Intake Flokulasi

DESAIN 3

BANGUNAN PENANGKAP AIR

3.1 Intake

Lokasi Intake

Bangunan pengambilan air baku untuk penyediaan air bersih disebut dengan

bangunan penangkap air atau intake. Struktur bangunan penangkap ini bertujuan untuk

mengontrol pengambilan air baku pada lokasi terbaik. Struktur bangunan penangkap air

ini merupakan kesatuan dengan sistem perpiapaan, saringan, rumah pompa, alat ukur,

dan bagian yang integral dengan bangunan air. Kapasitas intake ini dibuat sesuai dengan

debit yang diperlukan untuk pengolahan. Menurut Al-Layla (1978), beberapa hal yang

harus dipertimbangkan dalam penentuan lokasi intake yaitu :

1. Intake harus berlokasi pada tempat dimana tidak akan terjadi aliran deras yang

memungkinkan intake rusak sehingga berakibat pada penyediaan air baku yang

tersendat.

2. Tanah di daerah intake harus stabil.

3. Area sekitar intake harus bebas dari halangan atau rintangan.

4. Untuk menghindari kemungkinan kontaminasi, intake harus berlokasi beberapa jauh

dari bak.

5. Intake harus berada di bagian upstream (hulu) suatu kota.

Pemilihan lokasi bangunan penangkap air didasarkan pada:

1. Kualitas Air

2. Kedalaman Air

3. Kecepatan Aliran

4. Kemudahan pencapaian

5. Kemudahan tenaga listrik

6. Saluran Pembawa

7. Dampak terhadap lingkungan

Tipe Bangunan Intake

1. Floating

2. Submerged

3. Tower

Perlengkapan

1. Saringan

2. Alat ukur

3. Pipa peluap (over flow)

4. Pipa penguras (drainage pipe)

5. Ventilasi

6. Manhole

7. Pagar pengaman

Keterangan :

1) IPAM

2) Sistem Transmisi

3) Bangunan Penangkap Air (Intake)

3.2 Kriteria Desain

a) Data Hidraulik

Design Flow = 1,35 m3/s

Elevasi minimum reservoir = -2 mdpl

Elevasi maksimum reservoir = 9 mdpl

Elevasi normal muka air = 5,5 mdpl

Elevasi dasar = -10 mdpl

b) Kriteria Desain

Vcoarse screen ≤ 0,8 m/s

Vfine screen = 0,4 – 0,8 m/s

2

1

3

c) Layout Struktur Bangunan Penangkap Air

3.3 Desain Struktur Intake

a) Menghitung ukuran pintu air (gate) intake.

� = 1,258 /�

Untuk desain, � = 1,47 /�

� = �� = 1,47 /�0.08 /� = 18,375 �

����� = �18,375 �1 ��,� = 4.287

Berdasarkan katalog ukuran standar yang tersedia di pasaran, maka dimensi pintu

air:

lebar dan tinggi = 4.5 m

���� �!�" �#� $�"% �&�'�!# #"!( �#� = �� = 1,47 /�4.5 ) 4.5 = 0,072 /�

b) Layout Pintu Intake

Pintu air tertinggi ( 2 m di bawah muka air normal) = 3,5 mdpl

Elevasi as pintu air tertinggi = 1,25 mdpl

Pintu air terendah ( 3,5 m di atas elevasi dasar air) = -6,5 mdpl

Elevasi as pintu air terendah = -4,25 mdpl

Jarak antara as pintu air tertinggi dan terendah = 5,5 meter

spacing = �,� *+ ,-./0 = 5,5 /� ���

No. Lokasi Elevasi Tengah (as), m

1 Timur 1,25

2 Barat -4,25

3 Utara 1,25

4 Selatan -4,25

Bangunan Penangkap Air

Sistem Transmisi = 448 m

Kolam Retensi

IPAM

3.4 Screening

Tujuan screening adalah untuk menahan benda-benda yang tidak diperlukan serta

perlindungan terhadap peralatan mekanis

Kriteria Desain :

• Kecepatan minumum 0,30 m/detik

• Kecepatan maksimum 0,75 m/detik

• Sudut Kemiringan : 30º -60º (manual), 80º (mekanis)

• Suspended Solid Removal (20 –25) %

• D.O –2 mg/l

• Grease removal

• Jarak bar : coarse screen : 5 –15 cm, fine screen : 25 –60 cm

3.5 Coarse Screen

a) Layout coarse screen

Coarse screen berlokasi di lubang bangunan penangkap air (intake port), jauh

dari pintu intake.

b) Memilih bar arrangement

Jumlah spasi = 12� /*2 /*/,-./0 = 60 � ����

c) Menghitung kecepatan yang melewati bar rack

Luas rack = 4.8 ) 4.8 = 23,04 �

Luas bars = 59 ���� ) 0.013 ) 4.8 = 3,6816 �

Area terbuka = �(�� ���5 − &(�� ���

= 23,04 � − 3,6816 � = 19,358 �

Kecepatan = 78 = +.� *9/,+:,�2 *; = 0.069 /�

3.6 Fine Screen

Lebar = 78 = +,1< *9/, <,� * = �,� */, = �,�> = 1,75

Berdasarkan catalog, lebar screen yang tersedia adalah 2m.

Kecepatan = +,1< *9/,<,� * = � * = �,�> = 0,175 /�

DESAIN 4

SISTEM TRANSMISI DAN POMPA

4.1 Sistem Transmisi

Sistem transmisi merupakan jaringan perpipaan yang menghubungkan sumber air

baku menuju instalasi pengolahan air bersih.

