – tutup secara otomatis. Jika suplai udara dihentikan maka diffuser akan tertutup secara otomatis (Siregar, 2005).

e. Bak Pengendap Akhir

Bak pengendap akhir terbuat dari pasangan bata dan tertutup dilengkapi lubang kontrol, bentuk bak persegi panjang dengan pipa inlet dan outlet secara gravitasi. Bak ini berfungsi sebagai pengendap akhir sesuai kebutuhan dan air limpasan masuk ke bak khlorinator.

Kriteria perencanaan menurut standar JWWA dalam Said, (2006 ) adalah :

- Waktu tinggal ( Retention time ) rata – rata = 2-5 jam

- Beban Permukaan (Surface Loading) = 20-50 m3/m2/hari

f. Klorinator (Bak pembubuh Kaporit)

Klorinasi direncanakan dengan alat dosing pump/infuse chlorinator, dimana larutan klorin pada konsentrasi yang terukur dialirkan ke dalam air limpasan IPAL melalui saluran selang yang dilengkapi pengatur aliran/kran (Said, 2006).

2.4 Analisis DataMetode analisis data dilakukan secara diskriptif kuantitatif dilakukan dengan cara :

darmadi Page 49

a. Perhitungan perencanaan dimensi bangunan utama pengolahan air limbah berdasarkan kriteria perencanaan dan debit air limbah yang direncanakan.

b. Desain perencanaan berupa gambar teknik IPAL Biofilter.c. Perhitungan biaya pembangun IPAL biofilter disesuaikan dana yang ada dengan menggunakan

perhitungan analisis biaya konstruksi/bangunan (Zainal. Z. 2005) dan pedoman standart harga barang/jasa Kota Surabaya tahun 2014.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

3.1 Penggunaan Lahan dan FasilitasLuas lahan yang disiapkan untuk pembangunan Poliklinik UNIPA Surabaya Jalan Dukuh

Menanggal XII adalah 324 m2 yang terdiri dari 3 lantai dengan rencana kapasitas pelayanan pasien adalah sebanyak 10 (sepuluh) tempat tidur.

3.2 Perhitungan Bangunan IPAL Poliklinik UNIPA SurabayaPenelitian ini dilakukan untuk merencanakan IPAL Poliklinik UNIPA Surabaya dengan asumsi untuk

10 tahun ke depan dengan menggunakan sistem pengolahan kombinasi biofilter anaerob-aerob. Karakteristik beban pencemar BOD yang digunakan berdasarkan pada karakteristik limbah cair Rumah Sakit dengan beban pencemar yaitu 300 mg/l. Debit influent yang digunakan yaitu sebesar 20 m3/hari yang diperoleh berdasarkan perhitungan kebutuhan air bersih selama pengoperasian Poliklinik. Efisiensi pengolahan yang direncanakan yaitu berkisar antara 90 - 95 % sesuai dengan efisiensi pengolahan dengan sistem kombiasi anaerob – aerob.

Untuk mengetahui perencanaan IPAL yang diinginkan, maka terlebih dahulu harus diketahui sumber – sumber limbah yang dihasilkan dari proses pengoperasian Klinik UNIPA Surabaya. Berikut diagram proses pengolahan limbah cair Polikinik UNIPA Surabaya seperti yang terlihat pada Gambar 3.1.

darmadi Page 50

SUMBER AIR LIMBAH

Dapur

Laundry

Perkantoran

Ruang Bersalin

Ruang Rawat Inap

Air limpasan

Tangki septik

Laboratorium

Limbah Cair Pelarut

Bak

Kontrol

Pemisah Lemak

Bak

Kontrol

Bak

Kontrol

Bak

Kontrol

Bak

Kontrol

Pengolahan Fisik-Kimia

darmadi Page 51

Penampungan

Penampungan

Penampungan

Penampungan

Air Hujan

Dibakar Incenerator

Pengolahan Limbah B3

Bak

Equalisasi

Emisi Gas Buang

Tempat Pembungan Limbah B3

Sistem

Anaerob - Aerob

darmadi Page 52

Bak

Khlorinasi

Dibuang

Kesaluran Umum

Pengolahan Air Limbah Dengan Sistem Biologis

Dibuang

Kesaluran Umum

Proses

Biologis Terlekat

 

darmadi Page 53

darmadi Page 54

Gambar 3.1. Diagram Proses Pengolahan Limbah Poliklinik UNIPA Surabaya

darmadi Page 55

3.3 Desain Teknis IPAL Poliklinik UNIPA Surabaya.Kapasitas IPAL Domestik yang direncanakan pada Poliklinik UNIPA Surabaya alaha sebagai berikut:

Kapasitas Pengolahan : 20 m3/hari = 0,83 m3/jam = 13,83 liter/menit

BOD air limbah rata-rata : 300 mg/liter

Konsentrasi SS : 300 mg/liter

Total efisiensi pengolahan : 90 - 95%

BOD air olahan : 20 mg/l

SS air olahan : 20 mg/l

3.4 Perhitungan DesainA. Desain Bak Pemisah Lemak/Minyak

Bak pemisah lemak/minyak (grease removal) yang direncanakan adalah dengan aliran gravitasi sederhana. Bak ini dilengkapai dengan bar screen pada bagian inletnya.Kapasitas Pengolahan : 20 m3/hari = 0,83 m3/jam = 13,83 liter/menitKriteria perencanaan : Retention time = ± 60 menitDimensi Bak direncanakan :Panjang : 1,0 mLebar : 1,0 mTinggi : 1,0 mRuang bebas (Free board) : 0,2 mVolume efektif : 1,0 m3

Tebal dinding : 15 cmDesain bak pemisah lemak/minyak ditunjukan pada Gambar 3.2.

