PERBANDINGAN HIDRODINAMIKA FLOKULATOR BERBENTUK SETENGAH LINGKARAN DAN PERSEGI PANJANG PADA PROSES FLOKULASI MENGGUNAKAN ALIRAN MELALUIMEDIA KELERENG Badaruddin Muβmin, Muzwar Rusadi Jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat
[email protected] Abstrak Teori Camp & Stein menyebutkan bahwa untuk mendapatkan hasil flokulasi yang baik harus memenuhi nilai Gtd tertentu. Tetapi dalam flokulasi melalui media berbutir dengan nilai Gtd yang relatif lebih rendah dari yang disyaratkan telah didapatkan hasil flokulasi yang baik. Berdasarkan hal tersebut maka diduga ada faktor lain yang berpengaruh pada proses flokulasi menggunakan aliran melalui media berbutir selain Gtd. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui kinerja dari dua buah flokulator dengan media kelereng dalam aplikasinya sebagai flokulator dan mengetahui aspek hidrodinamika yang berpengaruh dalam flokulasi. Flokulator yang digunakan adalah flokulator saluran terbuka berbentuk setengah lingkaran dan flokulator saluran terbuka berbentuk persegi panjang. Variasi debit yang digunakan adalah 1 liter/menit, 1,5 liter/menit, 1,7 liter/menit, 2 liter/menit, dan 2,2 liter/menit. Metode analisis hasil penelitian yang digunakan adalah berupa analisis laboratorium dan analisis perhitungan. Penurunan kekeruhan dengan air baku buatan mencapai lebih dari 98%, dan 94,49% untuk air baku alami. Penurunan kadar organik mencapai 65,23% dan 38,10% untuk penurunan TSS. Angka kehilangan tekan yang terjadi pada flokulator berbentuk setengah lingkaran berkisar antara 0,20 hingga 6,95 cm, dan 0,60 hingga 7,85 cm untuk flokulator berbentuk persegi panjang. Nilai G berkisar antara 33,035 hingga 166,751/detik dan nilai Gtd berkisar antara 306,464 hingga 25304,741. Bilangan Reynolds yang diperoleh berkisar antara 245,392 hingga 708,225. Nilai bilangan Froude untuk kedua flokulator berkisar antara 0,030 hingga 0,064. Angka kecepatan gerusan pada flokulator berbentuk setengah lingkaran berkisar antara 0,026 hingga 0,033 cm/detik, dan antara 0,020 hingga 0,025 cm/detik untuk flokulator berbentuk persegi panjang. Waktu detensi aktual untuk kedua flokulator lebih kecil jika dibandingkan dengan waktu detensi teoritisnya. Kata kunci : aliran melalui media kelereng, flokulator berbentuk setengah lingkaran, flokulator berbentuk persegi panjang, saluran terbuka flokulasi adalah nilai G.td (kecepatan
1. Pendahuluan Teori oleh Camp & Stein
hidrolis x waktu detensinya), dimana
menyebutkan bahwa faktor yang
untuk mendapatkan hasil flokulasi
sangat berpengaruh dalam proses
yang baik harus memenuhi harga 99
G.td pada kisaran nilai tertentu. Akan
flokulasi.
tetapi dalam flokulasi melalui media
pengaruh bentuk penampang saluran
berbutir dengan nilai G.td yang
terhadap
relatif
diamati
lebih
rendah
dari
yang
Kemungkinan
proses dalam
adanya
flokulasi
akan
penelitian
yang
disyaratkan telah dapat dihasilkan
menggunakan dua buah saluran yang
proses flokulasi yang baik. Hal ini
mempunyai bentuk penampang yang
ditandai dengan persentasi penurunan
berbeda sebagai flokulator dengan
kekeruhan yang besar dan kualitas
media berbutir yang sama untuk
flok yang dihasilkan. Diasumsikan
kedua flokulator tersebut.
ada faktor lain selain Gtd yang
Tujuan dari
berperan dalam
efektifitas
suatu
kedua
elemen
saluran
mempunyai
reaktor
yang
mempunyai
perbedaan bentuk penampang saluran
masing-masing
dengan
oleh
bentuk
aplikasinya
penampang saluran tersebut. Elemen
mengetahui
geometri merupakan elemen penting
hidrodinamika reaktor yang diamati
yang mempengaruhi gerakan aliran
dalam proses flokulasi pada kedua
pada saluran (Klara, S. 2008).
reaktor yang mempunyai perbedaan
yang
geometri
ini
adalah untuk mengetahui kinerja
flokulasi. Setiap
penelitian
ditentukan
Menurut
media
kelereng
sebagai nilai
dalam
flokulator, faktor
Smoluchoski,
bentuk penampang saluran. Selain itu
fenomena pembentukan flok pada
penelitian ini juga bertujuan untuk
proses
karena
mengetahui perbandingan efektivitas
gerakan aliran yang memungkinkan
kinerja reaktor menggunakan saluran
adanya
partikel
terbuka berbentuk setengah lingkaran
koloid sehingga terbentuk flok yang
dengan saluran terbuka berbentuk
lebih besar. Apabila gerakan aliran
persegi panjang dalam aplikasinya
pada lintasan berbeda untuk setiap
sebagai flokulator.
