t₁ : Waktu detensi (dtk)
2.3.3.2. Kriteria Desain Unit Koagulasi
Kriteria desain unit koagulasi sebagai berikut (Qasim, Motley, & Zhu, 2000) :
Gradien kecepatan, G = 100 – 1000 (detik-l). Waktu detensi, td = 10 detik – 5 menit. G x td = (30000 – 60000)
Tabel 2. 2 Kriteria Perencanaan Unit Koagulasi (Pengaduk Cepat)
Unit Kriteria Pengaduk Cepat Tipe Hidrolis : 1. Terjunan 2. Saluran bersekat
3. Dalam pipa prainstalasi pengolahan air bersekat Mekanis :
1. Bilah (blade), pedal (padle) Kinstalasi pengolahan air 2. Flotasi Waktu Pengadukan 1-5 Nilai G/detik > 750 Sumber : SNI 6674: 2008 2.3.4. Flokulasi
22 Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk flok yaitu kekeruhan pada air baku, tipe dari suspended solids, pH, alkalinitas, bahan koagulan yang dipakai, dan lamanya pengadukan (Sutrisno, 20 02). Beberapa tipe flokulator adalah channel floculator (buffle channel horizontal, buffle channel vertikal, buffle channel vertikal dengan diputar, melalui plat berlubang, dalam Cone, dan dengan pulsator), pengadukan secara mekanik, pengadukan melalui media, pengadukan secara pneuma tic (dengan udara).
Flokulasi adalah proses pengadukan lambat setelah proses pencampuran cepat. Tujuan pengadukan lambat ini adalah untuk mempercepat penggabungan partikel yang disebabkan oleh proses aglomerasi dari partikel koloid non stabil bermuatan sehingga menjadi bentuk yang dapat diendapkan dan tersisa dalam partikel dalam bentuk yang dapat disaring. Flokulasi dicapai dengan mengaplikasikan pengadukan yang tepat untuk memperbesar flok-flok hasil koagulasi. Pengadukan pada bak flokulasi harus diatur sehingga kecepatan pengadukan semakin ke hilir semakin lambat, serta pada umumnya waktu detensi pada bak ini adalah 20 sampai dengan 40 menit. Hal tersebut dilakukan karena flok yang telah mencapai ukuran tertentu tidak dapat menahan gaya tarik dari aliran air dan menyebabkan flok pecah kembali, oleh sebab itu kecepatan pengadukan dan waktu detensi dibatasi.
Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan dalam desain unit flokulasi antara lain:
Kualitas air baku dan karakteristik flokulasi. Kualitas tujuan dari proses pengolahan. Headloss tersedia dan variasi debit instalasi. Kondisi lokal.
23 Terdapat beberapa kategori sistem pengadukan untuk melakukan proses flokulasi ini, yaitu :
1. Flokulasi mekanis
Flokulasi mekanis dapat dibedakan menjadi :
Flokulasi dengan sumbu pengaduk vertikal berbentuk turbin Flokulasi dengan sumbu pengaduk horizontall berbentuk paddle Unit-unit lain yang telah dipatenkan seperti walking bean,
floksilator, dan NU-treat
2. Flokulasi hidrolis dengan sekat (baffle channel basins) Unit flokulasi hidrolis dengan sekat dibedakan atas :
Unit saluran flokulasi berpenyekat dengan arah aliran horizontal Unit saluran flokulasi berpenyekat dengan arah aliran vertikal
Perhitungan turbulensi aliran yang diakibatkan oleh kehilangan tekanan dalam bak horizontal baffle channel didasarkan pada persamaan : 1. Perhitungan gradien kecepatan (G)
Persamaan matematis yang dipergunakan untuk menghitung gradient kecepatan ini sama dengan perhitungan yang telah diberikan pada unit koagulasi (Qasim, Motley, & Zhu, 2000) :
= . ℎ. ₁ … … … (2.6) Dimana :
G : Gradien kecepatan (dtk-1) V : Volume bak (m3)
g : Percepatan gravitasi (m/dtk2)
24 v : Viskositas kinematik (m2/dtk
t₁ : Waktu detensi (dtk)
2. Perhitungan kehilangan tekanan total (Htot)
Kehilangan tekanan total sepanjang saluran horizontal baffle channel ini diperoleh dengan menjumlahkan kehilangan tekanan pada saat saluran lurus dan pada saluran belokan.
