EVALUASI DAN DESAIN PENINGKATAN KAPASITAS INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini. Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor. Bogor, Juni 2013 Rizka Amalia NIM F44090027
ABSTRAK RIZKA AMALIA. Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri. Dibimbing oleh ARIEF SABDO YUWONO dan ALLEN KUNIAWAN. PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok kebutuhan air Kota Cilegon. Mengingat permintaan akan pasokan air terus bertambah, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500 liter/detik. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kondisi terkini instalasi pengolahan air PT. KTI, serta mengkaji peningkatan kapasitas pengolahan instalasi berdasarkan aspek proses dan desain. Penelitian dilakukan dengan dua tahap, yaitu pengambilan data primer dan sekunder, serta analisis kalkulasi proses dan desain. Unit pengolahan air di PT. KTI adalah bar screen, sand trap, koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Unit bar screen didesain dengan jumlah bar 40 buah dan lebar 6 mm. Pada unit sand trap, ketinggian bak minimum menjadi 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan harus memenuhi efisiensi sebesar 90%, bila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut, penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Desain unit koagulasi dilakukan dengan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Desain unit flokulasi dilakukan dengan mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm. Pada unit sedimentasi, plate settler didesain sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate sebesar 0.05 m dan tinggi 1 m. Kesimpulan penelitian ini adalah hampir semua unit memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain, dan desain dibutuhkan pada unit bar screen, dan accelator. Kata kunci: desain, evaluasi, kriteria desain, unit pengolahan air.
ABSTRACT RIZKA AMALIA. Evaluation and Design of Increasing Drinking Water Treatment Installation Capacity at PT. Krakatau Tirta Industri. Supervised by ARIEF SABDO YUWONO and ALLEN KUNIAWAN. PT. Krakatau Tirta Industri (PT KTI) has a rule as supplier of Cilegon Municipality’s water needs. Considering the demand for water supply continues to grow, PT. KTI intends to increase its capacity up to 2500 liters/sec. This study aims to evaluate current condition of water treatment plant of PT. KTI, and to review the increasing of installation capacity by process and design aspects. The study is conducted in two stages, namely collecting primary and secondary data and analyzing process and design calculations. Water treatment plant at PT. KTI are bar screen, sand trap, coagulation, flocculation, sedimentation, filtration, and disinfection. Bar screen unit was designed with 40 pieces bar and width of 6 mm. Sand trap unit has minimum height of 4.30 m. Three pumps must have an efficiency of 90%. If the efficiency doesn’t reach that value, then the addition of at least one pump unit is needed. Coagulation unit design is carried out by hydraulic jump and mechanical mixing. Flocculation unit design is done by changing the impeller rotation to 32 rpm. On sedimentation units, plate settlers as
much as 891 pieces is designed with inter-plate distance of 0.05 m and height of 1 m. Conclusions of this study are almost all units have parameters that don’t meet the design criteria, and design takes on the unit bar screen, and accelator. Keywords: design, design criteria, evaluation, water treatment plant
EVALUASI DESAIN PENINGKATAN KAPASITAS INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi : Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri Nama : Rizka Amalia NIM : F44090027
Disetujui oleh
Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc. Pembimbing I
Allen Kurniawan, S.T., M.T. Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Yudi Chadirin, S.T.P., M.Agr. Plh. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah pengolahan air, dengan judul Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri. Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc. dan Bapak Allen Kurniawan, S.T., M.T. selaku pembimbing, serta Bapak M. Budi Saputra, S.T, M.Eng. yang telah memberikan saran dan bantuan selama penulis berada di lapangan.. Di samping itu, penulis menyampaikan penghargaan kepada pihak-pihak yang telah membantu selama pengumpulan data. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada orang tua, seluruh keluarga, dan temanteman atas segala doa dan dukungannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengembangan khasanah pengetahuan di bidang pengolahan air minum. Saran dan masukan sangat diharapkan guna memperbaiki kualitas dari karya ilmiah ini.