flokulasi
tumbukan
terjadi
antar
bentuk penampang saluran, maka 2. Metode Penelitian
terdapat kemungkinan bahwa faktor
Flokulator
bentuk penampang suatu saluran akan
berpengaruh
pada
yang
digunakan
dalam percobaan ini berupa pipa
hasil 100
PVC diameter 3 inci yang dibelah
0,5, 1, 2, 3, 5, dan 10 meter terdapat
setengah bagian, sehingga berfungsi
rongga untuk mengambil sampel.
sebagai aliran terbuka. Panjang pipa adalah 10 flokulator
m dan pada terdapat
pengukuran
Air baku ditempatkan di dalam
badan
bak penampung untuk dimasukkan
titik-titik
bak
koagulasi.
Koagulan
yang
dengan dosis tertentu dimasukkan ke
dihubungkan dengan papan berskala.
dalam bak koagulasi dengan cara
Pipa diletakkan sedemikian rupa di
injeksi manual.
atas
tekanan
pada
penopang
ketinggian
kayu
sekitar
dengan
30
cm
Parameter untuk penelitian
dan
menggunakan air baku buatan adalah
kemiringan 0,0045 cm/cm. Selain itu
kekeruhan,
temperatur,
juga digunakan talang air dari besi
Sedangkan
untuk
dengan ukuran 1000 x 8 x 3 cm
menggunakan
air
sebagai saluran terbuka berbentuk
ditambahkan
dengan
persegi panjang yang diposisikan
parameter zat organik dan TSS (Total
sedemikian
rupa
Suspended Solid). Parameter hidrolis
mempunyai
ketinggian
kemiringan
yang
sehingga
sama
dan
yang
dengan
diamati
dan
pH.
flokulasi baku
alami
pengukuran
adalah
kehilangan
tekanan pada jarak 0,5 1, 2, 3, 4, 5, 6,
flokulator pipa PVC 3 inci.
7, 8, 9, dan 10 meter, bilangan
Kelereng dengan diameter 1,5
Reynolds,
gradient
kecepatan,
cm dijadikan sebagai media pada
bilangan Froude serta kecepatan
flokulator dan ditempatkan di dalam
gerusan.
flokulator sampai penuh sehingga aliran
air
yang
Dalam suatu sistem flokulasi,
melaluinya
menurut Camp dan Stein gradien
merupakan aliran berliku. Pada jarak
kecepatan
dinyatakan
(Armundito, E. 2001) :
πΊ=
π = π
keterangan : G = gradien kecepatan (detik -1)
101
π ππΆ
dalam
P ΞΌ C Ξ΅
= = = =
tenaga yang dapat ditimbulkan (kw/hp) kekentalan absolut (cm2/detik) kapasitas atau volume sistem (cm3) total daya yang ditimbulkan per satuan massa cairan
laminer Kehilangan
tekanan
(h)
dapat
dihitung
dengan
persamaan Carman-Kozeny sebagai
reaktor hidrolis dengan aliran melalui
berikut (Notodarmojo, 1998) :
media berbutir, untuk kondisi aliran π 1βπ β = π£. π£π π π3
2
6 2 πΏ ππ2
keterangan : k v n vd Ο d L g
= = = = = = = =
koefisien Kozeny, tak berdimensi kekentalan kinematik (m2/detik) porositas kecepatan Darcy (m/detik) faktor sperisitas, tak berdimensi diameter media rata-rata (m) panjang media dimana air mengalir (m) kecepatan gravitasi (m/detik2)
aliran
Apabila suatu aliran terbuka
turbulen.
Aliran
mempunyai nilai bilangan Reynolds
mempunyai
kurang dari 500, maka aliran tersebut
diantara
adalah laminer, sedangkan apabila
alirannya dinamakan aliran transisi.
nilai
Bilangan Reynolds dihitung dengan
bilangan
Reynolds
aliran
aliran tersebut
Dalam aliran pada saluran
disamakan
panjang
πππ π. π = π£ π£ hidrolik.
karakteristik
dengan
12500
maka
merupakan πππ =
terbuka
dan
Reynolds
(Reynold, 2004) :
terbuka tersebut lebih dari 12500, maka
500
bilangan
yang
Sehingga
untuk
aliran
saluran terbuka angka Froude adalah
kedalaman
(Metcalf & Eddy, 2004):
πΉπ
=
π π. π·
keterangan : FR = bilangan Froude (tidak mempunyai satuan) 102
V g L D
= kecepatan rata-rata aliran (cm/detik) = gaya gravitasi (cm/detik2) = panjang karakteristik (cm) = kedalaman hidrolik (cm)
kecepatan gerusan agar partikel yang Proses pengendapan partikel
telah mengendap tidak tergerus dan
berlangsung dangan baik apabila aliran
dalam
(laminer).
