Bab 4 Satuan Operasi BAB 4 FILTRASI. Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)

Bab 4 Satuan Operasi

Filtrasi

BAB 4 FILTRASI

4.1. Umum Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan koloid. Pada pengolahan air minum, Filtrasi digunakan untuk menyaring air hasil dari proses koagulasi – flokulasi – sedimentasi sehingga dihasilkan air minum dengan kualitas tinggi.

Di samping mereduksi kandungan zat padat,

filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa, bau, besi dan mangan. Pada filtrasi dengan media berbutir, terdapat tiga phenomena proses, yaitu : 1. Transportasi : meliputi proses gerak brown, sedimentasi, dan gaya tarik antar partikel. 2. Kemampuan menempel : meliputi proses mechanical straining, adsorpsi (fisik - kimia), biologis. 3. Kemampuan menolak : meliputi tumbukan antar partikel dan gaya tolak menolak.

67


Filtrasi

4.2. Tipe Filter Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat dibedakan menjadi dua yaitu Saringan pasir cepat dan Saringan pasir lambat Saringan pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori : 1.

Menurut jenis media yang dipakai

2.

Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi

3.

Menurut arah aliran

4.

Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan

5.

Menurut pretreatment yang diperlukan.

4.2.1. Jenis-jenis filter berdasar sistem operasi dan media. I. Jenis media Filter : 1. Single media : Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja 2. Dual media

: misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit

3. Multi media

: misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet.

1. Filter single media, filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian. Gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga dan sistem pematusan (under drain). 2. Filter dual media, sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas.

68


Filtrasi

Keuntungan dual media : a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (10 – 15 m/jam) b. Periode pencucian lebih lama c. Merupakan peningkatan filter single media (murah). 3. Multi media filter : terdiri dari anthrasit , pasir dan garnet atau dolomit, fungsi multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring.

Gambar 4.1 : Filter aliran secara gravitasi dengan kelengkapannya (Tom D. Reynolds, 1992). II. Sistem kontrol kecepatan : 1. Constant rate : debit hasil proses filtrasi konstan sampai pada level tertentu. Hal ini dilakukan dengan memberikan kebebasan kenaikan level muka air di atas media filter.

69


Filtrasi

2. Declining rate : debit hasil proses filtrasi menurun seiring dengan waktu filtrasi, atau level muka air di atas media filter dirancang pada nilai yang tetap. III. Sistem aliran : 1. Aliran down flow (kebawah). 2. aliran upflow (keatas) 3. aliran horizontal. IV. Kaidah pengaliran 1. Aliran secara grafitasi. 2. Aliran di bawah tekanan (pressure filter) V. Pretreatment : 1. Kogulasi – flokulasi – sedimentasi. 2. Direct filtration. Gambar 4.2. menjelaskan keadaan filter saat beroperasi dan pada saat pencucian (back washing).

70


Filtrasi

Gambar 4.2 : Potongan filter saat operasi dan pencucian balik (back wash)

4.3. Media Filter dan Distribusi Pasir Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet. Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia. Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan (sieve analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif dan keseragaman media yang diinginkan. Effective Size (ES) atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media filter bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 % dari fraksi

71


Filtrasi

berat, ini sering dinyatakan sebagai P10 (persentil 10). P10 yang dapat dihitung dari ratio ukuran rata- rata dan standar deviasinya. Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran (size).

ES = P10 =

μg σ g1.282

UC = P60/P10. = σg1.535 Kriteria untuk keperluan filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah : Single media Pasir UC = 1,3 – 1,7. ES = 0,45 – 0,7 mm Untuk dual media : Antrasit

UC = 1,4 – 1,9 ES = 0,5 – 0,7.

Contoh Soal 4.1: Distribusi ukuran dengan persen berat pasir lokal memiliki nilai ES = 0,031 cm dan UC = 2,3 diberikan pada tabel berikut. Suatu distribusi log-normal secara memuaskan menjelaskan variasi ukuran medium sebagaimana diobservasi dari grafik pada gambar 4.3. Spesifikasi saringan pasir adalah ES(d10) = 0,05 cm dan UC = 1,4.