Bogor, Juni 2013 Rizka Amalia
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
1
Ruang Lingkup Penelitian
1
METODOLOGI PENELITIAN
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Alat dan Bahan Penelitian
2
Tahapan Penelitian
2
Kualitas Air
3
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku
4
Kualitas Air
4
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
7
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
16
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
18
RIWAYAT HIDUP
30
DAFTAR TABEL 1 Alat dan bahan penelitian 2 Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI 3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air
3 8 9
DAFTAR GAMBAR 1 Diagram alir penelitian 2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri 3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012
2 4 7
DAFTAR LAMPIRAN 1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution Chamber) 2 Diagram alir perhitungan unit bar screen 3 Diagram alir perhitungan unit sand trap 4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump 5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik 6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi 7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi 8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi 9 Gambar desain unit bar screen 10 Gambar desain unit distribution chamber 11 Gambar desain unit accelator 12 Potongan A-A unit accelator
18 19 20 21 22 23 24 25 26 26 26 26
1
PENDAHULUAN Latar Belakang PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok kebutuhan air untuk kawasan industri dan PDAM Kota Cilegon. Perusahaan ini sebelumnya merupakan unit penunjang kegiatan operasional PT. Krakatau Steel (Persero) dalam bidang penyediaan air bersih. Kapasitas yang terpasang di unit pengolahan air saat ini sebesar 2.000 liter/detik dengan penggunaan mencapai 60%. Mengingat proyeksi kebutuhan air pada tahun 2017 mencapai 2300 liter/detik, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500 liter/detik. Penambahan debit tersebut diikuti oleh perubahan unit pengolahan yang sesuai dengan debit air yang akan diolah. Atas dasar kondisi tersebut, evaluasi kinerja instalasi diperlukan untuk mengetahui kondisi fisik instalasi. Perumusan Masalah Berdasarkan masalah tersebut di atas maka penulis membuat rumusan masalah penelitian sebagai berikut : 1. Apakah unit instalasi pengolahan air di PT. KTI dengan debit air saat ini sudah memenuhi kriteria desain yang ditentukan? Apakah unit instalasi pengolahan air tersebut mampu mengolah air apabila 2. debit air sesuai dengan kapasitas awal sebesar 2000 liter/detik dan saat debit air baku ditingkatkan menjadi 2500 liter/detik? Tujuan Penelitian 1. 2.
Tujuan penelitian ini: Mengevaluasi kondisi terkini unit Instalasi Pengolahan Air Minum PT. KTI. Mengkaji desain peningkatan kapasitas pengolahan instalasi berdasarkan aspek proses dan desain. Manfaat Penelitian
1. 2.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini: Sebagai dasar untuk melakukan perbaikan kinerja instalasi pengolahan air. Memberikan rekomendasi teknis kepada PT. KTI dalam usaha peningkatan debit air baku untuk pengolahan air bersih. Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini difokuskan pada perbandingan kualitas air berdasarkan baku mutu, perhitungan evaluasi dan desain unit instalasi pengolahan air bersih. Perhitungan desain diharapkan tidak mengubah desain awal unit instalasi pengolahan air bersih.
2
METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Tempat Penelitian Penelitian dilaksanakan di PT. KTI. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua tahap, yaitu tahap pertama pengambilan data primer dan sekunder selama bulan Februari-April 2013, serta tahap kedua berupa analisis proses desain selama bulan Maret-Mei 2013. Tahapan Penelitian Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
3 Alat dan Bahan Penelitian Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain: Tabel 1 Alat dan bahan penelitian Alat Bahan Current Meter Bahan-bahan kimia Kalkulator dan alat tulis Data sekunder berupa: Seperangkat komputer Kualitas air baku dan produksi Software Microsoft Office, Auto Cad 2007 Jumlah penduduk terlayani Turbidity Meter Debit air baku dan air produksi pH Meter Dimensi tiap unit Spectrofotometer Denah IPAM Coductivity Meter Flocculator Peralatan gelas