keadaan
Kecepatan
melayang lagi. Besarnya kecepatan
tenang
horizontal dipengaruhi oleh luas
horizontal
aliran hendaknya tidak
penampang saluran dan debit aliran
melebihi
(McConnachie, 1999). πβ =
π π΄π
keterangan : Vh = kecepatan horizontal (cm/detik) Q = debit aliran (cm3/detik) Ac = luas penampang saluran (cm2)
sampai pada ketinggian 1,95 meter Variabel
yang
digunakan
melalui pipa yang dilengkapi dengan
berupa debit dan bentuk flokulator. Debit
yang
digunakan
kran. Ketika kran dibuka maka air
sebagai
akan masuk ke dalam bak koagulasi
variabel adalah 2,2 liter/menit, 2 liter/menit,
1,7
liter/menit,
dan
liter/menit, 1
dan
1,5
flokulator flokulator
dua
yang
buah
pengadukan
berbentuk
Air baku yang sudah melalui proses koagulasi dimasukkan dari inlet
ditempatkan
di
air
tertentu dan
yang telah diberi media kelereng dan
pompa air yang berada di dalam bak memompa
dengan debit
dialirkan disepanjang pipa dan talang
dalam bak penampung. Kemudian
penampung
penambahan
koagulasi di dalam bak tersebut.
setengah
persegi panjang. baku
serta
maka diharapkan akan terjadi proses
yakni
lingkaran, dan flokulator berbentuk
Air
secara
koagulan PAC dengan dosis tertentu,
bentuk
berbeda,
pengadukan
hidrolis. Dengan dibantu oleh daya
liter/menit.
Sedangkan untuk variabel bentuk menggunakan
terjadi
berfungsi sebagai flokulator. Aliran
naik 103
melalui media kelereng yang berliku
Persentase
penurunan
memungkinkan terjadinya tumbukan
kekeruhan untuk tiap bentuk
antara partikel yang lebih besar,
flokulator,
sehingga diharapkan pembentukan
pengamatan dari proses flokulasi
flok akan menjadi efektif.
ditunjukkan
Setelah aliran stabil, yaitu
debit,
Terlihat
dan
pada
Tabel
bahwa
titik
1.
persentase
minimal dua kali waktu detensi pada
penurunan kekeruhannya realtif
proses
besar, yaitu lebih dari 90% pada
koagulasi,
dilakukan
pengukuran tinggi muka air rongga-rongga flokulator
pengukuran dan
di
jarak
0,5
meter
pertama,
pada
sedangkan pada jarak 10 meter
pengamatan
dapat mencapai lebih dari 98%.
kehilangan tekan aktual pada papan
Nilai
piezometer. Selain itu juga dilakukan
penyisihan kekeruhan terbesar
pengambilan sampel pada titik-titik
ditunjukkan
tertentu
liter/menit
untuk
melakukan
uji
rata-rata
persentase
pada
debit
untuk
2
flokulator
parameter. Percobaan diulangi untuk
berbentuk persegi panjang, yakni
setiap debit dan bentuk flokulator
sebesar 98,02%. Nilai rata-rata
yang berbeda. Pada setiap debit dan
persentase penyisihan kekeruhan
bentuk
terkecil terjadi pada debit 1
flokulator
yang
sama
dilakukan percobaan dua kali (duplo)
liter/menit
untuk
flokulator
agar hasil penelitian dapat dirata-
berbentuk
setengah
lingkaran,
ratakan untuk mendapatkan data
yakni sebesar 93,25%.
hasil penelitian yang lebih akurat
Bentuk
untuk analisis faktor hidrodinamika,
setengah
terkecuali
melengkung
untuk
hasil penelitian
menggunakan air baku alami.
flokulator
lingkaran
yang
menyebabkan
bagian atas dari garis tengah flokulator tersebut tidak simetris
3. Hasil dan Pembahasan 3.1
Persentase
dengan bagian bawah. Hal ini Penurunan
menyebabkan
Kekeruhan
perbedaan
luas
flokulator antara bagian atas dan bagian 104
bawah
yang
juga
berpengaruh terhadap kecepatan
secara
merata.
Hal
aliran
diduga
sebagai
faktor
pada
flokulator
kedua
bagian
tersebut.
Tidak
menyebabkan
aliran
hasil penurunan kekeruhan yang
homogennya akan
tersebut
kecepatan
berpengaruh
pembentukan
flok
terhadap karena
didapatkannya
berbeda
antara
flokulator
berbentuk
setengah
lingkaran
tumbukan antar flok-flok kecil
dengan
yang
persegi panjang.
terbentuk
pada
proses
yang
koagulasi tidak terjadi secara
flokulator
berbentuk
Perbedaan bentuk antara
merata.
kedua Berbeda dengan aliran
buah
flokulator
berpengaruh terhadap penurunan
pada flokulator berbentuk persegi
kekeruhan.
panjang yang bagian atas dari
dengan variasi debit, perbedaan
garis tengahnya simetris dengan
debit yang diberikan pada proses
bagian bawah sehingga luas dan
flokulasi
juga
kecepatan aliran antara kedua
terhadap
hasil
bagian tersebut adalah sama.
kekeruhan.