= … … … (2.7) Dimana :
a. Hb adalah kehilangan tekanan pada belokan yang disebabkan oleh belokan sebesar 180°. Persamaan untuk menghitung besarnya kehilangan tekanan ini adalah sebagai berikut :
= 2. ………..………(2.8) Dimana :
H : Kehilangan tekanan di belokan (m) K : Koefisien gesek, diperoleh secara empiris V : Kecepatan aliran pada belokan (m/s) g : Percepatan gravitasi (m/s)
b. H adalah kehilangan tekanan pada saat aliran lurus. Kehilangan tekanan ini terjadi pada saluran terbuka sehingga perhitungannya didasarkan pada persamaan Manning.
Tabel 2. 3 Kriteria Perencanaan Unit Flokulasi (Pengaduk Lambat)
Kriteria Umum Flokulator Hidrolis Flokulator Mekanis Flokulator Clarifier Sumbu Horizontal dengan Pedal Sumbu Vertikal dengan Bilah
25 G (Gradient Kecepatan) 1/detik 60 (menurun) – 5 60 (menurun) - 10 70 (menurun) – 10 100 – 10 Waktu Tinggal 30 – 45 30 – 40 20 – 40 20 – 100 Tahap Flokulasi (buah) 6 – 10 3 - 6 2 - 4 1 Pengendalian Energi Bukaan Pintu/ Sekat
Kecepatan Putaran Kecepatan Putaran Kecepatan Aliran Air Kecepatan Aliran Max. (m/detik) Luas Bilah/Pedal Dibandingkan Luas Bak (%) - 5 - 20 0,1 - 0,2 - Kecepatan Perputaran Sumbu (rpm) - 1 - 5 8 – 25 - Tinggi (m) 2 - 4* Sumber : BSN : SNI 6674: 2008 2.3.5. Sedimentasi
Sedimentasi adalah pemisahan partikel secara gravitasi. Pengendapan kandungan zat padat di dalam air dapat digolongkan menjadi pengendapan diskrit (kelas 1), pengendapan flokulen (kelas 2), penngendapan zone, pengendapan kompresi/tertekan (Martin D, 2001; Peavy, 1985; Reynolds, 1977). Jenis bak pengendap adalah bak pengendap aliran batch da n bak pengendap dengan aliran kontinu. pompa (memompa air yang ada di reservoir penampung ke dasar filter), menggelontor air yang ada di reservoir atas (eleva ted tank) secara gravit asi ke dasar filter, dan
26 menggelontor air yang ada di filter sebelahnya ke filter yang sudah jenuh (interfilter).
Menurut Kawamura (2000), sedimentasi adalah suatu proses yang dirancang untuk menghilangkan sebagian besar padatan yang dapat mengendap secara gravitasi. Tujuan digunakannya unit sedimentasi yaitu untuk menghilangkan pasir atau kerikil halus, particulate-matter, biological-floc, chemical-floc serta untuk pemekatan padatan dalam tangki pemekat lumpur.