Beberapa pertimbangan dalam pemilihan sistem transimisi, antara lain:

a. Topografi wilayah

b. Available head

c. Bahan material

d. Faktor ekonomi

e. Kualitas air

4.2 Kondisi Eksisting

Keterangan :

1) IPAM

2) Sistem Transmisi

3) Bangunan Penangkap Air (Intake)

1

2

3

4.3 Desain

1) Tipe sistem transmisi yang digunakan adalah saluran tertutup bertekanan, dengan

pertimbangan karena kondisi kontur tidak memungkinkan adanya aliran secara

gravitasi.

2) Saluran transmisi didesain dengan kecepatan minimal tertentu untuk menghindari

adanya pengendapan solid pada saluran.

3) Jenis pipa yang digunakan adalah jenis cast iron dengan nilai C sebesar 140.

4) Saluran transmisi menggunakan 5 pompa operasi dan 1 pompa cadangan.

4.4 Perhitungan

Debit minimum = 60.394 m3/hari = 0,699 m

3/s

Debit rata – rata = 108.692 m3/hari = 1,258 m

3/s

Debit maksimum = 163.038 m3/hari = 1,887 m3

/s

Slope = 0,0625

a) Diameter Pipa

Persamaan yang digunakan untuk menentukan diameter pipa adalah persamaan

Hazen Williams.

Sumber : Mackenzie, Water & Wastewater Engineering

D = ? 7*.=@�,�<2A@BA@CAD,EFG�.2

= H 1,887 *9/I0J@0,278A@80A@0,0625A0,54K0.380

= 0,69 ≈ 30”

Apabila digunakan 2 buah pipa, maka diameter masing – masing pipa adalah

D = ? 7*.=@�,�<2A@BA@CAD,EFG�.2

= H 0,9435 *9/I0J@0,278A@80A@0,0625A0,54K0.380

= 0,53 ≈ 21”

b) Debit Masing – Masing Pompa

� = +,22< *9/I0J � = 0,3744 /L�!

c) System Head Curve

Maximum Static Head = 18 m – (-10 m)

= 28 m

Minimum Static Head = 18 m – (1,25 m)

= 19,25 m

Debit minimum = 0,139 m3/s

Debit rata – rata = 0,252 m3/s

Debit maksimum = 0,3744 m3/s

Hfd pada debit maksimum :

ℎNI = 10,7 O�PQ+,2� O �R1,2<Q

ℎNI = 10,7 �0,3744 /L�!100 �+,2� O 448 0,531,2<Q

ℎNI = 3,42

Hfd pada debit rata – rata :

ℎNI = 10,7 O�PQ+,2� O �R1,2<Q

ℎNI = 10,7 �0,252 /L�!100 �+,2� O 448 0,531,2<Q

ℎNI = 1,64

Hfd pada debit minimum :

ℎNI = 10,7 O�PQ+,2� O �R1,2<Q

ℎNI = 10,7 �0,139 /L�!100 �+,2� O 448 0,531,2<Q

ℎNI = 0,55

Maximum drawdown :

28 m + 3,42 m = 31,42 m

28 m + 1,64 m = 29,64 m

28 m + 0,55 m = 28,55 m

Minimum drawdown :

19,5 m + 3,42 m = 22,92 m

19,5 m + 1,64 m = 21,14 m

19,5 m + 0,55 m = 20,05 m

Daya Pompa

S = T�UJV-

S = W9.807 5XY O0.3744 � Q @28 A0,78

P =131 kW

0

5

10

15

20

25

30

35

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600

To

tal

Dy

na

mic

He

ad

(m

)

Flowrate (m3/detik)

System Total Head Curves

Minimum Total Head Maximum Total head

DESAIN 6

KOAGULASI

6.1 Definisi

Koagulasi adalah penambahan bahan kimia (coagulant) untuk mendestabilisasikan

partikel-pertikel koloid atau membantu proses pengendapan bagi bahan organik maupun non-

organik yang terkandung dalam air yang sulit untuk diendapkan atau tidak dapat diendapkan.

6.1.1 Koagulan

Koagulan adalah zat kimia yang mempunyai kemampuan untuk menetralisir

muatan partikel koloid dan mempunyai kemampuan untuk mengikat partikel-

partikel koloid. Jenis koagulan yang sering dipakai dalam pengolahan air bersih

dan air limbah adalah:

a. Alumunium Sulfat (Tawas)

Alumunium sulfat [Al2(SO4)3.14H2O] adalah salah satu koagulan yang umum

digunakan karena harganya murah dan mudah didapat. Kadar alkali yang cukup

harus ada dalam air agar dapat bereaksi dengan aluminium sulfat untuk

menghasilkan flok hidroksida. Biasanya untuk yang melibatkan pH, kadar

alkali/alkalinitas berada dalam bentuk ion bikarbonat. Reaksi kimia untuk

menghasilkan flok, yaitu:

Al2(SO4)3.14H2O + 3 Ca(HCO3)2 → 2 Al(OH)3 ↓ + 3 CaSO4+ 6 CO2 + 14 H2O

Pada air tertentu, kadar alkalinya tidak cukup untuk bereaksi dengan Al.