Homogenitas kecepatan aliran
dibuktikan dengan uji statistik
pada flokulator berbentuk persegi
menggunakan metode anova dua
panjang
arah.
akan
menyebabkan
Demikian
pula
berpengaruh penurunan
Hal
tersebut
tumbukan antar flok kecil terjadi Tabel 1. Tabel Persentase Penurunan Kekeruhan Untuk Tiap Bentuk Flokulator Bentuk Flokulator
Debit (L/mnt)
1
2 1 1.5 1.7 2 2.2 1 1.5 1.7 2 2.2
Setengah Lingkaran
Persegi Panjang
Kekeruhan Awal (NTU) 3 284,00 249,00 315,00 285,50 314,50 177,00 169,00 109,80 216,50 186,50
105
Titik 1 4 90,37 96,63 94,71 94,89 94,12 94,81 95,50 90,70 97,67 95,97
Penurunan Kekeruhan (%) Titik Titik Titik Titik 2 3 4 5 5 6 7 8 91,69 93,33 93,45 94,67 96,75 97,13 97,17 97,99 95,44 95,76 96,82 97,51 95,71 95,97 96,30 96,68 95,44 95,77 96,04 96,15 95,80 96,04 96,29 97,10 95,91 96,66 96,94 97,04 92,14 93,43 93,84 94,34 97,87 97,99 98,03 98,21 96,10 96,56 96,73 97,10
Titik 6 9 95,98 98,31 98,53 97,76 97,06 97,42 97,24 95,22 98,35 97,56
nilai seperti yang disyaratkan, akan Nilai G, Gtd dan Bilangan Reynolds
tetapi proses flokulasi melalui media
Nilai
kelereng
G
untuk
reaktor
berbentuk
untuk
kedua
flokulator
antara
tersebut telah dapat menghasilkan flok
40,700 hingga 125,688/detik, dan untuk
yang baik. Hal ini terjadi karena
flokulator berbentuk persegi panjang
kelereng yang digunakan sebagai media
berkisar
untuk penelitian ini berperan sebagai
setengah
lingkaran
antara
berkisar
33,035
hingga
166,752/detik. Tingginya nilai G yang
pengaduk
dimiliki oleh kedua buah flokulator
mempunyai jarak yang rapat antara satu
yang berbeda bentuk ini dikarenakan
dengan yang lainnya.
nilai waktu detensi yang kecil pada
Bilangan Reynolds untuk tiap bentuk
kedua flokulator tersebut. Nilai Gtd
flokulator
untuk flokulator berbentuk setengah
ditunjukkan pada Tabel 3. Bilangan
lingkaran
Reynolds untuk flokulator berbentuk
berkisar
antara
306,464
pada
dan
proses
titik
pengamatan
hingga 15688,106, dan untuk flokulator
setengah
berbentuk persegi panjang berkisar
511,692 hingga 708,225, dan untuk
antara
25304,741.
flokulator berbentuk persegi panjang
Sebagian nilai Gtd pada penelitian ini
berkisar antara 245,392 hingga 442,282.
tidak memenuhi syarat karena waktu
Aliran
detensinya
setengah lingkaran merupakan aliran
700,357
hingga
dibawah
nilai
yang
lingkaran
flokulasi
pada
berkisar
flokulator
antara
berbentuk
disyaratkan untuk proses flokulasi.