Kualitas Air Data kualitas air baku dan air bersih berupa data sekunder yang diambil dari laboraturium PT. KTI. Data tersebut dibuat menjadi grafik perbandingan antara kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu. Grafik tersebut dapat menunjukan kesesuaian kualitas air baku dan air bersih terhadap baku mutu kualitas air bersih yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih Evaluasi yang dilakukan terhadap bangunan intake dilakukan dengan mengukuran dimensi bar screen dan kapasitas pompa yang digunakan, serta terhadap desain, headloss, dan head di atas weir pada unit sand trap. Pada unit koagulasi, evaluasi dan desain dilakukan pada proses pencampuran menggunakan metode terjunan (hydraulic jump) dan pengadukan mekanik. Nilai gradien kecepatan (G) dapat diperkirakan berdasarkan ketinggian terjunan dan waktu detensi (td). Proses flokulasi dan sedimentasi berada dalam satu bangunan berbentuk sirkular yang disebut Accelator Clarifier. Evaluasi dapat dilakukan dengan menghitung nilai gradien hidrolik (G) dan nilai bilangan Reynolds (NRe) (Qasim, 2000). Menurut Reynolds (1996), bilangan Reynolds (NRe), dan surface loading (SL) perlu dievaluasi pada unit sedimentasi. Selain itu, Reynolds (1996) menyatakan bahwa dalam evaluasi unit filtrasi perlu dilakukan perhitungan headloss (hL) air yang melewati saringan (filter) menggunakan persamaan Rose. Perhitungan hL membutuhkan data bilangan Reynolds (NRe) dan Drag Coefficient (CD). Evaluasi dosis klorin (Cl2) pada unit desinfeksi dilakukan setelah evaluasi unit filtrasi.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku PT. KTI melakukan pengolahan air baku menjadi air bersih dengan air baku yang dialirkan Sungai Cidanau dan Waduk Krenceng. Proses pengolahan dapat dilihat pada Gambar 2. Pertama, unit distribution chamber berfungsi sebagai sarana dalam proses pembubuhan koagulan aluminium sulfat (Al2(SO4)3) yang akan mengalami turbulensi antara air baku dan koagulan. Jenis koagulan aluminium sulfat atau besi sulfat umum digunakan untuk mengentalkan padatan tersuspensi dalam air. Koagulan tersebut murah dan aman, serta lumpur yang dihasilkan mudah ditangani (Ismail, et al. 2012). Kedua, unit accelator sebagai perpaduan unit flokulasi dan sedimentasi. Di dalam unit ini, flok yang terbentuk dari proses koagulasi akan bergabung membentuk ukuran yang lebih besar, sehingga flok lebih mudah diendapkan pada zona sedimentasi. Ketiga, unit penyaring (filter) berfungsi sebagai sarana untuk penyaringan partikel halus yang terbawa dari accelator, serta menghilangkan warna, turbiditas, dan kekeruhan. Keempat, unit netralisasi dan desinfeksi dilakukan pembubuhan kapur dan klorin secara simultan. Dan kelima, reservoir berfungsi sebagai media bak penampung air bersih yang akan didistribusikan ke konsumen.
Gambar 2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri Kualitas Air PT. KTI melakukan pengujian kualitas air secara rutin setiap minggu. Parameter yang diuji sesuai dengan baku mutu dalam Keputusan Menteri
5 Kesehatan Nomor 416 Tahun 1990 tentang Syarat-Syarat dan Pengawasan Kualitas Air. Suspended solid (SS) tidak terdapat di dalam baku mutu, namun parameter tersebut tetap dimasukkan karena penting untuk diketahui. Pada Gambar 3, grafik perbandingan kualitas air baku dari parameter SS, warna, pH, besi, sulfat, nitrat, dan nitrit dibuat dalam waktu pengukuran tiap minggu pada tahun 2012.
Konsentrasi SS (mg/l)
300 250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
50
60
Minggu keAir Baku
Air Bersih
(a) Parameter SS 1600 1400 Warna (TCU)
1200 1000 800 600 400 200 0 0
10
20
30
40
50
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(b) Parameter warna
Air Baku
60
pH
6 9.5 9.0 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 0
10
20
30
40
50
60
Minggu keAir Baku
Air Bersih
Kep Menkes 416/90-max
Kep Menkes 416/90-min
(c) Parameter pH Konsentrasi Besi (mg/l)
1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 0
10
20
30
40
50
60
50
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
Air Baku
Konsentrasi Sulfat (mg/l)
(d) Parameter besi Kepmenkes 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0
10
20
30
40
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(e) Parameter sulfat Kepmenkes
7
Konsentrasi Nitrat (mg/l)
12 10 8 6 4 2 0 -2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(f) Parameter nitrat Kepmenkes
Konsentrasi Nitrit (mg/l)
1.20 1.00 0.80 0.60 0.40 0.20 0.00 -0.20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(g) Parameter nitrit Kepmenkes
Gambar 3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012 Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih Evaluasi unit pengolahan air bersih di PT. KTI dilakukan pada debit yang telah diukur langsung, kecuali pada unit bar screen, sand trap, dan filtrasi menggunakan debit sebesar 2 m3/detik. Desain pengolahan air setiap unit menggunakan debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Diagram alir unit pengolahan dari sand trap hingga filtrasi disajikan pada Lampiran 2-8. Kriteria desain dari setiap unit dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil perhitungan evaluasi dan desain dari setiap unit dapat dilihat pada Tabel 3.
