tugas 3 - preliminary dan primary
DESCRIPTION
perhitungan unit ipalTRANSCRIPT
TUGAS 4
DESAIN TEKNIK LINGKUNGAN 1 (TL-4101)
Perhitungan dan Desain Secondary Treatment dengan MBBR pada Pengolahan
Air Buangan
Kelompok :
Ratri Dyah Palupi 15312001
Monica Iyanuar 15312003
Dhimas Dwinanda 15312005
Denisa Melati A 15312007
Hurriyah M. 15312009
PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2015
I. PENDAHULUAN
Preliminary treatment merupakan tahap pertama pengolahan air buangan yang
bertujuan untuk melakukan penyaringan, pemisaham, penghancurann atau pemisahan air
dari partikel-partikel yang dapat mengurangi efektitas pengolahan air limbah yang akan
direncanakan. Preliminary treatment yang aka direncanakan meliputi :
a. Bar screen
b. Comminutor
Sedangkan primary treatment adalah tahap yang bertujuan menghilangkan
partikel padat organic melalui proses fisika . Pada perencanaan ini primary treatment
yang digunakan adalah sedimentation Tank
Sebelum masuk ke dalam bak sedimentasi akan direncanakan sebuah bangunan air
berupa tanki ekualisasi atau sering disebut TAR. Tujuan utama dari TAR ini adalah
menyeragamkan variasi debit.
II. PERHITUNGAN DESAIN
2.1 Perhitungan Bar Screen
A. Besaran-besaran yang akan Direncanakan pada Pembuatan Barscreen
Baris 1
Debit rata-rata adalah perhitungan rata-rata debit yang akan melewati bar screen. Debit
rata-rata untuk keseluruhan unit bar-screen didapat dari data awal yang diberi yaitu
sebesar 0,925 m3/s. Namun, karena direncanakan ada tiga bar screen, debit tersebut
dibagi tiga untuk menghitung besaran masing-masing jalur bar screen. Perhitungan yang
dilakukan digambarkan dibawah ini.
Qr = 0,926
3 m3/s = 0.308 m3/s = 308.67 L/s
Baris 2
Debit minimum adalah perkiraan debit paling kecil yang akan melewati barscreen. Debit minimum didapatkan dari debit rata-rata dnegan contoh perhitungan seperti dibawah ini.
Q minimum = 0,2 p16 Qr (Fair∧GeyerWater∧Wastewater Engineering Vol .1)
=0,2 (256,035 )16 (308..67 )=155.56 L/ s
Baris 3
Debit maksimum adalah perkiraan debit paling besar yang akan melewati barscreen. Debit
minimum didapatkan dari debit rata-rata dnegan contoh perhitungan seperti dibawah ini.
Qmaksimum=3,2(Qr)56 (SyedQasim , 1985)
= 3,2 (308.67 )56 =¿379.95 L/s
B. Data Perencanaan
Data perencanaan adalah data-data yang dipilih untuk dimensi bar screen dan akan
digunakan untuk perhitungan hidrolis pada bar screen dapat dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1. Data Perencanaan untuk bar screen
Baris Parameter Simbol Besaran Satuan
4 Faktor Kirschen β 1,79 -5 Jarak bukaan
antar batangb 50 mm
Baris
ParameterSimbo
lBesaran
Satuan
6 Lebar
penampang
batang
w 10 mm
7 Panjang penampang batang
p 65 mm
8 Sudut kemiringan batang
θ 60 o
9 Bentuk penampang
Circular
1,79 mm
10 Lebar saluran 1000 mm
Baris 11
Jumlah batang adalah jumlah batang yang akan ditempatkan pada satu jalur barscreen.
n=( 1b+w )−1=( 1000
65+10 )−1=15,27 16
Baris 12
Jumlah bukaan antar batang adalah ruang kosong yang ada di antara batang
s=n+1=16+1=17
Bari s 13
Lebar bukaan total adalah lebar total ruangan antara bukaan batang
¿=sxb=17 x 50=850 mm=0,85 m
Baris 14
Panjang batang yang terendam adalah panjang bagian dari batang yang akan berada
dibawah permukaan air yang melalui barscreen.