transisi, sedangkan untuk aliran pada
Nilai G dan Gtd yang dimiliki oleh
flokulator berbentuk persegi panjang
kedua flokulator ini tidak memenuhi
106
Tabel 2. Tabel Nilai G dan Gtd Untuk Masing-masing Bentuk Flokulator Debit (liter/menit)
1
1,5
1,7
2
2,2
Jarak (m) 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10
Flokulator Setengah Lingkaran G Gtd (/detik) 77,438 317,497 92,957 991,850 74,214 2070,571 70,765 3040,074 55,411 6433,790 40,700 14951,187 77,344 317,884 107,375 915,910 87,072 1906,000 72,356 3143,141 67,532 6098,167 47,646 15222,560 72,950 337,030 86,316 854,528 80,470 1985,991 68,983 3207,715 68,364 5934,032 49,057 14784,828 74,331 330,771 109,408 1123,617 83,121 2070,542 74,259 3393,658 70,826 6508,883 52,893 15688,106 80,226 306,464 125,688 1075,886 98,317 2125,619 77,170 3345,317 70,385 6112,966 56,737 15058,583
107
Flokulator Persegi Panjang G (/detik) 104,418 110,544 80,974 59,311 47,866 33,035 90,985 93,254 75,311 51,826 51,753 34,937 134,456 108,501 73,893 69,042 54,595 37,559 143,139 145,801 84,162 75,304 56,650 38,457 166,752 150,234 96,636 75,055 71,150 47,651
Gtd 941,849 2224,140 3567,707 6839,783 12456,115 25304,741 810,676 1647,807 2856,561 6167,274 11045,548 24630,693 960,012 1869,466 3493,666 4985,523 10132,773 22911,156 944,716 1475,511 3286,509 4570,949 9982,223 22535,979 700,357 1227,410 2480,637 4340,428 8466,157 20251,740
Tabel 3. Tabel Nilai NRe Untuk Masing-masing Bentuk Flokulator Debit (liter/menit)
Jarak (m) 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10
1
1,5
1,7
2
2,2
Flokulator Setengah Lingkaran Vpori Nre (cm/detik) 2,722 511,692 2,722 511,692 2,722 511,692 2,722 511,692 2,722 511,692 2,722 511,692 3,130 588,344 3,130 588,344 3,130 588,344 3,130 588,344 3,130 588,344 3,130 588,344 3,318 623,697 3,318 623,697 3,318 623,697 3,318 623,697 3,318 623,697 3,318 623,697 3,372 633,749 3,372 633,749 3,372 633,749 3,372 633,749 3,372 633,749 3,372 633,749 3,768 708,225 3,768 708,225 3,768 708,225 3,768 708,225 3,768 708,225 3,768 708,225
Flokulator Persegi Panjang Vpori (cm/detik) 1,305 1,305 1,305 1,305 1,305 1,305 1,418 1,418 1,418 1,418 1,418 1,418 1,639 1,639 1,639 1,639 1,639 1,639 1,706 1,706 1,706 1,706 1,706 1,706 2,353 2,353 2,353 2,353 2,353 2,353
Nre 245,392 245,392 245,392 245,392 245,392 245,392 266,624 266,624 266,624 266,624 266,624 266,624 308,147 308,147 308,147 308,147 308,147 308,147 320,768 320,768 320,768 320,768 320,768 320,768 442,282 442,282 442,282 442,282 442,282 442,282
Nilai Bilangan Froude dan Kecepatan
flokulator tersebut merupakan aliran
Gerusan
subkritis.
Hasil perhitungan
bilangan
Aliran
subkritis
Froude
megindikasikan bahwa gaya gravitasi
untuk masig-masing bentuk flokulator,
lebih mempengaruhi aliran pada kedua
debit, dan titik pengamatan dapat dilihat
flokulator dibandingkan dengan gaya
pada Tabel 5 dan 6. Berdasarkan hasil
inersia,
perhitungan, bilangan Froude untuk
flokulator
kedua flokulator menunjukkan bahwa
tenang.
jenis aliran yang terjadi pada kedua 108
dan
aliran
pada
kedua
merupakan
aliran
yang
Berdasarkan Tabel 7 diketahui bahwa
aliran di sepanjang flokulator adalah
kecepatan horizontal kedua saluran
aliran
lebih kecil jika dibandingkan dengan
mempunyai kecepatan rata-rata dibawah
kecepatan gerusan (scouring velocity).
kecepatan
Berdasarkan literatur, maka partikel
terbentuk disepanjang flokulator tidak
flok yang telah terbentuk pada kedua
melayang kembali oleh adanya aliran,
flokulator dapat mengendap di dasar
sehingga flok yang mengendap pada
saluran dengan baik.
titik
Berdasarkan hasil perhitungan bilangan
merupakan flok-flok yang terbentuk
Froude dan kecepatan gerusan dapat
pada
diketahui bahwa pengendapan flok yang
merupakan flok-flok yang terbawa oleh
terbentuk dapat terjadi di setiap titik
aliran
pengamatan. Hal tersebut dikarenakan
pengamatan selanjutnya.
searah
yang
gerusan.