72


Filtrasi

Ukuran Bukaan (mm)

Berat kumulative (%)

Ukuran Bukaan (mm)

Berat kumulative (%)

0,149

0,2

0,59

40

0,178

1,0

0,71

60

0,210

3,0

0,84

72

0,249

5,1

1,00

85

0,297

8,9

1,19

92

0,350

15

1,41

97

0,419

12

1,68

99

0,500

30

Gambar 4.3. : Contoh distribusi kumulatif stock pasir 73


Filtrasi

Penyelesaian:

Ukuran d60 adalah : d60= U(d10) = 1,4 (0,05) = 0,70 cm Prosentase stok pasir yang dapat digunakan adalah : Puse = 2 (Pst60 – Pst10) = 2 (60 – 30) = 60 % Prosentase pasir yang terlalu kecil dapat dihitung dari : Pf = Pst10 – 0,1 Puse = Pst10 – 0,2 (Pst60 – Pst10) = 30 % - 0,2 (60 % - 30 %) = 24 % Dengan demikian diinginkan untuk menghilangkan 24 % dari ukuran pasir terkecil, yaitu pasir dengan ukuran lebih kecil dari 0,044 cm. Prosentase ukuran pasir yang terlalu besar adalah : Pc = 100 – Pf - Puse = 100% – 24% - 60% = 16 %. Jadi 16 % ukuran pasir terbesar yang harus dibuang atau ukuran pasir di atas 0,085 cm dihilangkan.

4.4. Hidrolika Filtrasi Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai aliran dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan aliran mengikuti persamaan Darcy – Weisbach sbb :

hL = f

L.V 2 Dc 2 g

(4.1)

dimana :

74


Filtrasi

hL

= kehilangan tekanan akibat gesekan aliran,

L

= panjang atau kedalaman media,

V

= kecepatan aliran,

D

= diameter kanal.

Porsi kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan dengan menggunakan percobaan Piezometri dalam skala laboratorium seperti terlihat pada gambar 4.4a dan 4.4b. Jika r besarnya jari – jari hidrolis pada saluran pipa, maka :

r=

∏ Dc 2 L Dc Volume. pipa = = Keliling .basah. pipa 4 ∏ Dc.L 4

(4.2)

Porositas media ε dapat dinyatakan sebagai perbandingan :

ε=

Volume.rongga.media Volume.rongga + volume.butiran.media

(4.3)

Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume rongga Vv dapat dinyatakan sebagai : ⎛ ε ⎞ Vv = ⎜ ⎟ N p .V p ⎝1− ε ⎠

(4.4)

Jika Ab luas permukaan butiran maka jari – jari hidrolis r adalah : ⎛ ε ⎞ N p .V p ⎛ ε ⎞ d r =⎜ =⎜ ⎟ ⎟ ⎝ 1 − ε ⎠ N p . Ab ⎝ 1 − ε ⎠ 6

(4.5)

75


Filtrasi

(a)

( b) Gambar 4.4. : kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan peizemetri (b) profil kehilangan tekanan selama proses filtrasi.

76


Filtrasi

Dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga :

Dc =

2 ⎛ ε ⎞ d⎜ ⎟ 3 ⎝1− ε ⎠

(4.6)

Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) Va = (debit/luas area bak), maka kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:

v=

q

(4.7)

ε

untuk jenis media yang tidak bulat digunakan factor kebulatan ψ, sehingga perlu dikoreksi :

Vp Ab

=Ψ

d 6

(4.8)

Dari rumus Darcy – Weisbach untuk f’ = ¾ f, diperoleh persamaan Carman – Kozeny :

hL = f '

L ⎛1− ε ⎜ ψd ⎝ ε 3

⎞ Va ⎟ ⎠ g

2

(4.9)

Nilai f’ merupakan fungsi NRe (Ergun, 1952) :

⎛1− ε f ' = 150⎜⎜ ⎝ N Re

⎞ ⎟⎟ + 1,75 ⎠

(4.10)

Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang diturunkan dengan rumus :

77


N Re =

dimana :

Ψ.d .Va

υ

=

Filtrasi

Ψ.ρ .d .Va

(4.11)

μ

ρ = berat jenis υ = viskositas dinamis μ = viskositas kinematis.

Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb: 2

hL = 1,067

C D .L.Va ψ .d .ε 4 g

(4.12)

CD = koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds (Pers. 4.11).