Biasanya kadar alkali dalam bentuk ion hidroksida, ditambahkan dengan

penambahan kalsium hidroksida Ca(OH)2. Reaksi koagulasi dengan kalsium

hidroksida, yaitu:

Al2(SO4)3.14H2O + 3 Ca(OH)2 → 2 Al(OH)3 ↓ + 3 CaSO4 + 14 H2O

Alkalinitas bisa juga ditambahkan dalam bentuk ion karbonat dengan

penambahan natrium karbonat. Nilai pH optimum untuk alum sekitar 4,5-8,0.

Pada rentang pH tersebut hidroksida relatif dapat larut. Tawas sering dipakai

dalam proses koagulasi karena dapat memberikan hasil yang terbaik. Aluminium

sulfat tersedia dalam bentuk kering atau cair, tapi bentuk kering lebih umum

digunakan.

b. Ferrous Sulfate (FeSO4)

Ferrous sulfate membutuhkan kadar alkali dalam bentuk ion hidroksida

sehingga menghasilkan reaksi yang cepat. Akibatnya kapur hidrasi (slaked lime

atau hydrated lime, Ca(OH)2) ditambahkan untuk menaikkan pH ke level di mana

ion ferro terendapkan sebagai ferri hidroksida. Reaksi ini merupakan reaksi

oksidasi-reduksi yang membuthkan oksigen terlarut di dalam air. Dalam reaksi

koagulasi, oksigen direduksi dan ion ferro terionisasi menjadi bentuk Fe3+

di mana

akan menjadi endapan dalam bentuk ferri hidroksida. Reaksi kimianya dapat

ditulis sebagai berikut:

2FeSO4.7H2O + 2Ca(OH)2 + ½ O2 → 2Fe(OH)3 ↓ + 2CaSO4 + 13H2O

Agar reaksi ini terjadi, maka pH harus dinaikkan menjadi sekitar 9.5 dan

terkadang dibutuhkan stablisasi untuk kapur berlebih yang digunakan. Ferri

hidroksida merupakan padatan dan flok yang cepat mengendap. Tembaga

terklorinasi merupakan metode lain untuk menggunakan ferro sulfat. Dalam

proses ini, ferro sulfat bereaksi dengan klorin dan ion ferro dioksidasi menjadi ion

ferri sebagai berikut:

3FeSO4.7H2O + 1,5Cl2 → Fe2(SO4)3 + FeCl3 + 21H2O

Reaksi ini terjadi pada pH rendah sekitar 4,0. Ferri sulfat dan ferri klorida

merupakan koagulan yang sangat efektif.

Kasus-kasus yang sering terjadi adalah penggunaan tawas, kapur dan PAC

sebagai koagulan mempunyai beberapa kelemahan, yaitu penggunaan tawas dan

PAC mengakibatkan air menjadi asam karena pembentukan sulfat dalam air

mencapai 550 mg/L yang dapat mengganggu kesehatan manusia apabila

dikonsumsi. Asam juga dapat mengakibatkan korosi benda-benda dari logam,

pembentukan asam mengakibatkan kebutuhan penetral, yaitu NaOH, menjadi

lebih banyak sehingga tidak ekonomis dan untuk penetralan air dengan

penambahan kapur dapat membuat air menjadi sadah karena adanya ion kalsium

c. Ferric Sulfate

Reaksi sederhana ferric sulfate dengan alkalinitas bikarbonat alam membentuk

ferric hydroxide dengan reaksi:

Fe2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3↓ + 3CaSO4 + 6CO2

Ferri hidroksida merupakan padatan dan flok yang cepat mengendap. Jika

kadar alkali alami tidak mencukupi untuk reaksi maka slaked lime atau hydrated

lime dapat digunakan. Kisaran pH optimum untuk ferri sulfat sekitar 4 – 12 karena

ferri hidroksida relatif tidak dapat larut dalam air dalam range ini. Pada grafik

berikut ini ditunjukkan kisaran dosis ferric hydroxide yang sering digunakan

dalam pengolahan air yang dapat menghasilkan larutan ferric hydroxide yang

sangat jenuh.

d. Ferric Chloride

Reaksi ferric chloride dengan alkalinitas bikarbonat alami yang menghasilkan

ferri hidroksida, yaitu:

2FeCl3 + 3Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 ↓+ 3CaSO4 + 6CO2

Apabila alkalinitas alami tidak cukup untuk reaksi, Ca(OH)2 ditambahkan

untuk membentuk hidroksida. Reaksinya adalah:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 → 2Fe(OH)3 + 3CaCl2

Kisaran pH optimum untuk ferri klorida sekitar 4 – 12. Flok yang terbentuk

merupakan padatan yang mudah mengendap.

e. PAC (Poly Aluminium Chlorida)

Senyawa Al yang lain yang penting untuk koagulasi adalah Polyaluminium

chloride (PAC), Aln(OH)mCl3n-m. Ada beberapa cara yang sudah dipatenkan untuk

membuat polyaluminium chloride yang dapat dihasilkan dari hidrolisa parsial dari

aluminium klorida, seperti ditunjukkan reaksi berikut :

n AlCl3 + m OH− . m Na+ → Al n (OH) m Cl 3n-m + m Na+ + m Cl−

Senyawa ini dibuat dengan berbagai cara menghasilkan larutan PAC yang agak

stabil. PAC adalah suatu persenyawaan anorganik komplek, ion hidroksil serta

ion alumunium bertarap klorinasi yang berlainan sebagai pembentuk polynuclear

mempunyai rumus umum Alm(OH)nCl(3m-n).

Poly Aluminium Chlorida (PAC) merupakan koagulan yang berfungsi untuk

mendapatkan air yang lebih jernih dan mempercepat proses pengendapan.