tenang
Flok-flok
pengamatan
titik
dan
yang
yang
benar-benar
tersebut
dan
menumpuk
bukan
pada
titik
Tabel 5. Tabel Nilai Bilangan Froude untuk Flokulator Berbentuk Setengah Lingkaran Bentuk Flokulator
Debit (liter/menit)
1
1,5
Setengah Lingkaran
1,7
2
Titik
V (cm/detik)
D (cm)
g (cm/detik)
Fr
0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10
2,722 2,722 2,722 2,722 2,722 2,722 3,130 3,130 3,130 3,130 3,130 3,130 3,318 3,318 3,318 3,318 3,318 3,318 3,372 3,372 3,372 3,372 3,372 3,372
1,900 1,900 2,150 2,300 2,500 2,500 2,550 3,050 3,200 3,350 3,350 3,600 2,750 2,950 3,250 3,400 3,650 3,750 3,150 3,525 3,675 3,700 3,800 3,800
981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981
0,063 0,063 0,059 0,057 0,055 0,055 0,063 0,057 0,056 0,055 0,055 0,053 0,064 0,062 0,059 0,057 0,055 0,055 0,061 0,057 0,056 0,056 0,055 0,055
109
Tabel 6. Tabel Nilai Bilangan Froude untuk Flokulator Berbentuk Persegi Panjang Bentuk Flokulator
Debit (liter/menit)
1
1,5
Persegi Panjang
1,7
2
2,2
Titik
V (cm/detik)
D (cm)
g (cm/detik)
Fr
0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10 0,5 1 2 3 5 10
1,305 1,305 1,305 1,305 1,305 1,305 1,418 1,418 1,418 1,418 1,418 1,418 1,639 1,639 1,639 1,639 1,639 1,639 1,706 1,706 1,706 1,706 1,706 1,706 2,353 2,353 2,353 2,353 2,353 2,353
1,800 1,700 1,900 1,950 2,050 2,050 1,950 2,100 2,250 2,150 2,150 2,250 2,300 2,350 2,350 2,400 2,450 2,450 2,300 2,350 2,400 2,550 2,550 2,350 2,450 2,450 2,550 2,650 2,550 2,500
981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981 981
0,031 0,032 0,030 0,030 0,029 0,029 0,032 0,031 0,030 0,031 0,031 0,030 0,035 0,034 0,034 0,034 0,033 0,033 0,036 0,036 0,035 0,034 0,034 0,036 0,048 0,048 0,047 0,046 0,047 0,048
Tabel. 7. Tabel Kecepatan Horizontal dan Kecepatan Gerusan pada Flokulator Berbentuk Setengah Lingkaran dan Persegi Panjang Bentuk Flokulator
Setengah Lingkaran
Persegi Panjang
Debit (liter/menit) 1 1,5 1,7 2 2,2 1 1,5 1,7 2 2,2
A (cm)
Zc
Rm
Rf
11.,86
0,355
0,547
0,934
8,000
0,355
1,292
1,548
110
Vh (cm/detik)
S (cm/detik)
0,001 0,001 0,001 0,001 0,002 0,002 0,003 0,004 0,004 0,005
0,033 0,029 0,028 0,027 0,026 0,025 0,022 0,022 0,021 0,020
Waktu Detensi Berdasarkan hasil penelitian waktu
media berbutir, tetapi sebagian melalui
detensi aktual lebih kecil daripada
dinding flokulator yang pori-porinya
waktu detensi teoritisnya. Hal tersebut
lebih besar dari pori-pori rata-rata
mengindikasikan
media
adanya
lintasan
pendek yang terjadi karena aliran air tidak
seluruhnya
melalui
berbutir,
sehingga
alirannya
menjadi lebih cepat.
pori-pori
Tabel 8. Tabel Perbandingan Waktu Detensi Teoritis dan Aktual Untuk Tiap Bentuk Flokulator Bentuk Flokulator
Debit ( L/Menit ) 1 1,5 1,7 2 2,2 1 1,5 1,7 2 2,2
Setengah Lingkaran
Persegi Panjang
Volume Total ( Liter ) 12,219 19,732 20,869 22,203 22,669 17,955 19,778 21,803 21,713 22,725
td Teoritis ( Menit ) 12,219 13,154 12,276 11,102 10,304 17,955 13,185 12,825 10,856 10,330
td Aktual ( Menit ) 6,123 5,325 5,023 4,943 4,424 12,767 11,750 10,167 9,767 7,083
Kehilangan Tekan Grafik permukaan papan piezometris
semakin
dan
dikarenakan adanya media kelereng
untuk
masing-masing
bentuk
mengecil.
flokulator dapat dilihat pada Gambar 1
yang
menyebabkan
dan 2. Terlihat bahwa semakin jauh
kehilangan
jarak maka permukaan piezometris akan
flokulator.
tekan
Hal
tersebut
terjadinya disepanjang
Tinggi Permukaan ( cm)
8.0 6.0
1 L/menit 1,5 L/Menit 1,7 L/menit 2 L/Menit 2,2 L/menit
4.0 2.0
0.0 0 0.5 1
2
3
4
5
Jarak (m)
111
6
7
8
9 10
Gambar 1. Gambar Grafik Perubahan Piezometris untuk Flokulator Berbentuk Setengah Lingkaran
Tinggi Permukaan ( cm)
10.0 8.0
1 L/menit
6.0
1,5 L/Menit
4.0
1,7 L/menit
2.0
2 L/Menit 2,2 L/menit
0.0 0 0.5 1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Jarak (m)
Gambar 2. Gambar Grafik Perubahan Piezometris untuk Flokulator Berbentuk Persegi Panjang
Perbandingan kehilangan tekan aktual
Kozeny. Kehilangan tekan yang lebih
dengan kehilangan tekan teoritis dapat
kecil ini disebabkan oleh banyaknya
dilihat pada Gambar 3 dan Gambar 4.
fenomena
lintasan
Gambar grafik ini menggunakan data
flokulator
sehingga
kehilangan tekan teoritis dan kehilangan
flokulator akan lebih cepat.