Kecepatan pada bars (Vh max) saat aliran maksimum diasumsikan 1 m/s.
ymax= QmaxVhmax× A
= 0,37995 m 3/s1m / s×0,85m 2
=0,45 m
C. Perhitungan Besaran-besaran Hidrolis pada Barscreen
Baris 15
Kedalaman air pada saat aliran maksimum adalah kedalaman air pada saat terjadi debit
maksimum.
yi= ymax sin θ=0,45 sin 60=0,39 m /s
Baris 16
Kecepatan air pada saluran saat aliran maksimum.
Vhmaks= QmaksA maks
=0,37995 m3 /s(0,85 m2)
=¿0,98 m/s
Baris 17
Velocity head pada saat aliran maksimum adalah kecepatan maksimum sat barscreen
dilewati debit puncak.
hv=Vh2
2 g=
(0,98)2
2 x 9,81=0,050 m=50 mm
Baris 18
Headloss pada saat aliran maksimum adalah headloss yang dialami saat debit puncak
melewati barscreen.
hl=β(w /b)43 xhlsinθ=1,79( 10
50)
43 x 0,0013 sin 60=0,01=10 mm
Baris 19
Kedalaman air setelah melewati bar screen.
y 2= y 1−hl=0,39−0,010=0,38 m
Baris 20
Kemiringan saluran merupakan kemiringan dimana barscreen dipasang
Vhmaks=1,1545=1n
R23 S
12=1
n ( ly 11+2 y 1 )
23= 1
0,013 ( 1x 0,391+(2 x 0,39 ) )
23 S
12
Slope=0,00125 m /m
Baris 21
Tinggi freeboard adalah ruangan kosong antra perukaan air dan bagian atas barscreen.
Untuk menghitung freeboard akan diasumsikan bahwa barsceen dapat mengatasi
overflow sebanyak 20% debit maksimum.
tinggi freeboard= 20 %Q max
Vmax x<¿=20 % x0,37995 m 3/s
1ms
x 0,85m¿ = 0,09 m
Baris 22
Kedalaman air pada saat aliran minimum merupakn kedalaman air saat barscreen dilewati
debit minimum.
Q=by1n( byb+2 y
)23 S
12=1× y×
10,013
x ( y1+2 y
)23 ×(0,0013)
12
Qmin=155,56Ls=0,1556 m3 /s
b=1 m
Setelah Qmin dan Ymin disubstitusi ke persamaan Q, diperoleh
Y min= 0,21 m3/s (hasil trial and error)
Baris 23
Kecepatan minium adalah kecepatan air saat debit minimum saat melewati barscreen.
Vmin = Qminbymin
=0,15556 m3 /s1 × 0,21
=0,76m /s
Baris 24
Panjang batang terendam minimum adalah panjang batang yang berada dibawah
permukaan air saat barscreen dilewati debit minimum.
Ytmin = yminsinθ
= 0,21sin 60
=0,24 m
Baris 25
Kecepatan air pada bars saat aliran minimum :
Vhs min¿ Qmin¿¿ ¿
Baris 26
Velocity head pada saat minimum adalah kecepatan head pada saat debit minimum.
hv=Vh2
2 g= 0,762
2 x 9,81=0,03 m=30 cm
Baris 27
Headloss saat aliran minimum
hL=β( wb
)43 xhvsinθ=1,79 (10
50)
43 x0,04 sin 60=0,01 m
Baris 28
Kedalaman air setelah melewati bars screen saat aliran minimum.
y 2= ymin−hl=0,21−0,01=0,20 m
Contoh-contoh perhitungan diatas dapat dilihat rangkumannya pada Tabel 2.