Penurunan pH biasa terjadi karena disosiasi PAC yang menghasilkan ion chlorida.

PAC dengan Bestflok mampu menurunkan kandungan TSS sebesar 34,11% dan

kekeruhan sebesar 24,95% dari limbah cair hasil dewatering bagasse setelah

dilakukan proses pengendapan alami selama 4,5 jam. Penurunan kekeruhan dan

warna akan menurun pada setiap penambahan PAC, sampai mencapai nilai

efisiensi penurunan optimum, dan selanjutnya terjadi kenaikan kekeruhan dan

warna sampai konsentrasi tertentu dimana PAC sudah tidak bekerja. Secara

umum, beberapa keunggulan yang dimiliki PAC dibanding koagulan lainnya

adalah :

1. PAC dapat bekerja di tingkat pH yang lebih luas, dengan demikian tidak

diperlukan pengoreksian terhadap pH, terkecuali bagi air tertentu.

2. Kandungan belerang dengan dosis cukup akan mengoksidasi senyawa

karboksilat rantai siklik membentuk alifatik dan gugusan rantai hidrokarbon

yang lebih pendek dan sederhana sehingga mudah untuk diikat membentuk

flok.

3. Kadar khlorida yang optimal dalam fasa cair yang bermuatan negatif akan

cepat bereaksi dan merusak ikatan zat organik terutama ikatan karbon nitrogen

yang umumnya dalam truktur ekuatik membentuk suatau makromolekul

terutama gugusan protein, amina, amida dan penyusun minyak dan lipida.

4. PAC tidak menjadi keruh bila pemakaiannya berlebihan, sedangkan koagulan

yang lain (seperti alumunium sulfat, besi klorida dan fero sulfat) bila dosis

berlebihan bagi air yang mempunyai kekeruhan yang rendah akan bertambah

keruh. Jika digambarkan dengan suatu grafik untuk PAC adalah membentuk

garis linier artinya jika dosis berlebih maka akan didapatkan hasil kekeruhan

yang relatif sama dengan dosis optimum sehingga penghematan bahan kimia

dapat dilakukan. Sedangkan untuk koagulan selain PAC memberikan grafik

parabola terbuka artinya jika kelebihan atau kekurangan dosis akan menaikkan

kekeruhan hasil akhir, hal ini perlu ketepatan dosis.

5. PAC mengandung suatu polimer khusus dengan struktur polielektrolite yang

dapat mengurangi atau tidak perlu sama sekali dalam pemakaian bahan

pembantu, ini berarti disamping penyederhanaan juga penghematan untuk

penjernihan air.

6. Kandungan basa yang cukup akan menambah gugus hidroksil dalam air

sehingga penurunan pH tidak terlalu ekstrim sehingga penghematan dalam

penggunaan bahan untuk netralisasi dapat dilakukan.

7. PAC lebih cepat membentuk flok daripada koagulan biasa ini diakibatkan dari

gugus aktif aluminat yang bekerja efektif dalam mengikat koloid yang ikatan

ini diperkuat dengan rantai polimer dari gugus polielektrolite sehingga

gumpalan floknya menjadi lebih padat, penambahan gugus hidroksil kedalam

rantai koloid yang hidrofobik akan menambah berat molekul, dengan demikian

walaupun ukuran kolam pengendapan lebih kecil atau terjadi over-load bagi

instalasi yang ada, kapasitas produksi relatif tidak terpengaruh.

Tabel 3 Penerapan dosis koagulan

6.1.2 Koagulan Pembantu (coagulant aid)

Koagulan pembantu (coagulant aid) bertujuan untuk mempercepat

pembentukan flok yang padat dan cepat diendapkan. Fungsi dari coagulant aid

hanya untuk menciptakan kondisi air input yang masuk pada proses koagulasi

sesuai dengan kondisi kerja optimum koagulan yang dipakai. Pemilihan jenis

zat koagulan pembantu harus dapat menghasilkan flok yang baik/stabil dan

tidak berbahaya ditinjau dari segi kesehatan. Sebagai bahan koagulan

pembantu yang sering dipakai adalah silica aktif dengan dosis 1-5 ppm sebagai

SiO2 dan sodium alginate antara 0,2-2 ppm (Alaerts, 1984, 57). Bahan ini

dikenal dengan coagulant aid. Usaha mempercepat proses koagulasi bisa

dilakukan antara lain :

1. Penambahan Alkalinitas

Bila alkalinitas yang terkandung didalam air tidak mencukupi, maka biasanya

bisa ditambahkan alkalinitas dalam bentuk Ca(OH)2 dan Na2CO3

2. Penambahan Polielektrolit

Polielektrolit yang ditambahkan bisa alami (pati, polisakarida) dan juga bisa

sintetis. Dosis yang ditambahkan biasanya sekitar 0,3 mg/L.

3. Penambahan kekeruhan (turbidity)

Biasanya ditambahkan sedikit lumpur hasil koagulasi dan flokulasi. Kadang-

kadang juga ditambahkan tanah liat (clay).

4. Pengaturan pH

Proses pengendapan sangat dipengaruhi pH, maka pengaturan pH dilakukan

agar endapan yang terbentuk memiliki kelarutan minimum. Untuk menaikkan

pH biasanya digunakan kapur dan untuk menurunkan pH biasanya digunakan

6.1.3 Jar Test

Jar test adalah tes yang biasa dilakukan di laboratorium untuk menentukan

kondisi optimum pada sistem pengolahan air bersih atau air limbah. Standar

nasional untuk metode pengujian koagulasi flokulasi dengan cara jar test

ditetapkan dalam SNI 19-6449-2000 termasuk prosedur umum untuk pengolahan

dalam rangka mengurangi bahan-bahan terlarut, koloid dan yang tidak mengendap

dalam air dengan menggunakan bahan kimia dalam proses koagulasi flokulasi,

yang dilanjutkan dengan pengendapan secara gravitasi.