tekan aktual dari flokulator berbentuk
Nilai rata-rata kehilangan tekan aktual
persegi panjang dan setengah lingkaran
pada
dengan debit 1 liter/menit (untuk grafik
panjang mempunyai nilai yang lebih
dan perhitungan selengkapnya dapat
besar daripada nilai kehilangan tekan
dilihat pada lampiran 2). Kehilangan
teoritis Carman β Kozeny. Hal tersebut
tekan aktual pada flokulator berbentuk
dikarenakan pada lintasan flokulator
setengah lingkaran mempunyai nilai
persegi
yang
nilai
pendek relatif lebih sedikit sehingga
kehilangan tekan teoritis Carman -
aliran pada flokulator akan lebih lambat.
lebih
kecil
daripada
112
flokulator
panjang
pendek aliran
berbentuk
fenomena
dalam pada
persegi
lintasan
Kehilanga Tekan (cm)
12.0 RΒ² = 0.998
10.0 8.0
h Aktual
6.0 RΒ² = 0.987
4.0
h Carman
2.0 0.0 0.5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jarak (m)
Kehilangan Tekan (cm)
Gambar 3. Gambar Grafik Perbandingan Kehilangan Tekan Teoritis dan Aktual untuk Flokulator Berbentuk Setengah Lingkaran dengan Debit 1 liter/menit 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0
RΒ² = 0.964 RΒ² = 0.998 h Aktual h Carman
0.5 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Jarak (m)
Gambar 4. Gambar Grafik Perbandingan Kehilangan Tekan Teoritis dan Aktual untuk Flokulator Berbentuk Persegi Panjang dengan Debit 1 liter/menit
organik air baku alami pada flokulator
Flokulasi Menggunakan Air Baku Alami Kekeruhan awal untuk air baku alami
setengah lingkaran dengan debit 1 liter /menit adalah 28,46 mg/liter KMnO4
yang diambil dari air Sungai Martapura yang
digunakan
pada
dan untuk flokulator persegi panjang
flokulator
dengan debit 2 liter/menit adalah 26,13
setengah lingkaran dengan debit 1 liter
mg/liter KMnO4.
/menit adalah 103,00 NTU dan untuk
Grafik penurunan kekeruhan pada tiap
flokulator persegi panjang dengan debit
jarak pengamatan ditunjukkan pada
2 liter/menit adalah 154 NTU. Kadar
Gambar 5. Nilai rata-rata persentase 113
penyisihan kekeruhan yang terjadi pada
persentase penyisihan kekeruhan yang
flokulator berbentuk persegi panjang
terjadi
dengan debit 2 liter/menit mencapai
lingkaran dengan debit 1 liter/menit
94,49%.
adalah 90,72%.
Adapun
nilai
rata-rata
pada
flokulator
Kekeruhan ( NTU )
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
setengah
Flokulator Persegi Panjang 2 liter/menit
Flokulator Setengah Lingkaran 1 liter/menit 0
0.5
1
2
3
5
10
Jarak ( m )
Gambar 5. Gambar Grafik Hubungan Penurunan Kekeruhan Terhadap Jarak
flokulator setengah lingkaran dengan
tekan pada kedua kondisi dapat dilihat
debit
pada Gambar 6. Kehilangan tekanan
dikarenakan debit yang digunakan pada
yang terjadi pada flokulator persegi
flokulator berbentuk persegi panjang
panjang dengan debit 2 liter/menit lebih
lebih
besar jika dibandingkan dengan nilai
digunakan pada flokulator setengah
kehilangan tekan yang terjadi pada
lingkaran.
Kahilangan Tekan (cm)
Grafik yang menunjukkan kehilangan
8 7 6 5 4 3 2 1 0
1
liter/menit.
besar
Hal
daripada
RΒ² = 0.986 RΒ² = 0.985
tersebut
debit
yang
Flokulator Setengah Lingkaran 1 liter/menit Flokulator Persegi Panjang 2 liter/menit
0.5
1
2
4
5 6 7 Jarak (m)
8
9
10
Gambar 6. Gambar Grafik Kehilangan Tekan Sepanjang Flokulator
114
Grafik penurunan kadar organik pada
yang terjadi pada flokulator setengah
tiap titik pengamatan dapat dilihat pada
lingkaran dengan debit 1 liter/menit
Gambar 7. Nilai persentase penurunan
adalah 57,90%. Penurunan kadar zat
kadar organik pada flokulator berbentuk
organik mempunyai profil grafik yang
persegi
2
sama dengan penurunan kekeruhan
liter/menit mencapai 65,23%. Nilai rata-
karena zat organik tersebut ikut terikat
rata persentase penurunan kadar organik
dengan flok yang terendap.
panjang
dengan
debit
Kadar Organik (mg/L KMnO4)
30.00 Flokulator Persegi Panjang 2 liter/menit
20.00 10.00
Flokulator Setengah Lingkaran 1 liter/menit
0.00 0
0.5
1
2 3 Jarak ( m )
5
10
Gambar 7. Gambar Grafik Hubungan Penurunan Zat Kadar Organik Terhadap Jarak
Grafik penurunan kadar TSS (Total
mencapai 38,10%. Adapun nilai rata-
Suspended
titik
rata persentase penurunan kadar TSS
pengamatan diperlihatkan pada Gambar
yang terjadi pada flokulator setengah
8. Nilai persentase penurunan kadar
lingkaran dengan debit 1 liter/menit
TSS pada flokulator berbentuk persegi
adalah 37,49%.
