SEDIMENTASI
11
Program Studi
Teknik Lingkungan
Nama Mata Kuliah
Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum
Jumlah SKS
3
Pengajar
1. Prof. Dr. Ir. Mary Selintung, MSc. 2. Dr. Eng. Ir. Hj. Rita Tahir Lopa, MT 3. Ir. Achmad Zubair, MSc. 4. Dr. Eng. Bambang Bakri, ST., MT. 5. Roslinda Ibrahim, SP., MT
Sasaran Belajar
Setelah lulus mata kuliah ini mahasiswa mampu membuat perencanaan dan perancangan bangunan pengolahan air minum
Mata Kuliah Prasyarat
Penyediaan Air Minum
Deskripsi Mata Kuliah
Mata Kuliah bangunan pengolahan air Minum merupakan mata kuliah yang diwajibkan bagi mahasiswa semester VI yang telah mengikuti materi perkuliahan penyediaan air minum. Materi perkuliahan mencakup pembahasan mengenai pengertian dan metode perencanaan bangunan pengolahan air minum; penentuan kebutuhan air dan debit air baku, analisis kualitas air baku, perencanaan bangunan unit pengolahan: intake, prasedimentasi, koagulasi dan flokulasi, sedimentasi, filtrasi, disinfeksi, pengolahan lumpur, reservoir dan pengolahan lumpur.
I PENDAHULUAN
1.1 CAKUPAN ATAU RUANG LINGKUP MATERI PEMBELAJARAN Materi pembahasan pada pertemuan ke-11 (sebelas) ini meliputi: Tinjauan umum Bentuk-bentuk bak sedimentasi Bagian-bagian bak sedimentasi Pelaksanaan/operasi Pemeliharaan Kriteria desain 1.2 SASARAN PEMBELAJARAN, Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa mampu memahami dan menjelaskan bentuk bak, bagian-bagian bak, pelaksanaan, pemeliharaan dan kriteria desain bangunan/bak sedimentasi. 1.3 PRILAKU AWAL MAHASISWA Sebaiknya mahasiswa telah mengetahui dan memahami materi pembahasan pada perkuliahan sebelumnya, agar dapat mengikuti pembahasan materi pada pertemuan ini dengan baik. 1.4 MANFAAT Manfaat yang didapatkan setelah mengikuti pertemuan ini adalah meningkatkan pengetahuan dan wawasan mahasiswa mengenai hal-hal yang terkait dengan sedimentasi termasuk didalamnya mengenai bentuk bak, bagianbagian bak, pelaksanaan, pemeliharaan dan kriteria desain bangunan. 1.5 URUTAN PEMBAHASAN Materi pembahasan dimulai dengan tinjauan umum. Kemudian secara berurut dilanjutkan dengan pembahasan materi mengenai bentuk bak, bagianbagian bak, pelaksanaan, pemeliharaan dan kriteria desain bangunan/bak sedimentasi. 1.6 PETUNJUK BELAJAR Mahasiswa diharapkan membaca isu terkait pada media massa yang menambah wawasan secara umum. Membaca bahan yang akan dikuliahkan pada minggu berikut agar dapat lebih siap dan dapat didiskusikan pada pertemuan berikut.
II PENYAJIAN
2.1 UMUM Sedimentasi dimaksudkan untuk menyisihkan partikel/suspended solid dalam air dengan cara mengendapkannya secara gravitasi. Jenis partikel yang diendapkan adalah partikel flokulen, yaitu partikel yang dihasilkan dari proses koagulasi-flokulasi. Ciri partikel flokulen adalah partikel yang selalu mengalami perubahan ukuran dan bentuk selama proses pengendapan berlangsung. Mekanisme sedimentasi adalah sebagai berikut: 1. Pengendapan partikel flokulen berlangsung secara gravitasi. 2. Flok yang dihasilkan pada proses koagulasi-flokulasi mempunyai ukuran yang makin besar, sehingga kecepatan pengendapannya makin besar. 3. Untuk menghindari pecahnya flok selama proses pengendapan, maka aliran air dalam bak harus laminer. Untuk tujuan ini, digunakan indikator bilangan Reynold (NRe) dan bilangan Froud (N). 4. Aliran air yang masuk pada inlet diatur sedemikian rupa sehingga tidak Fr mengganggu pengendapan. Biasanya dipasang diffuser wall / perforated baffle untuk meratakan aliran ke bak pengendap dengan kecepatan yang rendah. Diusahakan agar inlet bak langsung menerima air dari outlet bak flokulator. 5. Air yang keluar melalui outlet diatur sedemikian, sehingga tidak mengganggu flok yang telah mengendap. Biasanya dibuat pelimpah (weir) dengan tinggi air di atas weir yang cukup tipis (1,5 cm). 2.2 BENTUK-BENTUK BAK SEDIMENTASI 1. Segi empat (rectangular) Pada bak ini, air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet, sementara partikel mengendap ke bawah (Gambar 11.1),
Gambar 11.1 Bak sedimentasi bentuk segi empat: denah (a), potongan memanjang (b)
2. Lingkaran (circular) - center feed. Pada bak ini, air masuk melalui pipa menuju inlet bak di bagian tengah bak, kemudian air mengalir horisontal dari inlet menuju outlet di sekeliling bak, sementara partikel mengendap ke bawah (Gambar 8.2). Secara tipikal bak persegi mempunyai rasio panjang : lebar antara 2 : 1 – 3 : 1.