Prinsip dari jar test adalah proses koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Pada

pengolahan air bersih atau air limbah dengan proses kimia selalu dibutuhkan

bahan kimia tertentu pula untuk menurunkan kadar polutan yang ada di dalam air

atau air limbah. Penambahan bahan kimia tidak dapat dilakukan sembarang, harus

dengan dosis yang tepat dan bahan kimia yang cocok serta harus memperhatikan

pHnya. Sehingga jar test bertujuan untuk mengotimalkan pengurangan polutan

dengan mengevaluasi koagulan dan flokulan, menentukan dosis bahan kimia, dan

mencari pH yang optimal. Jar test pada umumnya digunakan untuk

mengurangi/menghilangkan koloid tersuspensi dan zat organik penyebab

kekeruhan, bau, rasa, dan warna.

6.1.4 Pengadukan Cepat dan Flokulasi

Pengadukan cepat adalah pengadukan yang dilakukan dengan gradien

kecepatan besar (300 sampai 1000 detik-1), sementara pengadukan lambat adalah

pengadukan yang dilakukan dengan gradien kecepatan kecil (20 sampai 100 detik-

1). Waktu pengadukan juga berbeda. Pada pengadukan cepat, waktu yang

diperlukan tidak lebih dari 1 menit, sementara pengadukan lambat membutuhkan

waktu 15 hingga 60 menit.

Jenis pengadukan dalam pengolahan air dapat dikelompokkan berdasarkan

kecepatan pengadukan dan metoda pengadukan. Berdasarkan kecepatannya,

pengadukan dibedakan menjadi pengadukan cepat dan pengadukan lambat.

Kecepatan pengadukan dinyatakan dengan gradient kecepatan, yang merupakan

fungsi dari tenaga yang disuplai (P):

Z = [\μ = [ Sμ. ^

dimana:

W = tenaga yang di suplai per satuan volume air (Nm/s.m3)

P = suplai tenaga ke air (Nm/s)

V = volume air yang diaduk (m3)

µ = viskositas absolute air (N.s/m2)

Besarnya gradient kecepatan akan mempengaruhi waktu pengadukan yang

diperlukan. Makin besar nilai G, maka waktunya makin pendek. Untuk

menyatakan kedua parameter ini digunakan bilangan Camp, yaitu hasil perkalian

gradient kecepatan dengan waktu pengadukan.

Berdasarkan metodanya, pengadukan dibedakan menjadi pengadukan

mekanis, hidrolis, dan pneumatis. Rumus yang digunakan untuk menghitung nilai

P sangat bergantung pada metoda pengadukan yang digunakan.

a. Pengadukan mekanis adalah metoda pengadukan menggunakan alat pengaduk

berupa impeller yang digerakkan dengan motor bertenaga listrik. Umumnya

pengadukan mekanis terdiri dari motor, poros pengaduk, dan gayung pengaduk

(impeller). Pengadukan lambat secara mekanis umumnya memerlukan tiga

kompartemen dengan ketentuan G di kompartemen I lebih besar daripada G di

kompartemen II dan G di kompartemen III adalah yang paling kecil.

Gambar 1. Pengadukan cepat dengan alat pengaduk

Gambar 2. Pengadukan lambat dengan alat pengaduk

b. Pengadukan hidrolis adalah pengadukan yang memanfaatkan gerakan air sebagai

tenaga pengadukan. Sistem pengadukan ini menggunakan energi hidrolik yang

dihasilkan dari suatu aliran hidrolik. Energi hidrolik dapat berupa energi gesek,

energi potensial (jatuhan) atau adanya lompatan hidrolik dalam suatu aliran.

Beberapa contoh pengadukan hidrolis adalah terjunan, loncatan hidrolis, parshall

68 flume, baffle basin (baffle channel, Gambar 5.6), perforated wall, gravel bed

dan sebagainya.

Gambar 3. Pengadukan cepat dengan terjunan

c. Pengadukan pneumatis adalah pengadukan yang menggunakan udara (gas)

berbentuk gelembung yang dimasukkan ke dalam air sehingga menimbulkan

gerakan pengadukan pada air. Injeksi udara bertekanan ke dalam suatu badan air

akan menimbulkan turbulensi, akibat lepasnya gelembung udara ke permukaan

air. Makin besar tekanan udara, kecepatan gelembung udara yang dihasilkan

makin besar dan diperoleh turbulensi yang makin besar pula.