Nilai koefisien drag untuk NRe < 1 :

CD = 24 N Re

Untuk 1< NRe< 104, nilai Koefisien drag :

CD=

Untuk NRe > 104 :

CD = 0,4.

24 + N Re

3 N Re

+ 0,34

Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose berubah menjadi : 2

hL = 1,067

dimana :

L.Va CD x ∑ 4 d ψ .ε g

(4.13)

x = fraksi berat partikel dengan ukuran d

78


Filtrasi

Contoh Soal 4.2 : Sebuah bak filter single media dengan data sebagai berikut: -

Tebal media pasir, L = 60 cm

-

Specific gravity pasir, Sg = 2,65

-

Diameter pasir rata-rata, d = 0,45 mm

-

Faktor bentuk pasir, Ψ= 0,82

-

Porositas media pasir, ε = 0,45

-

Rate filtrasi, Va = 8 m/jam

-

Temperatur air = 28oC

Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut: a. dengan persamaan Carman-Kozeny b. dengan persamaan Rose

Penyelesaian: 1. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Carman-Kozeny Persamaan Carman-Kozeny:

L ⎛ 1 − ε ⎞ Va hL = f ' ⎜ ⎟ ψd ⎝ ε 3 ⎠ g

2

⎛1− ε ⎞ ⎟⎟ + 1,75 f ' = 150⎜⎜ ⎝ N Re ⎠

NRe = (Ψρ d Va) / μ

Pada T = 28oC, μ = 0,8363. 10-2 gram/cm-detik dan ρ = 0,9963 gram/cm3 NRe = (0,82 x 0,9963 x 0,045 x 800 / 3600) / 0,008363 = 0,977 f' = 150 x [(1- 0,45) / 0,977] +1,75 = 86,2 ⎛ 1 − 0,45 ⎞ 60 ⎜ ⎟ h = 86,2x L 0,82 x 0,045 ⎜⎝ 0,453 ⎟⎠

(800/3600)2 = 42,586 cm

981

2. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose

79


Filtrasi

CD = 24 / NRe = 24 / 0,977 = 24,565 2

(800/3600) 1 1,067 24,565 = 53,32cm hL = * 60 * 4 0,045 0,82 981 0,45

Contoh soal 4.3: Sebuah bak filter single media non uniform terstratifikasi dengan data sebagai berikut: -

Tebal media pasir total, L = 60 cm

-

Specific gravity pasir, Sg = 2,65

-

Faktor bentuk pasir, Ψ = 0,82

-

Porositas media pasir, ε = 0,45

-

Rate filtrasi, Va = 8 m/jam

-

Temperatur air = 28oC

-

Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut: Diameter (mm 0,61 0,55 0,40 0,27 0,18

% Berat 9 19,1 45,5 21,3 5,1

Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut

Penyelesaian: Langkah penyelesaiannya adalah: 1. Hitung NRe untuk masing-masing diameter 2. Hitung CD untuk masing-masing diameter (perhatikan nilai NRe karena rumus CD tergantung pada nilai NRe) 3. Hitung CD x / d untuk masing-masing diameter

80


Filtrasi

Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut: diameter (mm) % berat NRe

CD

CD x / d

0,61

9

1,324

21,071

3,11

0,55

19,1

1,194

23,187

8,05

0,4

45,5

0,868

27,637

31,44

0,27

21,3

0,586

40,947

32,30

0,18

5,1

0,391

61,420

17,40

∑ Jadi

CD x = 92,30 / mm d

2

hL =

1,067 60 (800/3600) ( ) * 923,05 = 88,47 cm 0,82 981 0,45 4

4.5. Hidrolika Pencucian dengan Aliran ke Atas (“Back Washing”) Saringan pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh: 1. Penurunan kapasitas produksi 2. Peningkatan kehilangan energi (head loss) yang diikuti oleh kenaikan muka air di atas media filter. 3. Penurunan kualitas air terproduksi.