Gambar 11.2 Bak sedimentasi bentuk lingkaran - center feed: denah (a), potongan melintang (b)
3. Lingkaran (circular) - periferal feed. Pada bak ini, air masuk melalui sekeliling lingkaran dan secara horisontal mengalir menuju ke outlet di bagian tengah lingkaran, sementara partikel mengendap ke bawah (Gambar 8.3). Hasil penelitian menunjukkan bahwa tipe periferal feed menghasilkan short circuit yang lebih kecil dibandingkan tipe center feed, walaupun center feed lebih sering digunakan. Secara umum pola aliran pada bak lingkaran kurang mendekati pola ideal dibanding bak pengendap persegi panjang. Meskipun
demikian, bak lingkaran lebih sering digunakan karena penggunaan peralatan pengumpul lumpurnya lebih sederhana.
Gambar 11.3 Bak sedimentasi bentuk lingkaran – periferal feed: denah (a), potongan melintang (b)
2.3 BAGIAN-BAGIAN BAK SEDIMENTASI 1. Zona Inlet atau struktrur influent: tempat air masuk ke dalam bak. Zona inlet mendistribusikan aliran air secara merata pada bak sedimentasi dan menyebarkan kecepatan aliran yang baru masuk. Jika dua fungsi ini dicapai, karakteristik aliran hidrolik dari bak akan lebih mendekati kondisi bak ideal dan menghasilkan efisiensi yang lebih baik. Zona influen didesain secara berbeda untuk kolam rectangular dan circular. Khusus dalam pengolahan air, bak sedimentasi rectangular dibangun menjadi satu dengan bak flokulasi. Sebuah baffle atau dinding memisahkan dua kolam dan sekaligus sebagai inlet bak sedimentasi. Disain dinding pemisah sangat penting, karena kemampuan bak sedimentasi tergantung pada kualitas flok. 2. Zona pengendapan: tempat flok/partikel mengalami proses pengendapan. Dalam zona ini, air mengalir pelan secara horisontal ke arah outlet, dalam zona ini terjadi proses pengendapan. Lintasan partikel tergantung pada besarnya kecepatan pengendapan. 3. Zona lumpur: tempat lumpur mengumpul sebelum diambil ke luar bak. Kadang dilengkapi dengan sludge collector/scrapper. Dalam zona ini lumpur terakumulasi. Sekali lumpur masuk area ini ia akan tetap disana.
4. Zona Outlet atau struktur efluen: tempat di mana air akan meninggalkan bak, biasanya berbentuk pelimpah (weir). Seperti zona inlet, zona outlet mempunyai pengaruh besar dalam mempengaruhi pola aliran dan karakteristik
pengendapan
flok
pada
bak
sedimentasi.
Biasanya
weir/pelimpah dan bak penampung limpahan digunakan untuk mengontrol outlet pada bak sedimentasi. Selain itu, pelimpah tipe V-notch atau orifice terendam biasanya juga dipakai. Diantara keduanya, orifice terendam yang lebih baik karena memiliki kecenderungan pecahnya sisa flok lebih kecil selama pengaliran dari bak sedimentasi menuju filtrasi.
Gambar 11.4 Bagian-bagian bak sedimentasi
Selain bagian-bagian utama di atas, sering bak sedimentasi dilengkapi dengan settler. Settler dipasang pada zona pengendapan (Gambar 9.5) dengan tujuan untuk meningkatkan efisiensi pengendapan.