Gambar 3.2. Bak Pemisah lemak/Minyak

B. Desain Bak Equalisasi/Bak Sumur Pengumpul

Waktu tinggal di dalam bak (HRT) = 2 - 8 jam (JWWA dalam Said, 2006)Ditetapkan : waktu tinggal (td) limbah di dalam bak equalisasi = 2 jamDimensi Bak direncanakan : Panjang : 1,4 mLebar : 1,2 mTinggi : 1,0 mRuang bebas (Free board) : 0,2 mVolume efektif : 1,6 m3

Tebal dinding : 15 cmChekjadi, waktu tinggal (td) di dalam bak = 2 jam, sesuai dengan kriteria.Pompa Air Limbah = 20 m3/hari = 0,83 m3/jam = 13,83 liter/menitDesain bak equalisasi ditunjukan pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Bak Equalisasi/Sumur Pengumpul

C. Desain Bak Pengendapan Awal/Bak Sedimentasi Awal

I-56

Debit Air Limbah : 20 m3/hari: 0,83 m3/jam: 13,83 liter/menit

BOD masuk : 300 mg/literEfisiensi : 20 %BOD keluar : 240 mg/literWaktu tinggal di dalam bak (HRT) = 2 - 4 jam (JWWA dalam Said, 2006)Ditetapkan : waktu tinggal (td) limbah di dalam bak equalisasi = 2 jamJadi,Dimensi Bak direncanakan :Panjang : 1,4 mLebar : 1,2 mTinggi : 1,0 mRuang bebas (Free board) : 0,2 mVolume efektif : 1,6 m3

Tebal dinding : 15 cmChek :jadi, waktu tinggal (td) di dalam bak = 2 jam sesuai dengan kriteria.

Waktu tinggal pada saat beban puncak = 1 jam (asumsi jumlah limbah 2 x jumlah rata-rata) Beban permukaan (surface loading) rata-rata = 12,5 m3/m2.hari Beban permukaan pada saat puncak = 25 m3/m2.hari Beban permukaan = 20 - 50 m3/m2.hariDesain bak pengendapan awal/ sedimentasi ditunjukan pada gambar 3.4 berikut.

Gambar 3.4. Bak Pengendapan Awal/ Sedimentasi Awal

D. Bak Biofilter Anaerob

Debit air limbah : 20 m3/hariBOD masuk : 240 mg/literEfisiensi : 70 %BOD keluar : 72 mg/literUntuk pengolahan air dengan proses biofilter standar beban BOD per volume media 0,4 - 4,7 Kg BOD/m3.hari, (Nusa Idaman Said, BPPT, 2006).Ditetapkan beban BOD yang digunakan = 4 Kg BOD/m3.hari.Beban BOD di dalam air limbah = 20 m3/hari x 240 g/m3 = 4.800 g/hari = 4,8 kg/hariVolume media = 75 % dari total volume reaktorWaktu tinggal di dalam reaktor anaerob

Dimensi Bak direncanakan : Panjang : 1,4 mLebar : 1,2 mTinggi : 1,0 mRuang bebas (Free board) : 0,2 mVolume efektif : 1,6 m3

Tebal dinding : 15 cmChek :jadi, waktu tinggal (td) di dalam bak = 2 jam sesuai dengan kriteria

Waktu tinggal rata-rata : 2 jam Tinggi ruang lumpur : 0,1 m Tinggi bed media pembiakan mikroba : 1,0 m Tinngi air di atas bed media : 0,2 m Volume media pada biofilter anaerob : 1,4 m x 1,2 m x 1,0 m = 1,6 m3

I-57

Standar high rate tricling filter : 0,4 – 4,7 Kg BOD/m3.hari (Ebie Kunio, 1995)

E. Bak Biofilter Aerob

Debit air limbah : 20 m3/hariBOD masuk : 72 mg/literEfisiensi : 60 %BOD keluar : 26 mg/literBeban BOD di dalam air limbah = 20 m3/hari x 72g/m3 = 1.440 g/hari = 1,44 kg/hariBeban BOD per volume media yang digunakan = 1 Kg/m3.hariVolume media = 50% dari total volume reaktorWaktu tinggal di dalam reaktor anaerobBiofilter aerob terdiri dari dua rungan yaitu ruang aerasi dan ruang bed mediaDimensi Reaktor Biofilter Aerob direncanakan terdiri dari : (seperti gambar 3.5)

