3.4. Hasil running Model HP2S Hasil running model HP2S menunjukkan pola yang terjadi untuk kecepatan aliran (u), Bilangan Reynold (NRe), Bilangan Froude (NFr), konsentrasi kekeruhan (c) dan kecepatan pengendapan (w) seperti dijelaskan dalam Gambar 6.
OUTLE TET
INLET
PERMUKAAN
SETTLING ZONE
DASAR BAK
Gambar 6. Pola pengendapan flok dalam bak sedimentasi Gambar 6 merupakan gambar pola pengendapan flok dalam bak sedimentasi yang menjelaskan bahwa dalam zona pengendapan (settling zone) mulai dari inlet menuju outlet terjadi penurunan pola kecepatan aliran (u), Bilangan Reynold (NRe), Bilangan Froude (NFr) dan konsentrasi kekeruhan (c). Selain itu penurunan juga terjadi seiring dengan kedalaman bak dalam settling zone. Sedangkan untuk pola kecepatan pengendapan flok (w) terjadi peningkatan mulai dari inlet menuju outlet dan seiring dengan kedalaman bak. Partikel flok dalam fluida menerima gaya dari fluida yang bergerak (gaya dorong). Jika kondisi aliran laminer yang ditunjukkan dengan NRe < 2000, maka gaya dorong akan semakin kecil, akibatnya tegangan geser dan energi kinetik akan semakin menurun sehingga kecepatan aliran (u) semakin kecil. Dilain pihak, partikel akan mengalami tumbukan akibat turbulensi sebelum memasuki inlet bak sedimentasi dan tumbukan terus berlanjut dalam settling zone (Guo, et,al.,2009). Akibat tumbukan maka partikel akan membentuk massa yang lebih besar dan berat dimana massa memiliki gaya grafitasi dan gaya apung. Karena massa partikel lebih dominan daripada fluida, maka partikel akan mengendap yang ditunjukkan dengan
6
penurunan konsentrasi kekeruhan (c). Partikel yang mengendap memiliki kecepatan pengendapan (w) yang semakin besar jika massa lebih besar. Hasil running untuk panjang bak bak = 81,6 cm, 136 cm dan 190,4 cm.Hasil running menunjukkan pola aliran, pola kecepatan pengendapan dan pola pengendapan flok yang sama dengan hasil running panjang bak 37,2 cm. Kecepatan aliran horisontal (u) menunjukkan bahwa semakin panjang bak sedimentasi, maka kecepatan aliran semakin menurun pada saat menuju
outlet dan juga menurun
seiring dengan kedalaman bak. Terjadi perbedaan kecepatan aliran yang signifikan jika ditinjau dari titik kedalaman bak. Pada titik kedalaman yang sama, kecepatan aliran semakin menurun jika bak sedimentasi semakin panjang. Hal ini karena saat memasuki zona inlet, energi kinetik terdisipasi pada luasan bak. Energi kinetik dapat menunjukkan kecepatan aliran massa fluida. Sehingga semakin luas penampang bak, maka laju penyebaran energi kinetik terbesar ada pada permukaan penampang bak (Van der Walt, 2008). Oleh karena itu pada debit influen yang sama, luas penampang bak diperbesar dengan menambah panjang bak dan kedalaman tetap maka laju penyebaran energi kinetik akan menurun seiring dengan kedalaman bak.
BAB 4. KESIMPULAN DAN SARAN 1. Tingkat penerapan Model HP2S terhadap pola pengendapan flok dalam proses sedimentasi : a. Model HP2S dapat diterapkan dengan parameter pola kecepatan aliran, pola kecepatan pengendapan dan pola konsentrasi kekeruhan, Bilangan Reynold (NRe) dan Bilangan Froude (NFr) secara parsial. b. Kecepatan aliran 0,98 – 0,52 cm/det memenuhi NRe < 2000 dan NFr > 10-5 b. Pola pengendapan flok dipengaruhi oleh debit aliran, kecepatan aliran, geometri bak (ukuran panjang dan bentuk bak), dengan mengasumsi lebar dan kedalaman bak tetap, densitas fluida konstan dan mengabaikan karakteristik flok. 2. Pola pengendapan flok jika dianalisa dengan menggunakan Model HP2S, yaitu : akibat kecepatan aliran laminer yang semakin menurun saat menuju outlet dan pengaruh massa lebih dominan daripada fluida, maka dalam kondisi aliran
7
laminer partikel yang bertumbukan cenderung untuk mengendap sehingga terjadi peningkatan kecepatan pengendapan saat menuju outlet dan diperoleh penurunan konsentrasi kekeruhan saat menuju outlet.