Proses sedimentasi dari suatu partikel yang berada di dalam air dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu :
Ukuran partikel Bentuk partikel
Berat jenis/ kecepatan partikel Viskositas cairan
Konsentrasi partikel dalam suspensi Sifat-sifat partikel dalam suspensi
Menurut Coe dan Clevenger (1916), yang kemudian dikembangkan oleh Camp (1946) dan Fitch (1956) dan dikutip oleh Reynolds (1982),pengendapan yang terjadi pada bak sedimentasi bisa dibagi menjadi empat kelas. Pembagian ini didasarkan pada konsentrasi dari partikel tersebut untuk berinteraksi. Penjelasan mengenai keempat jenis pengendapan ini adalah sebagai berikut :
1. Pengendapan tipe I, Free Settling
Pengendapan tipe I adalah pengendapan dari partikel diskrit yang bukan merupakan flok pada suatu suspensi. Partikel terendapkan sebagai unit terpisah dan tidak terlihat flokulasi atau interaksi antara partikel-partikel tersebut. Contoh pengendapan tipe I adalah prasedimentasi dan pengendapan pasir pada grit chamber.
27 2. Pengendapan tipe II, Flocculent Settling
Pengendapan tipe II adalah pengendapan dari partikel-partikel yang berupa flok pada suatu suspensi. Partikel-partikel tersebut akan membentuk flok selama pengendapan terjadi, sehingga ukurannya akan membesar dan mengendap dengan laju yang lebih cepat. Contoh pengendapan tipe ini adalah pengendapan primer pada air buangan dan pengendapan pada air yang telah melalui proses koagulasi dan flokulasi.
3. Pengendapan tipe III, Zone/ Hindered Settling
Pengendapan tipe III adalah pengendapan dari partikel dengan konsentrasi sedang, dimana partikel-partikel ini tersebut sangat berdekatan sehingga gaya antar partikel mencegah pengendapan dari partikel di sekelilingnya. Partikel-partikel tersebut berada pada posisi yang tetap satu sama lain dan semua mengendap dengan kecepatan konstan. Sebagai hasilnya massa partikel mengendap dalam satu zona. Pada bagian atas dari massa yang mengendap akan terdapat batasan yang jelas antara padatan dan cairan.
4. Pengendapan tipe IV, Compression Settling
Pengendapan tipe IV adalah pengendapan dari partikel yang memiliki konsentrasi tinggi dimana partikel-partikel bersentuhan satu sama laindan pengendapan bisa terjadi hanya dengan melakukan kompresi terhadap massa tersebut.
Bak sedimentasi yang ideal dibagi menjadi 4 zona yaitu zona inlet, zona outlet, zona lumpur, dan zona pengendapan. Ada 3 bentuk dasar dari bak pengendapan yaitu rectangular, circular, dan square. Ada beberapa cara untuk meningkatkan performa dari proses sedimentasi, antara lain :
28 1. Peralatan aliran laminar yang meningkatkan performa dengan
membuat kondisi aliran mendekati kondisi ideal. Alat yang digunakan antara lain berupa tube settler ataupun plate settler yang dipasang pada outlet bak. Alat tersebut meningkatkan penghilangan padatan karena jarak pengendapan ke zona lumpur berkurang, sehingga surface loading rat berkurang dan padatan mengendap lebih cepat (Qasim, Motley, & Zhu, 2000).
5. Peralatan solid-contact yang didesain untuk meningkatkan efisiensi flokulasi dan kesempatan yang lebih besar untuk partikel berkontak dengan sludge blanket sehingga memungkinkan pembentukan flok yang lebih besar.