Ruang Aerasi :Panjang : 0,4 mLebar : 1,2 mKedalaman air efektif : 1,0 mTinggi Ruang bebas (Free board) : 0,2 m

Ruang Bed Media :Panjang : 1,0 mLebar : 1,2 mKedalaman air efektif : 1,0 mTinggi Ruang bebas (Free board) : 0,2 mTotal Volume efektif : 1,69 m3 ≈ 1,7 m3

Tebal dinding : 15 cmChekjadi, waktu tinggal (td) di dalam bak = 2,04 jam

Waktu tinggal rata-rata : 2,04 jam Tinggi ruang lumpur : 0,15 m Tinggi bed media pembiakan mikroba : 1,0 m Volume media pada biofilter anaerob : 1,3 m x 1,0 m x 1,0 m = 1,3 m3

F. Kebutuhan Oksigen

Kebutuhan oksigen di dalam reaktor biofilter aerob sebanding dengan jumlah BOD yang dihilangkan.Jadi, kebutuhan teoritis = jumlah BOD yang dihilangkan yaitu 1,44 Kg/hariFaktor keamanan di tetapkan ± 2,0Kebutuhan oksigen teoritis = 2 x 1,44 Kg/hari

= 2,88 Kg/hari

Temperatur udara rata-rata = 28 oC

Berat udara pada suhu 28 oC = 1,1725 Kg/m3

Diasumsikan jumlah oksigen di dalam udara 23,2%

Sehingga,

Efisiensi difuser = 5%

Jika kapasitas blower adalah 100 liter/menit dan terdiri dari 2 unit, maka transfer total udara = 200 liter/menit

I-58

Gambar 3.5. Bak Biofilter Anaerob-Aerob

G. Bak Pengendapan Akhir/Bak Sedimentasi Akhir

Debit Air Limbah : 20 m3/hari: 0,83 m3/jam: 13,83 liter/menit

BOD masuk : 26 mg/literBOD keluar : 20 mg/literWaktu tinggal di dalam bak (HRT) = 2 - 4 jam (JWWA dalam Said, 2006)Ditetapkan : waktu tinggal (td) limbah di dalam bak equalisasi = 2 jamJadi,Dimensi Bak direncanakan Panjang : 1,4 mLebar : 1,2 mKedalanman air efektif : 1,0 mRuang bebas (Free board) : 0,2 mVolume efektif : 1,6 m3

Tebal dinding : 15 cm, seperti pada gambar 3.6Chekjadi, waktu tinggal (td) di dalam bak = 2 jam

Waktu tinggal pada saat beban puncak = 1 jam (asumsi jumlah limbah 2 x jumlah rata-rata) Beban permukaan (surface loading) rata-rata = 12,5 m3/m2.hari Beban permukaan pada saat puncak = 25 m3/m2.hari Beban permukaan = 20 - 50 m3/m2.hari

Gambar 3.6. Bak Sedimentasi Akhir

Berdasarkan perhitungan analisis perencanaan diperoleh rekap dimensi IPAL seperti pada tabel 3.1 berikut.

Tabel 3.1. Rekap dimensi IPAL Poliklinik UNIPA Surabaya

No Nama Bak

Dimensi Bak

Vol. yg diperlukan (m3)

P (m)

L (m)

T (m)

Free Board (m)

Vol. Efektif (m3)

1 Bak Pre Treatment 1,0 1,0 1,0 1,0 0,2 1,0

2 Bak Pemisah Lemak/Minyak 1,0 1,0 1,0 1,0 0,2 1,0

3 Bak Equalisasi 1,6 1,4 1,2 1,0 0,2 1,6

4 Bak Pengendapan Awal 1,6 1,4 1,2 1,0 0,2 1,6

5 Bak Biofilter Anaerob 1,6 1,4 1,2 1,0 0,2 1,6

6 Bak Biofilter Aerob

I-59

a. Ruang Aerasi 1,7 0,4 1,2 1,0 0,2 1,7

b. Ruang Bed Media 1,0 1,2 1,0 0,2

7 Bak Pengendapan Akhir 1,6 1,4 1,2 1,0 0,2 1,6

Total 10

4. KESIMPULAN

Perencanaan pembangunan IPAL Poliklinik UNIPA Surabaya akan dibangun pada lahan seluas 12 m2 dengan panjang total IPAL yaitu 10 m dan lebar 1,2 m. Bangunan IPAL Poliklinik terdiri dari bak pre treatment dengan dimensi 1 m x 1 m x 1 m, bak pemisah minyak/lemak dengan dimensi 1 m x 1 m x 1 m, bak equalisasi dengan dimensi 1,4 m x 1,2 m x 1 m, bak pengendapan awal dengan dimensi 1,4 m x 1,2 m x 1 m, bak biofilter anaerob dengan dimensi 1,4 m x 1,2 m x 1 m, bak biofilter aerob dengan dimensi 1,4 m x 1,2 m x 1 m dan bak pengendapan akhir dengan dimensi 1,4 m x 1,2 m x 1 m

I-60