5.2. Saran 1. Penelitian yang sama dapat dilakukan dengan model fisik jenis pengendap sirkular untuk mengidentifikasi pola aliran dan membandingkan terhadap pengendap rectangular. 2. Penelitian yang sama dapat dilakukan terhadap partikel diskrit atau tanpa adanya tumbukan. 3. Penelitian perlu dilakukan dengan memvariasi pengaruh hidrodinamika yang lain, misalnya letak inlet, penggunaan sekat, pola aliran masuk, suhu, dll. 4. Pengembangan model HP2S dengan memodelkan karakteristik flok dengan meninjau pengaruh jenis koagulan dan dosis kogulan
DAFTAR PUSTAKA Anonim,
(2008),
Bahan
Kimia
Penjernih
Air
(Koagulan),
http://smk3ae.wordpress.com, diakses pada 26 Januari 2010 Anonim, (2010a), Modelling of Rectangular Sedimentation Tanks 998/1/04, http://www.fwr.org/wrcsa, diakses pada 26 Januari 2010 Anonim,
(2010b),
A
New
Concept
for
Circular
Sedimentation
Basins,
http://www.uni leipzig.de, diakses pada 26 Januari 2010 Anonim, (2010c), Design of Sedimentation Units, http://www.data.bolton.ac.uk/ , diakses pada 4 Pebruari 2010 Adachi, Y., Tanaka, Y., (1997), Settling Velocity of an Aluminium-Kaolinite Floc, Water Research Vol.31, No.3, p.449 – 454. Ahmadi, G., Tamayol, A., B., Firoozabadi, B., (2007), Effect of Inlet Position and Baffle Configuration on the Hydraulic Performance of Primary Settling Tanks, Journal of Hydraulic Engineering, ASCE, 133 (6), p.649-667 Armono, Haryo.D., (2008), Teori Model Analisa dan Dimensi, Bahan Kuliah Teknik Kelautan ITS Surabaya
8
Athanasia, M.G., Margaritis, K., Thodiris, D.K., Anastasios, I.Z., (2008a), A CFD Methodology for the Design of Sedimentation Tanks in Potable Water Treatment, Case Study: The Influence of a Feed Flow Control Baffle, Chemical Engineering Journal Vol.140, p.110-121 Athanasia, M.G., Margaritis, K., Thodiris, D.K., Anastasios, I.Z., (2008b), The Effect of Influent Temperature variations in a Sedimentation Tank for Potable Water Treatment - A Computational Fluid Dynamics Study, Water Research Vol.42, p.3405 - 3414 Boyle, J.F., Ice Manas, Feke, Donald, L., (2005), Hydrodynamic Analysis of the Mechanisms of Agglomerate Dispersion, Powder Technology Vol. 153, Issue 2, p.127 – 133. Cahyono, M., (2000), Hidrolika Lanjut Pemodelan Hidraulik Aliran dan Angkutan Polutan di Saluran dan Sungai, Departemen Teknik Sipil,ITB Bandung. Coufort, C., Bouyer, D., Line, A., (2005), Flocculation Related to Local Hydrodynamics in a Taylor-Coutte Reactor and in a Jar, Chemical Engineering Science 60, p. 2179 - 2192 Deininger, A., Holthausen, E., Wilderer, P.A., (1998), Velocity and Solids Distribution in Circular Secondary Clarifiers : Full Scale measurements and Numerical Modelling, Water Research Vol. 32, No.10. p. 2951 – 2958. Eaton, Andrew D., Clesceri, Lenore S., and Greenberg, Arnold E. (1998). Standard Methods for The Examination of Water and Wastewater. 20th edition. 2021B Visual Comparison Methods, APHA, AWWA and WPCF, Washington DC. Fan, Long, Xu, N., Ke, Xi, Y., Shi, H., (2007), Numerical Simulation of Secondary Sedimentation Tank for Urban Wastewater, Science Direct, Journal of the Chinese Institute of Chemical Engineers 38, p. 425 – 433. Garsadi, R., (2008), Gradien Velocity Pada Sistem Micro Hydraulic Flocculation Dikaji Melalui Model Pilot Water Treatment Plant dan Model Computer Fluid Dynamic (CFD) Menggunakan Air Baku Canal TU Delft, PhD Disertasi, ITB Guo, L., Zhang, D., Xu, D., Chen, Y., (2009), An Experimental Study of Low Concentration Sludge Settling Velocity Under Turbulent Condition, Water Research 43, p.2383 – 2390.