8 Tabel 2. Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI a. Unit bar screen Sumber
Faktor Desain
Nilai
Kecepatan melalui bar Lebar bar Kedalaman bar Qasim, et al. Kemiringan bar dari sudut (1998) horizontal Headloss diizinkan saat clogging Headloss maksimum saat clogging b. Unit sand trap Sumber
0.30-0.60 m/detik 4-8 mm 25-50 mm
Gradien kecepatan (G) Kondisi aliran Waktu detensi (td) Dosis Koagulan d. Unit flokulasi Faktor Desain Gradien kecepatan (G) Kondisi aliran Waktu detensi (td) e. Unit sedimentasi Faktor Desain Surface loading (SL) Waktu detensi (td) Kedalaman bak
150 mm 800 mm
Faktor Desain
Nilai
Kedalaman (d) Panjang (p) Qasim, et al. Lebar (l) (1998) Rasio lebar/kedalaman Rasio panjang/lebar c. Unit koagulasi Faktor Desain
45-60º
Qasim, et al. (2000) 950 (1/dt) 20-30 detik 20 ppm
Qasim, et al. (2000) 30 (1/dt) 30 menit
2-5 m 7.50-20 m 2.5-7 1:1-5:1 2.5:1-5:1 Nilai Darmasetiawan (2001) 200-1000 (1/dt) NRe > 10000 <1 menit 25-40 ppm Nilai Darmasetiawan (2001) 10-100 (1/dt) NRe > 10000 8-12 menit
Delphos, et al. (2004) 150-300 (1/dt) 30 detik -
Delphos, et al. (2004) 50 (1/dt) 18 menit
Qasim, et al. (2000) 1.46 m/jam
Nilai Darmasetiawan (2001) 0.50-1 m/jam
Willis, et al. (2004) 1.20-3.70 m/jam
4 jam >5 m
1-2 jam 2-5 m
<6 m
9
f. Unit filtrasi Faktor Desain
Qasim, et al. (2000) 9.60-15 m/jam 36-42 m/jam >600 detik 2.5 m
Surface loading (SL) SL Pencucian air Lama pencucian air Ekspansi pencucian Maksimum headloss (hL) g. Unit desinfeksi Sumber Qasim, et al. (2000)
Nilai Darmasetiawan (2001) 7-12 m/jam 15-25 m/jam 180-300 detik 20-50% -
Faktor Desain
Castro, et al. (2004) 5-7.5 m/jam 37-56 m/jam 60-300 detik 20-50% -
Nilai
Dosis Optimum
0.2-4 mg/l
Tabel 3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air Debit Faktor Desain
Pers.
Awal
2 m3/detik
2.5 m3/detik
75
60
Kemiringan dari sumbu horizontal, ⁰
-
Bar Screen -
Jarak antar bar, mm
-
-
20
50
Jumlah bar
-
-
75
40
Lebar bar, mm
1
-
10
6
Kedalaman sebelum bar (d1), m
2
-
2.03
2.03
Kecepatan sebelum bar (v1), m/detik
2
-
0.6
0.55
Kedalaman saat melewati bar (d2), m
3
-
2.04
2.04
Kecepatan saat melewati bar (v2), m/detik
3
-
0.43
0.54
Headloss(hL), mm
-
-
16.71
4.8
Kedalaman setelah melewati bar (d3), m
4
-
2.02
2.04
Kecepatan saat
4
-
0.44
0.54
10 melewati bar (v3), m/detik Kedalaman saat clogging 50% (d2'), m
5
-
2.37
2.19
Kecepatan saat clogging 505 (v2'), m/detik
5
-
0.37
0.5
Headloss saat clogging 50% (hL), mm
6
-
108
82.86
Kedalaman aliran (d), m
-
Sand Trap -
2.7
2.7
Panjang saluran (p), m
-
-
13.5
13.5
Lebar saluran (l), m
-
-
6.44
6.44
Luas permukaan saluram (A), m2
7
-
86.94
86.94
Volume saluran (V), m3
8
-
234.74
234.74
Kecepatan aliran (v), m/detik
9
-
0.12
0.14
Waktu detensi (td), detik
10
-
119.37
93.9
Headloss influent (hL), m
11
-
0.01
0.01
Head di atas weir (H), m
12
-
0.43
0.5
Luas melintang bak (A), m2
13
Koagulasi 2.8
2.8
2.8
Volume bak, m3
14
7.42
7.42
7.42
Waktu detensi (td), detik
15
16.62-25.57
11.67
8.90
Gradien kecepatan (G), detik-1
16
261-324
700
700
-
0.36
0.36
0.36
Jari-jari hidrolik (R), m
11 Kondisi aliran (NRe)
17
4.80x104-7.59x104
1.02x105
1.27x105
Headloss (hL), m
16
0.15
0.47
0.37
Volume bak, m
25
Flokulasi 476.93
476.93
476.93
Putaran impeller (n), rpm
28
1.5
32
32
Tenaga (P), Watt
28
6.03x10-4
951.47
951.47
Waktu detensi (td), menit
26
17.80-27.40
11.92
9.53
Gradien kecepatan (G), detik-1
27
0.04
50
50
Kondisi aliran (NRe)
29
1.05 106
1.32 109
1.32 109
3
Sedimentasi
% Removal
30
92.97-98.23
98
98
Desain SL, m3/m2.hari
30
23.29-46.78
69.32
86.65
Surface Loading (SL), m3/m2.jam
32
0.99-2.10
2.95
3.68
Waktu detensi (td), jam
33
3.97-7.98
2.68
2.14
Bilangan Reynolds (NRe)
34
1075.51-2282.48
3208.42
4010.53
Bilangan Froude (NFr)
35
2.44
10-9-1.10
10-8
10-8
2.17
10-8
3.40
Lebar plate (B), m
-
-
Disesuaikan
Disesuaikan
Tinggi plate (H), m
-
-
1
1
Jarak antar plate (w), m
-
-
0.05
0.05
Jumlah plate
-
-
891
891
Jari-jari hidrolik (R), m