Rumus-rumus dan kriteria desain yang digunakan dalam perhitungan sedimentasi yaitu :
Rasio panjang-lebar bak (Qasim, Motley, & Zhu, 2000)
!"!# $%#&' = ( )… … … . . (2.9) Dimana : P : Panjang bak l : Lebar bak
Surface loading rate (Qasim, Motley, & Zhu, 2000)
= … … … . . … … … . . (2.10)
29 v : Surface loading rate
Q : Debit bak
A : Luas permukaan bak
Kecepatan aliran di tube settler (Montgomery, 1985)
= .,₁………..(2.11) Dimana :
v : Kecepatan aliran pada settler (m/s) Q : Debit bak (m³/s)
A : Luas permukaan bak (m²) α : Kemiringan settler = 60
Weir loading rate (Qasim, Motley, & Zhu, 2000)
- = … … … . . (2.12) Dimana :
W : Weir loading rate (m3/ m.hari)
Q : debit bak (m3/hari) L : Panjang total weir (m)
Bilangan Reynold dan bilangan Froude (Montgomery, 1985) =./… … … . . (2.13)
30 =0 .10 … … … . . (2.14) 2 = . ………..(2.15) Dimana : R : Jari-jari hidrolis (m) A : Luas permukaan (m2) P : Keliling settler (m)
V : Kecepatan aliran di settler (m/s) v : Viskositas kinematik (m2/s) R : Reynolds number
F : Froude number
Waktu detensi bak (Qasim, Motley, & Zhu, 2000)
= … … … . . (2.16) Dimana :
T : Waktu detensi (s) V : Volume bak (m3) Q : debit bak (m3/s)
Waktu detensi bak (Qasim, Motley, & Zhu, 2000)
= … … … . . (2.17) Dimana :
31 T : Waktu detensi (s)
V : Volume bak (m3) Q : debit bak (m3/s)
Menurut Montgomerty (1985), kriteria desain suatu bak sedimentasi :
Surface loading rate = (60-150) m3/m2.day Weir loading rate = (90-360) m3/m.day Waktu detensi bak = 2 jam
Waktu detensi settler = 6-25 menit Rasio panjang terhadap lebar = 3:1 – 5:1
Kecepatan pada settler = (0,05 – 0,13) m/meni Reynolds number < 2000
Froude number > 10-5
2.3.6. Filtrasi
Filtrasi merupakan proses pengolahan dengan cara mengalirkan air melewati suatu media filter yang disusun dari bahan-bahan butiran dengan diameter dan tebal tertentu. Proses ini bertujuan untuk menghilangkan bahan-bahan terlarut dan tak terlarut (biological floc) yang masih tersisa setelah pengolahan secara biologis.
Berdasarkan kontrol terhadap laju filtrasinya, filter dibedakan menjadi : Filter dengan aliran tetap (Constan Rate Filter)
Filter dengan aliran menurun (Declining Rate Filter) Berdasarkan driving force-nya, filter dibedakan menjadi : Filter dengan gravitasi
32 Berdasarkan susunan media penyaring di dalamnya, filter dapat dibedakan menjadi :
Filter dengan media tunggal, media filter yang digunakan hanya satu lapisan dari jenis media yang sama, biasanya berupa pasir atau hancuran antrasit.
Filter dengan media ganda, media filter yang digunakan dua lapisan dari jenis media yang berbeda, biasanya berupa pasir atau hancuran antrasit.
Filter dengan multi media, media filter yang digunakan lebih dari dua lapisan yang bermacam-macam, biasanya berupa pasir, hancuran antrasit, dan garnet.
Berdasarkan laju filtrasinya (hydraulic loading), filter dibedakan menjadi : Saringan pasir cepat (rapid sand filter)
Saringan pasir lambat (slow sand filter)
Pada perencanaan instalasi pengolahan air minum umumnya digunakan adalah saringan pasir cepat dengan media ganda. Hal ini dilakukan karena filter media ganda memiliki kelebihan dibandingkan dengan filter media tunggal, yaitu waktu filtrasi yang lebih panjang, laju filtrasi yang lebih besar, kemampuan untuk memfilter air dengan turbiditas dan partikel tersuspensi yang tinggi.