9
Hadi, Wahyono, (2000), Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum, Teknik Lingkungan, ITS Surabaya Hadisoebroto. R., Notodarmojo, S., (2004), Pengaruh Debit Influen Terhadap Karakteristik Hidrodinamika Kolam Fakultatif Bojongsoang : Tanpa Pengaruh Angin, Makara, Teknologi, Vol.8, No.3, Hal : 83-89. Hendricks, David, (2008), Water Treatment Unit Operations and Processes, John Willey and Sons Inc. Indriasari, A., Rakhmania, A., (2006), Analisa Unit Pengolahan Air Minum PDAM Ngagel II Surabaya, Laporan Kerja Praktek, Jurusan Teknik Lingkungan ITS Surabaya Jauhari, A., Dwi, E.A., (2006), Kajian Sistem Operasional dan Pemeliharaan di IPAM Karang Pilang II PDAM Surabaya, Laporan Kerja Praktek, Jurusan Teknik Lingkungan ITS Surabaya Kantoush, S.A., Bollaert, E., Schleiss, A.J., (2008), Experimental and Numerical Modelling of Sedimentation in a Rectangular Shallow Basin, International Journal of Sediment Research Vol.23, p.212 – 232. Karnaningroem, Nieke, (2006), Model Matematika Hidrodinamika Penyebaran Polutan di Sungai, Disertasi Program Pasca Sarjana ITS, Surabaya Kawamura, S.,(2000), Integrated Design and Operation of Water Treatment Facilities, Second Edition, John Wiley and Sons Inc. Larock, B.E., Chun, W.K.C., Schamber, D.R., (1983), Computation of Sedimentation Basin Behaviour, Water Research, Vol.17, No.8, p.861 - 867 Lyn,D.A., Stamou, A.I., Rodi, W., (1992), Density Currents and Shear-Induced Flocculation in Sedimentation Tanks, Journal of Hydraulics Engineering, ASCE 118 (6), p. 849 – 867 Lopez, P.R., Lavın, A.G., Mahamud, M.M., de las Heras, J.L.B., (2007), Flow Models for Rectangular Sedimentation Tanks, Chemical Engineering and Processing Vol. 47, p. 1705–1716 Makrup, L., (2001), Dasar-Dasar Analisa Aliran di Sungai dan Muara, UII Press, Yogyakarta.