-
-
0.025
0.025
12
36
-
4.61 10-3
5.77 10-3
Bilangan Reynolds (NRe)
-
-
25.54
31.92
Bilangan Froude (NFr)
-
-
8.68 10-5
1.36 10-4
Jumlah pelimpah
-
1488
1488
1488
37
0.14-0.28
0.42
0.52
-
Filtrasi -
6
6.25
40
-
8.05
10
8.42
10
Headloss kerikil (hLK), m
40
-
1.01
10
2.13
10
Headloss Total (hLT),
40
-
8.15
10
8.63
10
41
-
0.25
0.25
Porositas ekspansi (Pe), m
42
-
0.42
0.42
Tinggi ekspansi (Le),
43
-
0.78
0.78
% Ekspansi
43
-
30.09
30.09
Headloss pencucian (hLb), m
44
-
0.74
0.74
Kecepatan horizontal (vh), m/detik
Kecepatan aliran di outlet, m/detik
Hydraulic rate, m/jam Headloss pasir (hLP), m
m Pencucian: Porositas akhir filtrasi (Po'), m
m
13 Debit pencucian 3 (Qb), m /detik
45
-
0.67
0.67
Waktu detensi pencucian (td), detik
-
-
900
900
Volume air 3 pencucian (Vb), m
45
-
600
600
-
Desinfeksi -
1.16
0.93
Dosis desinfektan, mg/l
Tujuan utama dari penggunaan bar screen adalah untuk memisahkan objek yang besar, seperti kertas, plastik, logam, dan semacamnya (Qasim, 1998). Unit bar screen di PT. KTI dilengkapi sistem pembersihan secara manual dengan kemiringan dari sumbu horizontal () sebesar 75o. Desain awal bar screen dengan debit 2 m3/detik memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain (Tabel 2), seperti kemiringan bar dari sudut horizontal, jarak antar bar, dan lebar bar. Sand trap pada PT. KTI berfungsi sebagai bak pengendap pasir dan lumpur yang ukurannya besar. Unit ini didirikan untuk mengurangi beban kekeruhan yang diolah oleh unit selanjutnya. Hasil perhitungan waktu detensi (td) untuk debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik belum memenuhi kriteria desain sebesar 120-300 detik. Agar memenuhi kriteria desain, ketinggian air untuk debit 2 m3/detik perlu ditingkatkan minimum menjadi 2.80 m, sedangkan ketinggian air untuk debit 2.5 m3/detik ditingkatkan minimum menjadi 3.50 m. Dengan demikian, ketinggian bak minimum adalah 4.30 m (ditambah tinggi jagaan sebesar 0.80 m). Empat buah pompa Centrifugal Horizontal (tiga pompa bekerja secara paralel dan satu pompa sebagai cadangan) terletak pada Pump Station I Cidanau berfungsi untuk mengambil air dari sungai Cidanau untuk diolah menjadi air bersih. Kapasitas pompa 1000-3500 m3/jam dengan daya listrik 420-1000 kW. Apabila ketiga pompa digunakan, air akan terhisap sebesar 0.83-2.92 m3/detik. Untuk peningkatan debit mencapai 2.50 m3/detik, pompa tersebut sedikitnya harus memiliki efisiensi sebesar 90%. Bila efisiensi pompa tidak mencapai 90%, maka penambahan satu unit pompa sangat diperlukan, sehingga efisiensi pompa minimal mencapai 65%. Performansi pompa dapat dievaluasi dari informasi yang tertera pada kurva karakteristik oleh pabrik pembuat (Qasim, 2000). Pada PT. KTI, unit koagulasi berada pada distribution chamber melalui pencampuran menggunakan terjunan dengan ketinggian sebesar 3.50 m. Debit yang masuk ke dalam tiap bak ditentukan, yaitu pada bak kesatu, kedua, dan ketiga berturut-turut sebesar 0.29 m3/detik; 0.45 m3/detik; dan 0.37 m3/detik. Distribusi aliran yang merata pada setiap bak dapat menyeragamkan nilai G dan t d pada unit koagulasi. Yan, et al. (2009) menyatakan bahwa peningkatan intensitas pengadukan (berhubungan dengan gradien hidrolik) hingga batas maksimum akan meningkatkan penurunan nilai turbiditas (turbidity removal). Perhitungan untuk peningkatan kapasitas air bersih dilakukan dengan tidak mengubah dimensi. Perhitungan dengan impeller dilakukan sebagai alternatif proses pencampuran