Tabel 2. 4 Karakteristik Media Filter
Material Bentuk Spherita Berat Relatif
Porositas
(%) Ukuran (mm) Pasir Silika Rounded 0.82 2.65 42 0.4 - 1.0 Pasir Silika Angular 0.73 2.65 53 0.4 - 1.0 Pasir Ottawa Spherical 0.95 2.65 40 0.4 - 1.0 Kerikil Silika Rounded 2.65 40 1.0 - 5.0
33 Antrasit Angular 0.72 1.50 - 1.75 55 0.4 - 1.4 Sumber : Droste,1997
Menurut Reynolds (1982), kriteria desain unit saringan pasir cepat : Ketinggian air di atas pasir : 90 – 120 cm Kedalaman media penyangga : 15.24 – 60.96 cm Ukuran efektif media penyangga : 0.16 – 5.08 cm Perbandingan panjang dan lebar bak filtrasi : (1-2) : 1
Kecepatan aliran saat backwash : 880–1173.4 m3/hari-m2
Ekspansi media filter : 20 -50 %
Waktu untuk backwash : 3 – 10 menit
Jumlah bak minimum : 2 buah
Jumlah air untuk backwash : 1- 5 % air terfiltrasi
2.3.7. Desinfeksi
Desinfeksi air bersih bertujuan membunuh bakteri patogen yang ada dalam air. Desinfektan air dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu: pemanasan, penyinaran antara lain dengan sinar UV, ion-ion l ogam antara lain dengan copper dan silver, asam atau basa, senyawa-se nyawa kimia, dan chlorinasi (Sutrisno, 2002). Proses desinfeksi dengan klo rinasi diawali dengan penyiapan larutan kaporit dengan konsentrasi tertentu serta penetapan dosis klor yang tepat. Metode pembubuhan dengan kaporit yang dapat diterapkan sederhana dan tidak membutuhkan tenaga listrik tetapi cukup tepat pembubuhannya secara kontinu adalah: metoda gravitas i dan metode dosing proporsional (Martin D 2001, diacu dalam Perdana A diarsa 2007).
Desinfeksi air bersih dilakukan untuk menonaktifkan dan menghilangkan bakteri patogen untuk memenuhi baku mutu air minum.
34 Desinfeksi sering menggunakan klor sehingga desinfeksi dikenal juga dengan khlorinasi. Keefektifan desinfektan dalam membunuh dan menonaktifkan mikroorganisme berdasarkan pada tipe desinfektan yang digunakan, tipe mikroorganisme yang dihilangkan, waktu kontak air dengan desinfektan, temperatur air, dan karakter kimia air (Qasim, Motley, & Zhu, 2000).
Klorin biasanya disuplai dalam bentuk cairan. Ukuran dari wadah klorin biasanya tergantung pada kuantitas klorin yang digunakan, teknologi yang dipakai, ketersediaan tempat, dan biaya transportasi dan keamanan. Salah satu klorin yang umum digunakan adalah sodium hipoklorit. Sodium hipoklorit hanya bisa dalam fase liquid, biasanya mengandung konsentrasi klorin sebesar 12,5-17 % saat dibuat. Sodium hipoklorit bersifat tidak stabil, mudah terbakar, dan korosif. Sehingga perlu perhatian ekstra dalam pengangkutan, penyimpanan, dan penggunaanya. Selain itu larutan sodium hipoklorit dapat dengan mudahnya terdekomposisi karena cahaya ataupun panas, sehingga harus disimpan di tempat yang dingin dan gelap, dan juga tidak disimpan terlalu lama. Metode yang dapat digunakan untuk mencampur klorin dengan air adalah metode mekanis, dengan menggunakan baffle, hydraulic jump, pompa buster pada saluran (Tchobanoglous, 2003).
Klorinasi memiliki beberapa kriteria desain, diantaranya : Jumlah feeder: minimal 2 buah dengan 1 sebagai cadangan.
Sisa klor: 0,3-0,5 mg/L. Setelah proses desinfeksi perlu diperiksa nilai pH dan agresifitas akhir yang akan menentukan perlu atau tidaknya penambahan kapur. Desinfeksi juga disebut dengan pengolahan post-klorinasi.