Gambar 11.5 settler pada bak sedimentasi
2.4 PELAKSANAAN/OPERASI Sedimentasi adalah proses dimana terjadi pemisahan fase padat-cair. Flok akan tumbuh menjadi lebih besar pada proses flokulasi dan akan terendapkan pada proses sedimentasi. Oleh karena itu, hal yang paling penting pada sedimentasi adalah floc-carry-over (flok melayang). Flok melayang bukanlah masalah kritis karena masih ada proses filtrasi, tetapi setidaknya hal ini adalah indikator kurang berfungsinya sistem sedimentasi.
Gambar 11.6 Flok melayang: dari atas (kiri), dari dalam air (kanan)
Flok melayang dapat terjadi karena kondisi berikut: 1. Laju ALT yang tinggi Alum bereaksi dengan alkali untuk menjadi koagulan. Koagulan yang terbentuk disebut aluminium hidroksida yang berat jenisnya sangat kecil sehingga tidak bisa mengendap dengan sendirinya. Aluminium hidroksida berguna sebagai koagulan tetapi karena ringan dan lemah sehingga pengaturan dosis merupakan hal yang peka. Jika dosis aluminium hidroksida berlebih, flok menjadi ringan dan naik ke atas. Fenomena ini bisa diatur dengan mengatur indikator ALT yang berarti tingkat “Aluminium-Turbiditas”.
Alu m
Too much
Coagul ant
dosage
Alka li
Adequate dosage
Tingkat
ALT
bisa
dihitung
sebagai
“dosis
aluminium
(ppm)/turbiditas(ppm)”. Untuk turbiditas, ppm bisa diambil dari NTU. Larutan alum mengandung Al2(SO4)318H2O (Mr = 474) dan massa atom (Ar) Al = 27. Contoh: dosis Alum = 30 ppm turbiditas air baku 50 NTU Al2 / Al2(SO4)318H2O = 27x2 / 474 = 0.11 (Alum mengandung 11% Aluminum) Jadi, 30 x 0.11 / 50 = 0.07 (tingkat ALT) Dari hasil tersebut bisa dikatakan bahwa kisaran Tingkat ALT adalah 0,05-0,2. Jika kekeruhan naik, tingkat ALT turun. Ini menjadi alasan mengapa air dengan kekeruhan tinggi lebih gampang diolah. ALT yang tinggi dapat menyebabkan flok melayang, menyumbat filter, meningkatkan volume lumpur, meningkatkan beban kerja, meningkatkan biaya, dan sebagainya. Dengan demikian, tingkat ALT yang tinggi menyebabkan APAPUN MENJADI TIDAK BAIK. Menurunkan tingkat ALT harus selalu difikirkan dan terus menerus diatur.
Gambar 11.7 Flok ringan yang naik ke permukaan seimentasi (ALT tinggi)
2. Laju alir tinggi Flok akan naik ke atas jika laju alir yang tinggi. Memperlambat pengolahan air dapat mengatasi hal ini, tetapi dapat menurunkan produksi air. Oleh karena itu, berdasarkan manajemen filter (efisiensi backwash), laju alir harus tetap. Secara khusus, laju alir minimum ditetapkan berdasarkan oleh kebutuhan air. Selanjutnya, backwash dilakukan sesering mungkin sehingga kualitas air dapat dipertahankan. Dalam rangka memanfaatkan waktu antara tiap backwash, pengukuran kekeruhan air filter dianjurkan.
Gambar 11.8 laju alur rendah (kiri), laju alir tinggi (kanan)
Gambar 11.9 Kondisi air tanpa flok melayang pada laju alir yang ideal
3. Distribusi aliran yang tidak merata Ruang yang tidak merata antara plat, jarak antar plat dan dinding luar serta penyumbatan oleh lumpur dapat menyebabkan aliran tidak merata.
Gambar 11.10 kemiringan plat yang mesti diperbaiki
Plat
harus
ditempatkan
secara
merata tanpa jarak dengan dinding.
Gambar 10.11 Kemiringan plat yang normal
Palung yang salah juga dapat menyebabkan aliran tidak merata (keduanya pada kolam yang sama)
4. Cahaya matahari Telah matahari
dibuktikan
bahwa
sinar
flok
dan
memanaskan
meyebabkannya
tersirkulasi.
Hal
ini
dilakukan dengan mengamati perbedaan antara air dengan (air 1) atau tanpa (air 2) sinar
matahari.