81


Filtrasi

Gambar 4.5. : Kondisi filter saat terjadi penyumbatan. Jika keadaan ini telah tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang negatif (Gb 4.5.), maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing), dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan aliran air. Pencucian Filter Tujuan : melepaskan Lumpur yang menempel pada media pasir/antrasit dengan aliran ke atas (upflow) hingga pasir/antrasit terekspansi. Lama pencucian = 3 – 15 menit. Untuk menghitung head pompa pencucian / tinggi menara, maka harus dihitung headloss melalui media, dasar (under drain), sistem perpipaan pada saat filter mencapai clogging (penyumbatan). Ada tiga sistem pencucian filter :

82


Filtrasi

a. Menggunakan menara air b. Pipa distribusi c. Interfilter d. Pompa backwash. Jika keadaan ini telah tercapai, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing), dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan aliran air. Persamaan kontinyuitas untuk partikel yang mengendap dan yang terekspansi dapat disusun sebagai berikut :

L. A.(1 − ε ) ρ p = Le . A.(1 − ε e ) ρ P

(4.14)

L dan LE masing-masing adalah tinggi media mula-mula dan tinggi media terekspansi. ε dan εE porositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas permukaan bak filter dan ρP berat jenis partikel. Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan :

Le = L

(1 − ε ) (1 − ε e )

(4.15)

untuk partikel yang seragam, menurut Fair & Geyer (1982) :

83


εe = ( dimana :

Filtrasi

VB 0, 22 ) Vs

(4.16)

VB = kecepatan upflow back wash Vs = kecepatan mengendap partikel.

Kombinasi persamaan (4.15) dan (4.16) di atas diperoleh persamaan:

Le = L

(1 − ε ) [1 − (VB / Vs ) 0.22 ]

(4.17)

Contoh Soal 4.4 Saringan pasir cepat memiliki kedalaman media pasir 0,61 m. Spesific gravity = 2,65; faktor bentuk (Ψ) = 0,82; porositas (ε) = 0,45; Laju filtrasi = 1,7 lt/detik-m2 suhu operasi = 25 ° C. Data sieve analysis adalah sebagai berikut: Sieve Size 14 – 20 20 – 28 28 – 32 32 – 35 35 – 42 42 – 48 48 – 60 60 – 65 65 – 100

Berat tertahan (%) 0,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02

d (m) 0,0010006 0,0007111 0,0005422 0,0004572 0,0003834 0,0003225 0,0002707 0,0002274 0,0001777

Tentukanlah : a. Kecepatan back wash yang diperlukan untuk ekspansi media b. Debit aliran air yang diperlukan untuk ekspansi media c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash d. Tinggi ekspansi media pasir (LE)

84


Filtrasi

Penyelesaian : a. Kecepatan aliran back wash untuk mengekspansi media ditentukan dengan mengacu pada kecepatan pengendapan partikel terbesar. Kecepatan mengendap, Vs dapat dihitung dengan rumus berikut : ⎡ 4g ⎤ (S s − 1)d ⎥ Vs = ⎢ ⎣ 3C D ⎦

1/ 2

Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus : CD =

24 3 + + 0,34 dengan N Re N Re

N Re = Ψ

dV s

ν

Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0,0010006 m atau 0,1 Cm, dari Gambar 4.6 (hubungan antara ukuran partikel dan kecepatan pengendapan), partikel dengan diameter 0,1 cm dan spesifik gravity 2,65 memiliki kecepatan pengendapan sekitar 14 cm/s. Pada suhu 25 °C viskositas air = 0,8975 x 10-2 Cm2/detik, nilai NRe nya adalah :

N Re = CD =

0,82 x0,1x14 = 127,9 0,8975 x10 − 2

24 3 + + 0,34 = 0,793 127,9 127,9

⎤ ⎡ 4 9,806m 2,65 − 1 Vs = ⎢ X x x0,0010006m ⎥ 2 0,793 det ⎦ ⎣3

1/ 2

= 0,165

m det

a. Vb=Vsε4,5 = (0,165m/det)(0,45)4,5 = 0,00454 m/det b. Debit backwash = (0.00454 m/det)(1000 l/m3) = 4,54 l/det-m2 c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash :

⎛ρ −ρ⎞ ⎟⎟(1 − ε )(L ) hL = ⎜⎜ s ⎝ ρ ⎠

= (S s − 1)(1 − ε )(L )

= (2,65 − 1)(1 − 0,45 )(0,61m ) = 0,554 m d. Ketinggian ekspansi dihitung dengan menentukan porositas saat ekspansi sebagai berikut: ⎛V ε e = ⎜⎜ b ⎝ Vs