10
Maharani, A., (2006), Aplikasi Metode Leap Frog pada Model Aliran Air di Sungai pada Kondisi Tidak Tunak Dalam Dua Dimensi, Tugas Akhir, Jurusan Matematika – FMIPA ITS Surabaya Masduqi, Ali, (2005), Satuan Operasi, Jurusan Teknik Lingkungan ITS Surabaya. Matko, T.N., Fawcett, N., Sharp, A., Stephenson, T., (1997), Recent Progress in the Numerical Modelling of Wastewater Sedimentation Tanks, Process Safety and Environmental Protection 74(B4), p. 245 – 258 Nan. J., He, W., Song, X., Li, G., (2009), Impact of Dynamic Distribution of Floc Particles on Flocculation Effect, Journal of Environmental Sciences 21, p.1059 – 1065 Novak, P., Cabelka, J., (1981), Model in Hydraulic Engineering, Physical Principles and Design Application, Pitman Publishing Inc, London. Patry, G.G., Takacs, I., (1992), Settling Flocculent Suspensions in Secondary Clarifiers, Water Research Vol.26, No. 4, p. 473 - 479 Praswasti PDK Wulan, Misri Gozan, Hardi Putra, (2009), Peningkatan Efisiensi Penggunaan Koagulan pada Unit Pengolahan Air Limbah Batubara, Laporan Penelitian, Program Studi Teknik Kimia UI Razmi, A., Firoozabadi,B., Ahmadi, G., (2009), Experimental and Numerical Approach to Enlargement of Performance of Primary Settling Tanks, Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol.2, No.1, pp.1 - 12. ReynoldS, Tom D., Richards, Paul A.,(1996), Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company, Boston. Rodi, Neil, T., (2003), Turbulence Model and Their Application in Hydraulic, John Willey and Sons Inc. Sammarraee, M.A., Chan, A., Salim, S.M., Mahabaleswar, U.S., (2009), Large-Eddy Simulations of Particle Sedimentation in a Longitudinal Sedimentation Basin of a Water Treatment Plant. Part I: Particle Settling Performance, Chemical Engineering Journal, 152, p. 307–314 Sammarraee, M.A., Chan, A., (2009), Large-Eddy Simulations of Particle Sedimentation in a Longitudinal SedimentationBasin of a Water Treatment Plant. Part 2: The Effects of Baffles, Chemical Engineering Journal, 152, p. 315–321
11
Satterfield, Zane, (2008), Jar Test, Home Page of National Environmental Service Center,
http://www.nesc.
wvu.edu/ndwc/articles/ot/SP05/TB_jartest.pdf,
diakses pada 4 Pebruari 2010 Schnoor J.L., (1996), Environmental Modelling, Fate and Transport of pollutants in water, Air and Soil, John Willey and Sons Inc. Stamou, A.I., (1991), On the Prediction of Flow and Mixing in Settling Tanks Using a Curvature-Modified k-ε Model, Applied Mathemathics Modelling, Vol. 15, p.351 - 358 Stamou,A. I., Latsa, M., Assimacopoulos, D., (2000), Design of Two-Storey Final Settling Tanks Using Mathematical Models, Journal of Hydroinformatics Vol.02, No.4, p.235 - 245 Tamayol, A., Firoozabadi, B., (2006), Effects of Turbulent Model and Baffle Position on the Hydrodynamics of Settling Tanks, Scientia Iranica, Vol.13, No.3, p.255-260. Tamayol, A., Firoozabadi, B., Ahmadi, G., (2008), Determination of Settling Tanks Performance Using an Eulerian-Lagrangian Method, Journal of Applied Fluid Mechanics, Vol.1, No.1, p.43-54 Triatmodjo, Bambang, (2003), Hidraulika II, Beta Offset, Yogyakarta. Trisiana, Diansari, (2006), Evaluasi Sistem Pengolahan Air Bersih pada IPA PT. Taman Tirta Sidoarjo, Laporan Kerja Praktek, Jurusan Teknik Lingkungan ITS Surabaya Van der Walt, J.J., (2008), The Modelling of Water Treatment Process Tanks, Dissertation, University of Johannesburg Wouda, T.W.M., Rietema, K., Ottengraf, S.P.P., (1977), Continuous Sedimentation Theory - Effects of Density Gradieents and Velocity Profiles on Sedimentation Efficiency, Chemical Engineering Science, Vol. 32, p. 351 – 358. Yang,Y.L., Li., X., Liu, M.Z., Zhang H., Zhang, L.L., Chen, X., (2007), Evaluation on Particle Removal Effect With Combination of Particle Counting and Turbidity, Journal of Beijing University of Technology, 33 p. 1199- 1202
12