Solid)
pada
tiap
panjang dengan debit 2 liter/menit
TSS (mg/liter)
1100 Flokulator Persegi Panjang 2 liter/menit
950 800 650
Flokulator Setengah Lingkaran 1 liter/menit
500 350 0
0.5
1
2 3 Jarak ( m )
5
10
Gambar 8. Gambar Grafik Hubungan Kadar TSS Terhadap Jarak
115
cm untuk flokulator berbentuk persegi 4.
Kesimpulan dan Saran
4.1
Kesimpulan
1.
Saluran setengah lingkaran dan
panjang. Nilai bilangan Froude berkisar antara
panjang.
tersebut ditunjukkan dengan nilai rata-
berbentuk
setengah
0,033
dan
3.
sedangkan untuk penyisihan kekeruhan
dan
pada
TSS
dan
33,035
rata-rata
flokulator
untuk
terkecil
hingga
untuk
persentase
berbentuk
persegi
panjang.
Nilai
bilangan
Reynolds
berkisar
antara
517,692
hingga
708,225
untuk
berbentuk
penyisihan terjadi
kekeruhan
pada
flokulator
berbentuk setengah lingkaran untuk
flokulator
persegi
flokulator
Nilai
persentase
untuk flokulator berbentuk setengah
berbentuk
sedangkan
2 liter/menit. Adapun nilai rata-rata
antara 40,700 hingga 125,688/detik
166,752/detik
cm/detik,
sampai dengan 22.535,979 dengan debit
Nilai G pada penelitian ini
lingkaran,
setengah
panjang untuk nilai Gtd antara 944,716
mencapai 38,10%. 2.
flokulator
penyisihan kekeruhan terbesar terjadi
pada air baku alami mencapai 94,49%, 65,23%
kecepatan
sampai dengan 0,025 cm/detik.
persegi panjang untuk air baku buatan,
organik
untuk
nilai
flokulator persegi panjang antara 0,020
96,15% untuk flokulator berbentuk
kadar
untuk
lingkaran berkisar antara 0,026 hingga
flokulator
lingkaran,
Adapun
gerusan
rata persentase penyisihan kekeruhan untuk
0,064
hingga 0,048 untuk flokulator persegi
yang baik sebagai flokulator. Hal
95,80%
hingga
flokulator setengah lingkaran, dan 0,030
persegi panjang mempunyai kinerja
sebesar
0,053
nilai Gtd antara 941,849 sampai dengan 25.304,741 dengan debit 1 liter/menit. 4.2 Saran
setengah
Penelitian selanjutnya dapat meneliti
lingkaran, dan 245,392 hingga 442,282
variabel-variabel
untuk
berpengaruh terhadap proses flokulasi.
flokulator
berbentuk
persegi
lain
Penelitian
terjadi
menggunakan parameter maupun skala
flokulator
berbentuk
berbeda.
dapat
setengah lingkaran berkisar antara 0,20
penelitian
hingga 6,95 cm, dan 0,60 hingga 7,85
penunjang penelitian harus dipersiapkan
116
yang
juga
diduga
panjang. Angka kehilangan tekan yang pada
selanjutnya
yang
Fasilitas
dengan mempertimbangkan keakuratan
Engineering. University of Edinburgh. Edinburgh. Metcalf & Eddy, 2004. Wastewater Engineering : Treatment and Reuse. Fourth Edition, McGraw-Hill Book Co. Singapore. Notodarmojo S, Satyanegara, dan Donny R. 1998. Koagulasi-Flokulasi Dalam Media Berbutir Dalam Sistem Aliran Tertutup. Jurnal Teknik Lingkungan. Teknik Lingkungan ITB. Bandung. Reynolds and Richard, 1995. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering. Second Edition. Pws Publishing Company. International Thompson Publishing. Boston.
hasil penelitian itu sendiri. Daftar Pustaka Klara, S. 2008. Mekanika fluida. Buku Ajar Teknik. Universitas Hasanudin. Makasar. Armundito, E. 2001. Hidrodinamika Reaktor Media Berbutir Dalam Aplikasinya Sebagai Flokulator. Tesis Megister. Teknik Lingkungan. ITB. Bandung. McConnachie, G. L. and Liu, J. 1999. Design of Baffled Hydraulic Channels for Turbulenced-Induced Flocculation. Departement of Civil and Enviromental
117