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

0 , 22

⎛ 0,00454 ⎞ =⎜ ⎟ ⎝ 0,165 ⎠

0 , 22

= 0,454

85


Filtrasi

Catatan: Untuk menghitung εe, digunakan Vb yang sama untuk semua ukuran, yaitu 0,00454 m/det dan Vs masing-masing ukuran pasir. Untuk ukuran pasir yang lain dihitung dengan cara yang sama, diperoleh hasil sebagai berikut: Berat x Sieve Vs CD tertahan d (m) NRe εe Size (m/det) 1− εe (%) 0,0010006 127,9 0,79289 0,165 0,454 0,0159 0,87 14 – 20 0,0007111 109,6 0,84541 0,135 0,474 0,1642 8,63 20 – 28 0,0005422 100,5 0,87805 0,115 0,490 0,5164 26,30 28 – 32 0,0004572 91,3 0,91654 0,104 0,502 0,6049 30,10 32 – 35 0,0003834 82,2 0,96270 0,093 0,515 0,4255 20,64 35 – 42 0,0003225 73,1 1,01925 0,083 0,528 0,1503 7,09 42 – 48 0,0002707 64,0 1,09039 0,073 0,542 0,0697 3,19 48 – 60 0,0002274 54,8 1,18299 0,064 0,558 0,0489 2,16 60 – 65 0,0001777 45,9 1,30922 0,054 0,579 0,0243 1,02 65 – 100

∑ Maka tinggi ekspansi total adalah:

Le = (1 − ε )L ∑

x = (1 − 0,454 )(0,610m )(2,020 ) = 0,673m 1− ε e

Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I 86

x = 2,0200 1− ε e


Filtrasi

4.6. Dasar Filter dan Underdrain Persyaratan : a. dapat mendukung media di atasnya b. distribusi merata pada saat pencucian Untuk pencucian interfilter : headloss 20 – 30 cm (distribusi kurang merata pada saat pencucian). i. Dasar filter dapat terdiri dari sistem perpipaan yang tersusun dari lateral dan manifold, dimana air diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada pipa lateral. ii. Kecepatan pencucian ± 36 m/jam (600 l/m2.menit), dengan tinggi ekspansi sebesar 15 cm sehingga headloss = 25 cm. iii. Manifold dan lateral ditujukan agar distribusi merata, headloss 1 – 3 m dengan kriteria sistem manifold – lateral : a. Perbandingan luas orifice/filter = 0,0015 – 0,005 b. Perbandingan luas lateral/ orifice = 2 – 4 c. Perbandingan luas manifold/lateral = 1,5 – 3 d. Diameter orifice = 0,6 – 2 cm. e. Jarak antara orifice = 7,5 – 30 cm f. Jarak antara lateral = orifice. Susunan media filter dan posisi underdrain dapat dilihat pada Gambar 4.1.

87


Filtrasi

4.7 . Filtrasi pada Pengolahan Air dan Air Buangan. Perencanaan suatu sistem saringan pasir cepat untuk pengolahan air tergantung pada tujuan pengolahan dan pre-treatment yang telah dilakukan pada air baku sebagai influen filter. Saringan pasir lambat adalah sistem filtrasi yang pertama kali digunakan untuk pengolahan air, dimana sistem ini dikembangkan sejak tahun 1800 SM. Prasedimantasi dilakukan pada air baku mendahului proses filtrasi. Saringan pasir cepat selalu didahului dengan proses koagulasi – flokulasi dan pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspen yang terkandung dalam air baku. Jika kekeruhan pada influen saringan pasir cepat berkisar 5 – 10 JTU maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 – 98 %. Standar operasi saringan pasir cepat adalah 1,37 /det-m2 namun sering dioprasikan pada rentang beban hidrolik 2,04 – 3,4 /det-m2 .Pengembangan saringan pasir cepat digunakan Informasi kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air diberikan pada Tabel 4.1 Pada pengolahan air limbah filtrasi dipergunakan untuk pengolahan lanjut (advance

wastewater treatment), antara lain :

1. Penyaringan efluen dari secondary treatment secara biologis. 2. Penyaringan efluen dari secondary treatment yang diolah secara kimiawi. 3. Penyaringan air limbah segar yang telah diproses secara kimiawi.

88


Filtrasi

Pada pengolahan lanjut, umumnya digunakan filtrasi dengan dual media atau mixed media. Karakteristik filter untuk pengolahan air limbah dijelaskan pada Tabel 4.2.