Tabel 2. Perencanaan Barscreen
Parameter Simbol Besaran SatuanDirencanakan:Debit Rata-rata Qr 308.67 L/sDebit Minimun Qmin 155.56 L/sDebit Maksimum Qmaks 379.95 L/sFaktor Kirchen beta 1.79Asumsi Awal-Jarak bukaan antar batang b 50.00 mm-Lebar penampang batang w 10.00 mm-Panjang penampang batang p 65.00 mm-Sudut kemiringan batang derajat 60.00Bentuk Penampang Lingkaran 1.79Lebar Saluran 1000.00 mmJumlah batang n 15.67 16Jumlah Bukaan antar batan s 17.00Lebar Bukaan Total Lt 850.00 mmPanjang batang yang terendam ymax 0.45 mKedalaman air saat aliran max yi 0.39 mKecepatan saat max vhmaks 0.98 m/svelocity head saat max hv 0.05 mHeadloss max hl 0.01 mKedalaman air setelah barscreen y2 0.38 mKemiringan Saluran S 1.25 x 10^-3 0.00125Tinggi freeboard f 0.09 mKedalaman air saat minimum ymin 0.21 meterKecepatanan min Vmin 0.76 m/sPanjang batang terendam minimumYtmin 0.24 meterKecepatanair pada bar saat aliran minimumVkt min 0.77 m/sVelocity Head saat min hv 0.03 mHeadloss saat min hl 0.01 mKedalaman air stelah melewati barscreeny2 0.20 m
II.2 Perhitungan Communitor
Sumber : Elwyn E. Seelye. “Design” 3rd, John Willey and Sons. Inc. New York, London, Sidney.
Qmaks = 0,308m3/detik
Qmaks = 0,308 m3/detik x 86400 dtk/hari x 0,2642 gal/m3
= 7.030mgd
Tipe communitor yang dipilih adalah No. 25A, ukuran motor 1.5 kW controlled discharge.
II.3 Perhitungan Grit Chamber
Grit Chamber berfungsi untuk memisahkan grit, pasir, biji-bijian, organik yang sudah
memadat, kerikil, dan partikel padat lainnya, yang mempunyai nilai specific gravity dan
kecepatan mengendap jauh lebih besar dibandingkan suspended solid organic yang mudah
terurai (biodegradable). Pemisahan dimaksudkan untuk menghindari kemungkinan terbawanya
pasir ke bak pengendap pertama, sehingga mengganggu penanganan endapan. Selain itu
mencegah timbulnya gangguan pada pengolahan selanjutnya, seperti melindungi gerakan alat
mekanis seperti pompa, mencegah penyumbatan pipa dan saluran, serta mengurangi akumulasi
materi lainnya. Materi yang dapat dihilangkan oleh grit chamber adalah padatan inert yang
mempunyai kelembaban (13-56%) kandungan volatile (1-56%) dan berat jenis 1,5-2,7 g/m3.
Cara kerja grit chamber
Ada dua tipe grit chamber, yaitu rectangular grit chamber dan aerated grit chamber.
Tipe pertama merupakan bak panjang dengan pengontrolan kecepatan aliran. Pengontrolan
kecepatan aliran biasanya dipasang pada akhir bak berupa alat ukur parshal flume ataupun
proportional weir. Sedangkan tipe kedua adalah berupa bak diberi sistem aerasi (diffused
compressed air) sehingga terjadi aliran keluar dari grit chamber, keuntungan pemakaian dari
tipe kedua ini adalah memungkinkan memperbaiki terjadinya headloss. Sedangkan kerugiannya
adalah mahalnya biaya konstruksi maupun operasi dibandingkan dengan tipe pertama.
Direncanakan terdapat 3 unit Grit Chamber yang akan bekerja pada kondisi yang telah
dijelaskan pada. Tiap unit akan diberikan pintu air (gate) yang akan berfungsi untuk
mengatur jumlah unit yang dioperasikan sesuai dengan kondisi debit dengan perhitungan di
bawah ini:
Q maks = 0,949 m3/detik
Q rata2 = 0,926 m3/detik
Q min = 0,4667 m3/detik
Pada perencanaan, akan digunakan tiga buah barscreen dan juga dilengkapi dengan tiga buah
grit chamber.