14 untuk peningkatan kapasitas air bersih. Pengaduk yang digunakan berjenis radial flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20) dengan nilai tenaga (Np) sebesar 3.30 dan diameter sebesar 0.70 m. Nilai G dan td yang digunakan sama seperti proses hydraulic jump karena dimensi bak tidak berubah. Tenaga pengaduk untuk kedua debit bernilai sama, yaitu sebesar 186.49 kW, sehingga putaran pengaduk untuk kedua debit sebesar 14369 rpm. Menurut Sincero (2003), pengaduk kecil memiliki putaran berkisar antara 1150-1750 rpm dan pengaduk besar sebesar 400800 rpm. Putaran impeller dari perhitungan ini belum memenuhi kriteria desain menurut Sincero (2003), sehingga tidak memungkinkan untuk digunakan. Kondisi ini disebabkan oleh saluran yang sempit, sehingga diameter pengaduk juga relatif kecil. Uji Jar (Jar Test) dilakukan setiap delapan jam untuk mengetahui dosis optimum koagulan pada proses koagulasi. Setiap dosis yang digunakan akan mempengaruhi pH dan turbiditas air. Dosis paling optimum berada pada kisaran 50-60 ppm untuk tahun 2011, dan 60-70 ppm untuk tahun 2012. Penetapan dosis optimum dapat diketahui dari turbiditas yang relatif rendah dengan pH mendekati netral. Selain itu, pemberian dosis yang semakin tinggi akan menyebabkan pH air akan semakin rendah. Hal ini sesuai dengan penelitian Mirwan (2012) yang menyebutkan bahwa penambahan koagulan aluminium sulfat akan menaikkan pH pada dosis rendah dan akan menurunkan pH setelah pemberian dosis di atas 25 ppm. Dosis optimum yang digunakan PT. KTI berada pada rentang 50-70 ppm belum memenuhi dosis berdasarkan penelitian Baghvand, et al. (2010), Zemmouri, et al. (2012), dan Haydar, et al. (2010). Unit flokulasi pada PT. KTI berada pada bangunan accelator bersama dengan unit sedimentasi. Proses pengadukan pada unit flokulasi dilakukan secara mekanik dengan impeller. Unit flokulasi berbentuk kerucut terpotong dengan tinggi kerucut besar (t1) sebesar 7.95 m dan kerucut kecil (t2) 4.04 m. Jari-jari kerucut besar (r1) sebesar 7.83 m dan kerucut kecil (r2) sebesar 5.25 m. Pada bagian atas kerucut terdapat tambahan volume berbentuk tabung dengan tinggi (t) 0.96 m. Berdasarkan hasil perhitungan (Tabel 3), nilai G yang dihasilkan belum memenuhi kriteria desain (Tabel 2) dan penelitian Cheng, et al. (2011). Peningkatan putaran impeller dapat menaikkan nilai G hingga memenuhi kriteria desain yang berlaku. Perhitungan peningkatan kapasitas air bersih dilakukan dengan tidak mengubah desain yang telah ada. Perubahan yang dilakukan hanya pada putaran impeller (n). Air yang telah mengalami proses flokulasi akan diendapkan dalam proses sedimentasi. Unit sedimentasi berbentuk sirkular dengan diameter atas sebesar 45 m dan diameter bawah sebesar 36.10 m, serta kedalaman sebesar 5.50 m. Debit pada masing-masing accelator berturut-turut sebesar 806.40 m3/jam, 948.67 m3/jam; dan 1619.71 m3/jam. Nilai NRe dan NFr belum memenuhi kriteria desain (Tabel 2), sehingga penempatan plate settler pada unit sedimentasi sangat dibutuhkan. Proses filtrasi pada PT. KTI berada pada Unit Green Leaf Filter. Penurunan debit pencucian hingga batas kriteria desain sebesar 300 detik akan membuat volume air pencucian menjadi 201 m3. Hydraulic loading rate pada unit filtrasi disesuaikan oleh debit yang masuk sebesar 6 m/jam untuk debit 2 m3/detik dan 6.25 m/jam untuk 2.5 m3/detik, sehingga termasuk dalam saringan pasir cepat (rapid sand filtration) (Castro, et al., 2004). Headloss yang dihasilkan dari
15 perhitungan lebih kecil dari penelitian Cakmakci, et al. (2008). Headloss yang didapatkan langsung dari pengukuran dilapangan sebesar 0.50 m berbeda dengan hasil perhitungan. Kondisi tersebut dapat disebabkan oleh media yang telah jenuh. PT. KTI menggunakan klorin (Cl2) sebagai desinfektan. Unit desinfeksi tidak memiliki bangunan khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada pemberian dosis desinfektan. Selain itu, klorin dapat juga berfungsi sebagai pengontrol rasa, bau, dan bau, pengkondisi media penyaring, penghilang besi, mangan, hydrogen sulfide, dan warna (Qasim, et al., 2000). Klorin diberikan dalam dua tahap. Tahap pertama diberikan secara terus menerus (continue chlorine) untuk desinfeksi pada pipa setelah bak filtrasi dengan dosis sebesar 8,33 kg/jam. Tahap kedua berupa shock chlorine yang diberikan pada unit bak distribusi, kanal setelah accelator, dan pipa setelah bak filtrasi. Dosis yang diberikan sebesar 16,67 kg/jam selama satu jam. Betancourt (2004) menyatakan bahwa dibutuhkan waktu dan dosis klorin yang lebih tinggi untuk membunuh kista.