Tabel 4.1 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air bersih. Karakteristik

Nilai rentang

I Single Media A.Media pasir : Kedalaman (mm) ES (mm) UC B.Media anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC C. Laju Filtrasi (l/det-m2) II. Dual Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju Filtrasi (l/det – m2) III. Mixed Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju Filtrasi (l/det – m2)

tipikal

610 – 760 0,35 – 0,70 <1,7

685 0,6 <1,7

610 – 760 0,70 – 0,75 <1,75 1,36 – 3,40

685 0,75 <1,75 2,72

460 – 610 0,9 – 1,1 1,6 – 1,8

610 1,0 1,7

150 – 205 0,45 – 0,55 1,5 – 1,7 2,04 – 5,44

150 0,5 1,6 3,4

420 – 530 0,95 – 1,0 1,55 – 1,75

460 1,0 <1,75

150 – 230 0,45 – 0,55 1,5 – 1,65

230 0,50 1,60

75 – 115 0,20 – 0,35 1,6 – 2,0 2,72 – 6,80

75 0,20 <1,6 4,08

89


Filtrasi

Tabel 4.2 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan limbah. Karakteristik

Nilai rentang

I. Dual Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju Filtrasi (l/det – m2) III. Mixed Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju Filtrasi (l/det – m2)\

tipikal

305 – 610 0.8 - 2,0 1,3 – 1,8

460 1,2 1,6

150 – 305 0,4 – 0,8 1,2 – 1,6 1,36 – 6,79

305 0,55 1,5 3,40

205 – 510 1,0 – 2,0 1,4 – 1,8

405 1,4 1,5

205 – 405 0,4 – 0,8 1,3 – 1,8

255 0,5 1,6

50 – 150 0,2 – 0,6 1,5 – 1,8 1,36 – 6,79

100 0,3 1,6 3,40

4.8. Rangkuman 1. Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dari fluida yang membawanya dengan menggunakan media berpori. Filtrasi dapat dilakukan dengan menggunakan media berbutir . 2. Saringan pasir adalah filtrasi dengan menggunakan pasir dengan ukuran tertentu sebagai media penyaring.

90


Filtrasi

3. Berdasarkan pada produksi air terolah saringan pasir dapat dibedakan menjadi dua yaitu saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat 4. Saringan pasir lambat menggunakan pasir dengan diameter berkisar antara 0,15 – 0,35 mm, dan laju penyaringan sebesar 0,1 – 0,3 m/jam, dan proses yang terjadi secara phisik – biologis - biokimia dengan waktu operasi 20 – 100 hari. 5. Saringan pasir cepat dapat menggunakan media tunggal, media ganda atau multi media. Media tunggal digunakan pasir kwarsa saja, media ganda digunakan pasir kwarsa dan antrasit, multi media digunakan pasir kwarsa, anthrasit dan karbon aktif. 6. Saringan pasir cepat memiliki ukuran media pasir beriksar antara 0,5 – 2,0 mm, dengan laju aliran 5 – 15 m/jam dan waktu operasi berkisar antara 1 – 3 hari. 7. Selama proses filtrasi akan terjadi kehilangan tekanan (headloss) yang dapat diprediksikan dengan menggunakan persamaan Rose dan Carman – Kozeny. 8. Media filtrasi ditetapkan berdasar pada nilai ukuran efektif (effective size, ES) dan nilai keseragamannya (uniformity coefficient, UC). Effective size (ES) adalah ukuran diameter media yang paling efektif dalam menyaring air, biasanya pada diameter 10 % tebal media di bagian atas. Uniformity coefficient (UC) merupakan angka keseragaman ukuran media filter, yang diambil dengan cara diamter 10 % dibagi dengan diameter 60 %.

91


Filtrasi

9. Selama proses filtrasi berlangsung akan terjadi penurunan debit air produksi akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring dan tertahan pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil. 10. Pencucian media filter pada saringan pasir cepat dapat dilakukan dengan pencucian aliran balik (backwashing), agar pasir terekspansi dan mengalami fluidisassi sehingga terjadi benturan antar partikel pasir yang berakibat pada lepasnya kotoran dari permukaan media dan terbawa bersama air cucian. 11. Kecepatan backwash minimum ditentukan berdasarkan pada nilai “settling velocity” pasir dengan diameter terbesar. 12. Filter pasir dilengkapi dengan fasilitas “underdrain” untuk mengalirkan air terolah. Under drain terdiri dari “lateral dan manifold”.