35 2.3.8. Reservoir
Reservoir digunakan pada sistem distribusi untuk meratakan aliran,
untuk mengatur tekanan, dan untuk keadaan darurat. Jenis pompa penyediaan air yang banyak digunakan adalah: jenis putar (pompa sentrifugal, pompa diffuser atau pompa turbin meliputi pompa turbin untuk sumur dan pompa submersible untuk sumur dalam), pompa jenis langkah positif (pompa torak, pompa tangan, pompa khusus meliputi pompa vortex atau pompa kaskade, pompa gelembung udara atau air lift pump, pompa jet, dan pompa bilah). Efisiensi pompa umumnya antara 60 sampai 85% (Noerbambang, 2000).
Reservoir adalah tanki penyimpanan air yang berlokasi pada instalasi (Qasim, Motley, & Zhu, 2000). Reservoir memiliki arti penting dalam pendistribusian air minum. Fungsi reservoir antara lain :
Equalizing Flows, yaitu untuk menyeimbangkan aliran-aliran, sedangkan debit yang keluar bervariasi atau berfluktuasi, unsur ini diperlukan suatu penyeimbangan aliran yang selain melayani fluktuasi juga dapat dipergunakan untuk menyimpan cadangan air untuk keadaan darurat.
Equalizing Pressure atau menyeimbangkan tekanan, pemerataan tekanan diperlukan akibat bervariasinya pemakaian air di daerah distribusi.
Sebagai distributor, pusat atau sumber pelayanan
Sistem distribusi mencakup aliran secara gravitasi penggunaan pompa bertekanan, dan suatu kombinasi aliran secara gravitasi dan dengan pompa. Perhitungan kapasitas resevoir distribusi dilakukan berdasarkan pemakaian air dari jam ke jam yang selalu
berbeda, selain itu metode pengaliran juga mempengaruhi besarnya kapasitas reservoir yang harus disediakan.
36 Variasi reservoir disesuaikan dengan sistem pengaliran, yaitu :
1. Reservoir tinggi, yaitu pengalihan distribusi dilakukan secara gravitasi, reservoir ini bisa berupa ground tank (reservoir), atau berupa reservoir menara (roof tank) yang ketinggiannya harus diperhitungkan agar pada titik kritis masih ada sisa tekan.
2. Reservoir rendah yaitu pengaliran distribusi dilakukan dengan pemompaan, resevoirnya berupa ground tank.
3. Penggunaan reservoir pembantu, misalkan karena adanya batasan konstruksi, sehingga volume yang keluar dari reservoir tidak mencukupi.
Kriteria desain reservoir :
Jumlah unit atau kompartemen > 2 Kedalaman (H) = (3 – 6) m Tinggi jagaan (Hj) > 30 cm
Tinggi air minimum (Hmin) = 15 cm Waktu tinggal (td) > 1 jam
Air baku harus melalui proses pengolahan agar memenuhi baku mutu air minum. Berikut ini adalah parameter air baku yang belum memenuhi baku mutu dan alternatif pengolahannya. Alternatif cara pengolahan untuk menyisihkan parameter yang melebihi baku mutu dapat dilihat pada tabel 2.4.
Tabel 2. 5 Alternatif Pengolahan Untuk Penyisihan Parameter Yang Melebihi Baku Mutu
Para meter
37 Kekeruhan Koagulasi-Flokulasi, Pengendapan,
Filtrasi, dan Prasedimentasi BOD Pengendapan dengan penambahan bahan
kimia, Desinfeksi, Filtrasi, Karbon Aktif COD Pengendapan dengan penambahan bahan kimia,
Filtrasi, dan Desinfeksi Khromium Koagulasi-Flokulasi,
Pengendapan, Filtrasi, dan Karbon Aktif
Nitrit Desinfeks
i, Filtrasi
Kadmium Koagulasi-Flokulasi, Pengendapan, Filtrasi, dan Prasedimentasi
Bakteri E. Coli Desinfeks
i, Filtrasi Total Bakteri
Coliform
Desinfeks i, Filtrasi Sumber : Tambo, 1974 dalam Oktiawan, 2012.