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan 1. PT. KTI memiliki unit pengolahan air mulai dari bar screen, sand trap, koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Hasil evaluasi unit bar screen menun jukkan bahwa kemiringan bar, jarak antar bar, serta lebar bar masih belum memenuhi kriteria desain. Headloss saat terjadi clogging sebesar 108 mm masih memenuhi kriteria desain sebesar 150 mm. Pada unit sand trap, seluruh hasil perhitungan telah sesuai dengan kriteria desain, kecuali td sebesar 900 detik yang masih di atas kriteria desain sebesar 300 detik. Tiga buah unit pompa digunakan untuk menghasilkan debit sebesar 0.83-2.92 m3/detik. Debit tersebut telah sesuai untuk peningkatan kapasitas hingga 2.5 m3/detik. Pada unit koagulasi, nilai G sebesar 241.97-406.20 detik-1 telah memenuhi kriteria desain sebesar 150-1000 detik-1. Dosis optimum yang digunakan sebesar 50-70 ppm. Pada unit flokulasi, nilai G yang dihasilkan sebesar 0.04 detik-1 jauh berada di bawah kriteria desain sebesar 10-100 detik-1. Pada unit sedimentasi, semua parameter telah memenuhi kriteria desain, kecuali nilai td yang lebih besar dari kriteria desain. Pada unit filtrasi, semua parameter telah memenuhi kriteria desain, kecuali nilai td pencucian yang lebih besar dari kriteria desain. Unit desinfeksi tidak memiliki bangunan khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada pemberian dosis desinfektan. Dosis yang diberikan sebesar 1.16 mg/l masih memenuhi kriteria desain. 2. Pada unit bar screen, sand trap, filtrasi, dan desinfeksi, desain untuk debit 2.5 m3/detik, sedangkan unit koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi dilakukan pada debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Headloss pada bar screen saat terjadi clogging sebesar 82.86 mm. Pada unit sand trap tinggi aliran minimum dibuat menjadi 3.50 agar td sesuai dengan kriteria desain, sehingga ketinggian bak minimum sebesar 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan pada unit pompa harus memenuhi efisiensi sebesar 90% agar dapat memenuhi kebutuhan air
16 hingga 2.5 m3/detik. Apabila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut, maka penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Pada unit koagulasi digunakan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Gradien hidrolik yang digunakan sebesar 700 detik-1. Pada pengadukan mekanik, impeller yang digunakan berjenis radial flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20) dengan nilai tenaga (Np) sebesar 3.30 dan diameter sebesar 0.70 meter. Tenaga pengaduk yang dihasilkan sebesar 186.49 kW, sehingga putaran pengaduk sebesar 14369 rpm. Desain unit flokulasi dilakukan dengan mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm, sehingga nilai G menjadi 50 detik-1.Desain unit sedimentasi dilakukan dengan mengasumsikan nilai %removal sebesar 98%. Nilai NRe dan NFr lebih besar dari kriteria desain, sehingga pemasangan plate settler perlu dilakukan. Plate settler yang digunakan sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate sebesat 0.05 m, tinggi 1 meter, dan lebar yang dapat disesuaikan dengan lebar bak. Pada unit filtrasi dilakukan perhitungan untuk debit 2.5 m3/detik tanpa mengubah desain dan susunan filter. Dosis yang diberikan pada unit desinfeksi sebesar 0.93 mg/l. Saran Penelitian lanjutan diperlukan untuk mengkaji penambahan plate settler pada unit accelator. Penelitian ini berupa pembuatan reaktor sedimentasi dengan dan tanpa plate settler untuk membandingkan % removal total padatan hasil proses pengendapan dan mengetahui nilai surface loading. Reaktor tersebut dapat dibuat dengan diameter sebesar 20 cm dan ketinggian sebesar 2 m.