Namun, masalah di
tempat pertama (air 1) adalah bahwa ada flok dimana sinar matahari dapat mencapai flok tersebut. Oleh karena itu, sumber masalahnya adalah tingkat ALT flok yang tinggi sehingga dapat naik ke atas plat. Jadi, menurunkan tingkat ALT merupakan hal yang penting 5. Mikro flok Mikro flok yang dihasilkan oleh mikro-flokulasi atau oleh flok yang rusak dapat menyebabkan flok melayang. 6. Hamburan flok Proses tiba-tiba atau arus cepat di dasar bak sedimentasi
dapat
menyebabkan
Bak sedimentasi
flok
Hamburan flok
terhambur. Masalah ini dapat terjadi pada saat
Pembuangan cepat
membuang lumpur sedimen. 2.5 PEMELIHARAAN 1. Pembuangan lumpur Buka atau tutup keran pipa lumpur dengan perlahan
sehingga
menggumpal. sebelum
pipa
lumpur
Selesaikan lumpur
tidak
pembersihan menjadi
jernih
sehingga sejumlah lumpur tetap berada di dalam karena lumpur tua dapat menangkap lumpur baru dari flokulasi.
2. Pembersihan Cuci kolam untuk menghilangkan lumpur di
dalamnya.
Jika
sulit
untuk
mengosongkan kolam, gunakan metode sedotan untuk menghilangkan flok yang ada di atas plat untuk mengurangi flok melayang.
2.6 KRITERIA DESAIN
2.7 CONTOH DESAIN BAK Q = 100 l/det V flok = Vo = 0.08 cm/det Ditentukan performance n 1/3 dan removal 80 % Dari “Performance Curve” untuk n =1/3 dan y/yo = 80 % Didapatkan t/td = Vo/(Q/A)
= 2,15
Vo/(Q/A)
= 2,15
0,08/(Q/A) = 2,15
Q/A= Vs =0.08/2.15 cm/det = 0.037 cm/det (kecepatan pengendapan nyata) = 0,037 cm/det x L/103 cm3 x 104 cm2/m2 = 0.37 l/det/m2 Direncanakan dibuat 2 bak jadi Q/bak = 50 L/det As = (50L/det) /( 0.37 L/det/M2 ) = 135 M2 Vh =10 Vs =10 x 0.037 cm/det = 0.37 cm/det Across = Q/Vh = (50 L/det/0.37 cm/det) = 13.50
M2
Dimensi Bak : Diambil Kedalaman Bak H = 2.50 m Lebar =L = Across/H = 13.50 /2.50 = 5.40 Panjang = As/L = 135 : 5.40 = 25.00 m = Zona pengendapan Zona Inlet (0.5-1) H = 0.5 x 2.50 = 1.25 m Zona outlet = H = 2.50 m Panjang Bak Total 25 +1.25+ 2.50 = 28.75 m
13
III PENUTUP
3.1 RANGKUMAN Sedimentasi dimaksudkan untuk menyisihkan partikel/suspended solid dalam air dengan cara mengendapkannya secara gravitasi. Jenis partikel yang diendapkan adalah partikel flokulen. Pemeliharaan bak sedimentasi dilakukan dengan cara pembuangan lumpur dan pembersihan kolam/bak untuk menghilangkan lumpur didalamnya. Jika sulit untuk mengosongkan kolam, gunakan metode sedotan untuk menghilangkan flok yang ada di atas plat untuk mengurangi flok melayang. 3.2 SOAL TES FORMATIF Untuk mengetahui tingkat penguasaan pengetahuan yang diperoleh mahasiswa, maka dosen sebagai fasilitator memberikan tes formatif berupa pertanyaan sebagai berikut: 1. Jelaskan mekanisme sedimentasi ! 2. Jelaskan perbedaan bak sedimentasi bentuk circular center feed dengan periferal feed! 3.3 UMPAN BALIK Diskusi dan memberikan pertanyaan untuk memonitor penerimaan mahasiswa akan bahan kuliah yang disajikan. 3.4 DAFTAR PUSTAKA Qasim, Syed R, Edward M. Motley, dan Guang Zhu, Water Works Engineering: Planning, Design dan Operation, Prentice Hall PTR, Upper Saddle River, NJ 07458, 2000. Reynolds, Tom D. dan Richards, Paul A., Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, 2nd edition, PWS Publishing Company, Boston, 1996. Standar Nasional Indonesia (SNI) 6774: 2008 tentang Tata cara perencanaan unit paket instalasi pengolahan air, Badan Standarisasi Nasional
14