4.9. Soal-soal 1. Sebuah filter dual media terdiri atas pasir dan antrasit dengan spesifikasi sebagai berikut: Parameter

Media Pasir:

Media Antrasit

60 cm

40 cm

0,045 cm

0,1 cm

Specific gravity

2,65

1,20

Faktor bentuk

0,82

0,75

Porositas

0,45

0,55

Ketebalan Diameter partikel

Bila total headloss yang terjadi pada kedua media adalah 55 cm (hL pasir+ hL antrasit

= 55 cm), hitunglah rate filtrasinya pada temperatur 28oC.

92


Filtrasi

2. Gambar berikut adalah potongan memanjang filter dengan dua macam pasir:

40 cm

Data media filter: Media Ketebalan Pasir I Pasir II

Ukuran partikel 0,45 mm 0,50 mm

40 cm 35 cm

Porositas

Faktor bentuk 0,75 0,75

42 % 45 %

Headloss total di media penyangga dan underdrain= 4 cm Tentukan ukuran bak filter (panjang, lebar)! 3. Berikut adalah data pengamatan filtrasi selama 24 jam: Waktu (jam) Kekeruhan efluen (NTU) Porositas (%)

1 0,5

2 0,5

4 0,6

6 0,7

8 0,8

12 0,9

16 1,5

20 2,0

24 4,0

0,48

0,48

0,45

0,42

0,40

0,38

0,34

0,30

0,28

Pertanyaan: a. Bila kekeruhan efluen maksimum adalah 1 NTU, tentukan filter run b. Pada headloss berapakah filter harus di-backwash? (Data media pasir: L= 60 cm, d= 0,045 cm, Sg= 2,65, Ψ = 0,82, rate filtrasi= 10 m/jam, T= 27oC) 4. Media filter dengan ketebalan bed 60 cm dibackwash dengan rate 1,1 cm/detik. Porositas media 0,4. Hitunglah tinggi media terekspansi dan headlossnya jika ukuran butiran media adalah sebagai berikut: 93


5.

Filtrasi

Diameter rata-rata (cm)

% berat pasir

0,112

2,25

0,077

10,00

0,050

30,50

0,035

30,25

0,021

7,00

Filter cepat beroperasi pada kecepatan 8 m/jam. Jenis filter adalah single media pasir dengan spesifikasi sebagai berikut : •

Densitas media

ρs = 2.650 kg/m3

•

Faktor bentuk

Ψ = 0,82

•

Porositas

ε = 0,4

•

Tebal media

L = 60 cm

Distribusi Media : Diameter (mm)

Fraksi berat %

0,3

10

0,6

16

0,8

24

1,0

30

1,2

20

a. Proses Filtrasi : •

Berapa nilai P10, P60, P90

•

Berapa nilai ES , UC

•

Berapa head loss filtrasi

•

Gambarkan kurva headloss filtrasi pada setiap lapis media

b. Proses Backwash : •

Berapa kecepatan mengendap pasir terbesar (mm/dt)

•

Berapa nilai porositas ekspansi (εe) di setiap ukuran media pasir 94


Filtrasi

•

Berapa tinggi expansi media pasir (cm)

•

Berapa headloss akibat backwash

•

Bagaimana menentukan tinggi menara backwash, gambarkan bagian tekanan headlossnya

4.10. Bahan Bacaan : 1. Fair, Gordon M, John. C Geyer, dan Daniel A. Okun, Water and Wastewater Engineering, Volume 2 : Water Purification and Wastewater Treatment and Disposal, John Wiley and Sons Inc. New York, 1981. 2. Rich, Linvil G.,) Unit Operations of Sanitary Engineering, John Wiley & Sons, Inc., 1974. 3. Reynolds Tom D. dan Paul A. Richards, Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company,20 Park Plaza, MA 12116, 1996. 4. Huisman, L, Rapid Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, 1994. 5. Huisman, L Slow Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, 1994. 6. Droste, Ronald L., Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley & Sons, Inc., 1997.

95

Bab 4 Satuan Operasi BAB 4 FILTRASI. Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)

Recommend Documents