DAFTAR PUSTAKA Baghvand, A., Zand, A.B., Mehrdadi, N., Karbassi, A. 2010. Optimizing Coagulation Process for Low to High Turbidity Waters Using Aluminum and Iron Salts. American Journal of Environmental Sciences 6 (5): 442448, ISSN 1553-345X Betacourt, W. Q., Rose, J. B. 2004. Drinking Water Treatment Processes for Removal of Cryptosporidium and Giardia. Veterinary Parasitology 126 (219-234), doi:10.1016/j.vetper.09.002 Cakmakci, M., Kayuncu, I., Kinaci, C. 2008. Effects of Concentration, Filter Hydraulic Loading Rates, and Porosities on Iron Removal by Rapid Sand Filtration. Environmental Engineering Science 25 (5), doi: 10.1089/ees.0060 Castro, K, Logsdon, G, Martin, SR. 2004. High-Rate Granular Media Filtration. Di dalam: American Water Works Association/American Society of Civil Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. Amerika Serikat: McGraw-Hill. hlm. Chapter 8. Cheng, WP., Chang JN., Chen, PH., Yu, RF., Huang, YW. 2011. Turbidity Fluctuation as a Measure of Floc Size in a Coagulation Pilot Study. Desalination and Water Treatment. 30 (98-104), doi: 10.5004/dwt.1878
17 Darmasetiawan, Martin. 2001. Teori dan Perencanaan Instalasi Pengolahan Air. Bandung: Yayasan Suryono. Delphos, P.J., Wesner, G.M. 2004. Mixing, Coagulation, and Flocculation. Di dalam: American Water Works Association/American Society of Civil Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. New York: McGraw-Hill. Chapter 6. Haydar, S., Ahmad, H., Aziz, J.A. 2010. Optimization of CoagulationFlocculation in The Treatment of Canal Water. Environmental Engineering and Management Journal 9 ( 11), 1563-1570. Qasim, S.R. 1998. Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and Operation. Boca Raton-Florida: CRC Press. Qasim, S.R., Motley, E.M., Zhu, G. 2000. Water Works Engineering Planning, Design, & Operation. Dallas-Texas: Prentice-Hall. Reynolds, T.D., Rizhards, P.A. 1996. Unit Operation and Processes in Environmental Engineering. Boston : PWS Publishing Company. Sincero, Arcadio P., Sincero, Gregoria A. 2003. Physical-chemical Treatment of Water and Wastewater. Boca Raton-Florida : IWA Publishing. Willis, Jhon F. 2004. Clarification. Di dalam: American Water Works Association/American Society of Civil Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. New York: McGraw-Hill. Chapter 7. Yan, Mungquan, Liu, Hailong, Wang, Dongsheng, Ni, Jinren, Qu, Jiuhui. 2009. Natural Organic Matter Removal by Coagulantion: Effect of Kinetics and Hydraulic Power. Water Science & Technology: Water Supply-WSTWS 9.1. Zemmouri, H., Drouiche, M., Sayeh, A., Lounici, H., Mameri, N. 2012. Coagulation Flocculation Test of Keddara’s Water Dam Using Chitosan and Sulfate Alumunium. Procedia Engineering, 33 (254-260), doi:10.1016/j.proeng.01.1202.
18 Lampiran 1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution Chamber) a. Diagram pengujian Jar Test
b. Diagram pengukuran debit
19 Lampiran 2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
20 Lampiran 3 Diagram alir perhitungan unit sand trap
21 Lampiran 4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump
22 Lampiran 5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik
23 Lampiran 6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi
24 Lampiran 7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi
25 Lampiran 8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi
26
Lampiran 9 Gambar desain unit bar screen
Lampiran 10 Gambar desain unit distribution chamber
27
28
Lampiran 11 Gambar desain unit accelator
Lampiran 12 Potongan A-A unit accelator
29
30
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dengan nama Rizka Amalia pada 13 Februari 1992 di Kota Jakarta. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dengan ayah bernama Abdul Rachman dan ibu Sumiati. Penulis merupakan lulusan dari Sekolah Menengah Pertama Negeri 7 Jakarta dan Sekolah Menengah Atas Negeri 26 Jakarta. Setelah lulus SMA, penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor dengan jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan.