Gambar 4. Pengadukan cepat pneumatis

6.2 Kriteria Desain

1. Flow Rate

a) Flow rate maksimum = 0,98 m3/s = 84672 m

3/hari

b) Flow rate rata-rata = 0,699 m3/s = 60393,6 m

3/hari

2. Kualitas air baku

a) Kekeruhan = 2000 NTU

b) Konsentrasi besi dan mangan = Besi 0,8 mg/l Mangan 0,7 mg/l

c) pH = 8,5

d) alkalinitas total = -

e) kesadahan total = 700 mg/l CaCO3

3. Kimia

a) Koagulan

b) Koagulan Pembantu (coagulant aid)

c) Filter Pembantu (filter aid)

d) Pengatur pH (pH adjustment)

4. Bak Pengadukan Cepat (Rapid-Mix Basin) – Parameter Desain

a) Jumlah unit

b) Jumlah stage

c) Waktu detensi (detention time) = 40 s

d) Gradien Kecepatan (velocity gradient) = 790 s-1

5. Bak Flokulasi (Flocculation Basin) – Parameter Desain

a) Jumlah unit

b) Jumlah stage

c) Waktu detensi (detention time)

d) Gradien Kecepatan (velocity gradient)

6.3 Perhitungan Desain

Perhitungan Dosis Koagulan

Tabel Jenis Koagulan dalam Praktik Pengolahan Air

Sumber : Qasim, dkk

Koagulan yang digunakan : PAC

Bekerja pada rentang antara : 6-9

Kemurnian : > 98%

^ = � × `, × @100 Pa A × 10b

sumber: http://www.kelair.bppt.go.id/Publikasi/BukuAirMinum/BAB8GAMBUT.pdf

Desain

Q : 0,98 m3/s = 84672 m

3/jam

Rs : 50 ppm (mg/l)

C : 99%

Rc�#� 5c�%(&�" = � × `, × @100 99a A × 10b

Rc�#� 5c�%(&�" = 0,98 �a × 50)10b%10b × @100 99a A = 48,51 % �a

6.4 Desain Bak Pengadukan Cepat

1. Dimensi Unit

a) Menghitung debit rencana untuk setiap tahapan proses.

Debit maksimum = 0,98 m3/s

Setiap tahapan menerima ¼ debit maksimum

Debit maksimum untuk setiap proses = �,:21 = 0,245 /�

b) Menghitung volume bak.

Detention time (t) = 40 sekon

Volume = � ) ! = 0,98 *9, ) 40 � = 39,2

Bak berbentuk persegi panjang dengan rasio perbandingan kedalaman : lebar = 1,25

Volume = panjang x lebar x kedalaman

39,2 = & ) & ) 1,25 & & = 3,15

Jadi dimensi bak:

Panjang = 3,15 m

Lebar = 3,15 m

Kedalaman = 3,94 m

Volume = panjang x lebar x kedalaman

Volume = 3,15 ) 3,15 ) 3,94 = 39,09

2. Struktur influent

3. Struktur effluent

4. Desain

a) Pengadukan Cepat

- Gradien Kecepatan = 790 s-1

- Flow Rate = 0,98 m3/s

- Temperatur = 240C

i. Mixer Power

S = Z�^t

Berdasarkan table Density and Viscosity of Water (Unit Operations and Process,

Reynold)

t @24�PA = 0,9161 ) 10b X − �� S = Z�^t = O790� Q� )39,09)0,9161 ) 10bX��

= 22349,24 X� = 22,35 5\

ii. Power dengan efisiensi

Su = S90% = 22,350.9 = 24,835\

iii. Menghitung ukuran impeller dan kecepatan putar.

Jenis impeller : Propeller Impeller, pitch of 1, 3 blades

KT : 0,32

Np : 0,3

iv. Menghitung Kecepatan propeller impeller (n)

Diameter maksimum propeller impeller @DxA= 18 in = 45,75 cm

Diameter Impeller : 45,72 cm = 0,4572 m

y = 1000 5% a

" = � SyX-L��+

" = �22349,24 5X/� × 1000X/5X × 5%/��X10005%/� × 0,3 × @0,4572A� �+

" = O22349,2405,993 Q+

" = 15,5 � � = 930 �

Kecepatan propeller impeller biasanya 400-1750 rpm (Unit Operations and

Process, Reynold). Berarti desain kecepatan propeller impeller memenuhi rentang

kecepatan.

Cek bilangan Reynold @XzA untuk aliran turbulen

Xz = Dx�"yt

Xz = @0,4575A� × 15,5 � � × 1000 5% a0,9161 ) 10bX � �a × X��5% = 3533631,154

> 10000

6.5 Perhitungan Head Loss

a. Menghitung head loss struktur influent

i. Menghitung head forebay-discharge weir

� = 23 PI�′}@2%UA

Desain:

Q = 0,98 m3/s

Cd = 0,6

n = 0

L = 3,15 m

L’ = L - 0,1 nH = 3,15 – (0,1x0x3,94) = 3,15 m

Mencari free fall

U = � � × 3 × 2PI × �′ × }2 × %�� a

U = O 0,98 × 3 × 20,6 × 3,15 × ~2 × 9,81Q� a = 0,79

Free fall yang tersedia = 0,95 m (0,79 < 0,95, masih memenuhi)

ii. Menghitung head loss melalui isolation gate

Dimensi isolation gate: 90cm x 90cm

Q = 0,98 m3/s, terdapat 2 gate, masing-masing 0,49m

3/s

� = �� = 0,49 /�@0,9A� = 0,605/�

ℎ� = ��2% × 0,7 = @0,605 �a A�

2@9,81 �A × 0,7a = 0,044

iii. Menghitung head loss influent channel

Lebar influent channel = 2 m

Kedalaman air = 5 m

Maksimum flow tiap channel = 0,49 m3/s

Distribusi pada masing-masing basin= 0,245 m3/s

Kecepatan aliran tiap channel

� = �� = 0,245 �a2 × 5 = 0,0245 �a

iv. Head loss melalui influent pipe dari rapid mix basin

Diameter influence basin = 60 cm

5��� �!�" # � #"�&(�"! = 4 × @0,245 �Aa� × @0,6A� = 0,52/�

Head loss minor disebabkan oleh:

1. Masukan (K=0,5)

2. Elbow 900 (K=0,3)

3. Kehilangan keluar (K=1,0)

Jadi head loss (hm)

ℎ* = @0,5 + 0,3 + 0,1A × @0,52 �a A�2 × 9,81 ��a = 0,0124

v. Menghitung total head loss

Free fall pada forebay weir = 0,95 m

Head loss melalui isolation gate = 0,044 m

Head loss melalui pipa influent = 0,0124 m

Total head loss = 1,0064 m

DESAIN 7

FLOKULASI

7.1 Flokulasi

Proses flokulasi dalam pengolahan air bertujuan untuk mempercepat proses

penggabungan flok-flok yang telah diikat pada proses koagulasi. Partikel-partikel yang

telah distabilkan selanjutnya saling bertumbukan serta melakukan proses tarik-menarik

dan membentuk flok yang ukurannya makin lama makin besar serta mudah mengendap.

Gradien kecepatan merupakan faktor penting dalam desain bak flokulasi. Jika nilai

gradien terlalu besar maka gaya geser yang timbul akan mencegah pembentukan flok,

sebaliknya jika nilai gradien terlalu rendah/tidak memadai maka proses penggabungan

antar partikulat tidak akan terjadi dan flok besar serta mudah mengendap akan sulit

dihasilkan. Untuk itu nilai gradien kecepatan proses flokulasi dianjurkan berkisar antara

90/detik hingga 30/detik. Untuk mendapatkan flok yang besar dan mudah mengendap

maka bak flokulasi dibagi atas tiga kompartemen, dimana pada kompertemen pertama

terjadi proses pendewasaan flok, pada kompartemen kedua terjadi proses penggabungan

flok, dan pada kompartemen ketiga terjadi pemadatan flok. Pengadukan lambat (agitasi)

pada proses flokulasi dapat dilakukan dengan metoda yang sama dengan pengadukan

cepat pada proses koagulasi, perbedaannya terletak pada nilai gradien kecepatan di mana

pada proses flokulasi nilai gradien jauh lebih kecil dibanding gradien kecepatan

koagulasi.

Dengan dosis koagulan/flokulan pembantu (+ 0,1 – 1 mg/l) kestabilan flok bisa

dipertahankan terhadap abrasi yang menjadi lebih besar dengan adanya flokulan

pembantu. Penambahan koagulan/flokulan pembantu yaitu jenis polimer, flok yang

terbentuk akan lebih besar pada nilai G (gradien kecepatan) yang sama. Harus ada selisih

waktu antara pembubuhan koagulan/flokulan pembantu dengan pembubuhan koagulan

(misalnya Al3+

atau Fe3+

). Pembubuhan koagulan/flokulan pembantu paling sedikit 30 dtk

setelah pembubuhan koagulan.

Jika polimer dibubuhkan terlalu awal, kebutuhannya bisa jauh lebih besar

dibandingkan dengan adanya selisih waktu diantara kedua pembubuhan tersebut di atas.

Jika dicampur dengan efisien, pemakaian koagulan/flokulan pembantu akan lebih baik.

Jika ada flok yang besar yang terbentuk dengan koagulan/flokulan pembantu polimer,

setelah flok ini hancur maka tidak bisa dibentuk kembali (jadi bila digunakan

koagulan/flokulan pembantu polimer tidak boleh ada arus yang dapat menghancurkan

flok sebelum terjadi sedimentasi atau proses separasi yang diinginkan).

Efisiensi dari proses flokulasi pada prakteknya seringkali dapat dilihat dari kualitas air

setelah dilakukan pemisahan flok secara mekanik. Dengan demikian, cara pemisahan zat

padat atau flok sangat penting dan sangat dipengaruhi oleh bentuk flok yang ada,

misalnya untuk melakukan flotasi diperlukan bentuk flok yang lain berbeda dengan flok

untuk sedimentasi. Jika dipakai sedimentasi diperlukan flok dengan berat jenis dan

diameter yang besar. Pada proses flotasi dibutuhkan flok yang lebih kecil dan mempunya

berat jenis yang lebih ringan tetapi mempunyai sifat untuk bergabung dengan gelembung

udara. Untuk filtrasi dibutuhkan flok yang kompak yang cukup homogen dengan struktur

yang kuat terhadap abrasi dan dengan sifat mudah melekat diatas partikel media

penyaring (filter) untuk menjamin pemisahan yang efisien dan operasional penyaringan

yang ekonomis.

Terdapat 2 (dua) perbedaan pada proses flokulasi yaitu :

1. Flokulasi Perikinetik adalah aglomerasi partikel-partikel sampai ukuran µm dengan

mengandalkan gerakan Brownian. Biasanya koagulan ditambahkan untuk meningkatkan

flokulasi perikinetik.

2. Flokulasi Ortokinetik adalah aglomerasi partikel-partikel sampai ukuran di atas 1µm

dimana gerakan Brownian diabaikan pada kecepatan tumbukan antar partikel, tetapi

memerlukan pengaduk buatan (artificial mixing)

Pada flokulasi terjadi proses penggabungan beberapa partikel menjadi flok yang

berukuran besar. Partikel yang berukuran besar akan mudah diendapkan.

Tujuan dilakukan flokulasi pada air limbah selain lanjutan dari proses koagulasi

adalah:

• Meningkatkan penyisihan Suspended Solid (SS) dan BOD dari pengolahan fisik.