1. Nilai Q setiap bak grit chamber
Q max untuk 1 bak=Qmax3
=0,9493
=0,3163m3
detik=11,17
ft3
detik
Q min untuk 1bak=Qmin3
=0,46673
=0,1556m3
detik=5,495
ft3
detik
Gambar Rancangan Desain Grit Chamber
2. Ukuran Pashall Flume yang digunakan berdasarkan nilai w yang dipilih= 1 feet
w = 1 ft = 0,3048 m
Persamaan yang digunakan pada alat ukur Parshall Flume
Q=4,1 w Hd32
d+z=1,1 Hd
d=1,1( Q4,1 w )
23 −z
Hd=( Q4,1 w )
23
Q minQmax
=[1,1 (Q min /4,1 w )
23−z ]
[1,1 (Q max / 4,1 w )23−z ]
− d mindmax
A = 4,5 ft = 1,3716 m
2/3 A = 3 ft = 0,9144 m
B = 4.41 ft = 1,3442 m
C = 2 ft = 0,6096 m
D = 2,77 ft = 0,8443 m
E = 3 ft = 0,9144 m
F = 2 ft = 0,6096 m
G = 3 ft = 0,9144 m
K = 0,25 ft = 0,0762 m
N = 0,75 ft = 0,2286 m
3. Menghitung nilai z berdasarkan rumus
Q minQmax
=[1,1 (Q min /4,1 w )
23−z ]
[1,1 (Q max / 4,1 w )23−z ]
5,49511,17
=[1,1 (5,495/4,1 ×1 )
23−z ]
[1,1 (11,17 /4,1 ×1 )23−z ]
0,492=1,337−z2,146−z
1,056−0,492 z=1,337−z
0,508 z=0,281
z=0,55315 ft=0,1686 m
4. Menghitung nilai Ha dan nilai d
Ha=¿
d=1,1× Ha−Z= (1,1 ×1,2156 )−0,55315=0,784 ft
5. Menghitung nilai Vh (kecepatan horizontal)
Vh=2,6 (1−K
13 )
12 ( K
13−K )
(1−K )32
=2,6 (1−0,25
13)
12 (0,25
13−0,25)
(1−0,25 )32
¿0,925 fps=0,28ms
6. Menghitung nilai d maks dan d min
d maks=1,1(Q maks4,1 w )
23−z
¿1,1( 11,174,1 ×1 )
23 −0,55315=1,593 ft=0,4855 m
d min=1,1 (Q min4,1 w )
23−z
¿1,1( 5,4954,1 ×1 )
23 −0,55315=0,784 ft=0,239 m
7. Lebar bak grit chamber
v = 0,3 m/s = 1 ft/s
b= Q minVh × d min
= Q maxVh ×d max
b= 5,4950,925× 0,784
= 11,170,925 ×1,593
b=7,577=7,58
b=7,58 ft=2,3104 m
8. Panjang bak ( L )
Hitung Overflow Rate (Vo)
Vo=900 ×Vs=900 ×54=48600gpd
ft2=0,07 cfs / ft2
Hitung panjang bak berdasarkan luas permukaan (As)
As=QmaksVo
=b×l
l= 11,170,07 ×7,58
=21,052 ft=6,4166 m
9. Free board
FB=E−dmaks−z
FB=3−1,593−0,55315
FB=0,854 ≈ 0,9 m
10. Volume grit chamber
Vmaks=l ×b × dmaks=6,4166 ×2,3104 × 0,4855=7,1975 m3
11. Kontrol waktu detensi
td=VmaksQmaks
=7,19750,3163
=22,7553 detik (memenuhi kriteria 20−60 s)
12. Ruang pasir
Direncanakan kedalaman ruang pasir 30 cm
Volume ruang pasir
Volumeruang pasir=0,3× 6,4166 ×2,3104=4,4475 m3
Qrata-rata 1 bak
Qrata1 bak=0,9263
=0,3087m3
s=7,04515 MGD
Volume pasir per hari
Volume pasir = 0,05 m3/103 m3 air buangan
Maka dapat dihitung volume pasir per hari
Volume pasir per hari= 0,051000
× 0,3087 ×86400=1,3336 m3
Frekuensi Pengambilan Pasir
Pengambilan pasir= volumeruang pasirvolume pasir per hari
=4,44751,3336
=3,335 hari
∴ Pengambilan pasir dilakukan 3,35 hari sekali
13. Tinggi bak grit chamber (dihitung dari permukaan ruang pasir)
T = dmax + FB
T=0,4855+0,9
T=1,3855 m