• Memperlancar proses conditioning air limbah, khususnya limbah industri.

• Meningkatkan kinerja secondary-clarifier dan proses lumpur aktif.

• Sebagai pretreatment untuk proses pembentukan secondary effluent dalam filtrasi.

Tabel Penerapan dosis flokulan

Dari alat proses flokulasi, tipe Flokulator dapat dibagi menjadi beberapa jenis

seperti pada tabel di bawah ini :

Pada air limbah industri, biasanya nilai detention time dan nilai G di flokulasi

tergantung pada karakteristik air limbahnya.

Tabel Tipikal detention time dan gradien kecepatan pada jenis flokulator

Tabel. Proses koagulasi flokulasi terhadap partikel koloid

Untuk pengadukan cepat, volume bergantung pada debit dan detention time.

Flokulator yang digunakan pada koagulasi dan water softening, biasanya memakai

paddle-wheel type employing horizontal shaft dan cross-low pattern. Waktu

flokulasi biasanya 20-60 menit. Nilai G dari 35-70 sec-1

dan nilai GT dari 48,000-

210,000.

a. Untuk koagulasi air sungai, waktu flokulasi minimum 20 menit. Nilai G 10-50

sec-1

.

b. Untuk koagulasi reservoir air, waktu flokulasi minimum 30 menit. Nilai G 10-

75 sec-1

.

c. Untuk lime soda softening, waktu flokulasi minimum 30 menit. Nilai G 10-50

sec-1

Jika digunakan garam besi, G tidak harus 50 sec-1

selama bentuk garam tebal

dan besar. Jika digunakan polimer kation, nilai harus 50% lebih besar. Jumlah

kompertemen bak flokulasi biasanya ada 3. Hampir semua proses koagulasi dan

lime soda softening menggunakan taprered flocculation dan nilai G diberikan

setelah melewati flokulator. Kompartemen kedua memiliki 40% nilai G

kompartemen pertama.

Jika nilai G 10-50 sec-1

, maka nilai G kompartemen pertama adalah 50 sec-1

,

nilai G kompartemen kedua adalah (50x0.4)=20 sec-1

, dan nilai G kompartemen

ketiga adalah 10 sec-1

. Nilai G rata-rata = (50+20+10) 1/3 = 26.7 sec-1

jika ukuran

kompartemen sama. Jika kompartemen berbeda ukuran, maka nilai G rata-rata =

(50V1 + 20V2 + 10V3)/(V1 + V2 + V3).

7.2 Dimensi Unit

a) Menghitung volume yang dibutuhkan : (untuk 3 stage)

Volume = Q x t

= 0,245 ) @45 ) 60A

= 661,5 m3

Volume tiap stage = >>+,� *9 = 220,5

b) Menghitung dimensi bak

Asumsi lebar bak sedimentasi = 15,5 m

Misal panjang 1 stage = d, maka panjang 3 stage = 3d

Vol tiap stage flokulator = 15,5 m x d x d

220,5 m3

= 15,5 m x d x d

d = W���,�*9+�,� Y�,�

d = 3,77

Dimensi masing – masing stage adalah

l = 4 m

w = 15,5 m

d = 3,77 m

volume = 233,74 m3

Dimensi bak flokulasi yaitu

l = 12 m

w = 15,5 m

d = 3,77 m

volume = 701,22 m3

Desain Parshall Flume dan kelengkapannya

a) Desain Parshall Flume

� = 4 \ U.+.����D.D;�

Maximum flow Q = 0,254 m3/s

Throat width W = 1 m

Hb/Ha ratio < 70%

b) Desain paddle

- Menghitung power flokulator

Gradien pada stage pertama adalah G = 60/s.

Volume = 223,74 m3

µ = 0,9161 x 10-3

N-s/m2 (pada suhu 24

o)

berdasarkan persamaan : G =}S/^μ

P = (60/s)2 x 223,74 m

3 x 1,518 x 10

-3 N-s/m

2

= 1277 N-m/s

= 1,28 kW

Su = SV�0.�, ) V�0.����,

Su = 1,28 5\0,9 ) 0,7

Su = 2,03 5\

Dengan cara yang sama, power pada flokulator kedua (G = 30/s) dan

ketiga (G = 15/s) adalah sebagai berikut.

P = (30/s)2 x 223,74 m

3 x 1,518 x 10

-3 N-s/m

2

= 319 N-m/s

= 0,32 kW

Su = SV�0.�, ) V�0.����,

Su = 0,32 5\0,9 ) 0,7

Su = 0,51 5\

P = (15/s)2 x 223,74 m

3 x 1,518 x 10

-3 N-s/m

2

= 80 N-m/s

= 0,08 W

Su = SV�0.�, ) V�0.����,

Su = 0,08 5\0,9 ) 0,7

Su = 0,13 5\

- Menghitung ukuran paddle, jumlah paddle, dan layout paddle

Panjang paddle = 3,7 m

Diameter = 85% dari d(ketinggian) bak flokulasi = 3,2 m

Tiap stage pada bak flokulasi memiliki 5 segmen dan dari tiap-tiap

segmen memiliki 12 blade,

Tiap blade memiliki lebar = 20 cm, panjang = 3,7 m

- Menghitung kecepatan flokulator

S = PIy2 @�+�+ + ���� + ��A

1277 = 1,47 ) 1000 ) 14,8 ) 0,75 ) 3,14 ) ".�,2 @2,7 + 2 + 1,3A

nabs = 0,0016 rev/s = 0,096 rpm