PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCEON CONSERVATION FOR BETTERUFExwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
RANCANG BANGUN UNIT SEDIMENTASI RECTANGULAR PADA INSTALASI PENGOLAHAN
AIRlIMBAH
Alien Kumiawan
Departemen Teknik Sipildan Lingkungan, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor, Bogor, Indonesia
ABSTRAK
Bak pengendap atau bak sedimentasi berperan dalam memisahkan partikel tersuspensi (T55) dari air limbah melalui pengendapan secara gravitasi. Ketika air limbah mengandung suspended solid masuk ke bak sedimentasi, padatan-padatan dengan berat jenis yang lebih besar dari air akan mengendap dan yang rnerniliki be rat jenis lebih kecil dari air akan mengapung ke permukaan air. Tujuan penelitian ini merancang secara detil unit sedimentasi berdasarkan pengujian karakteristik air limbah maupun kriteria rancangan. Rancangan unit sedimentasi berbentuk rectangular (persegi). Berdasarkan hasil perhitungan, lebar bak sebesar 1,16 meter; panjang bak sebesar 3,49 meter; kedalaman air rata-rata sebesar 0,8 meter; freeboard sebesar 0,5 meter; laju limpasan pada debit rata-rata sebesar 21,312 m3/m2.hari; waktu detensi pada debit rata-rata sebesar 0,90 jam; dimensi saluran influen untuk panjang sama dengan lebar sebesar 0,10 m; panjang weir sebesar 2,16 m; jumlah V-notch sebanyak 47 buah; lebar launder sebesar 0,1 m; lebar efluen box sebesar 0,2 m; diameter pipa outlet sebesar O,lm; dan jumlah padatan per unit per hari sebesar 106,6 kg/hari.
Kata kunci: instalasi pengolahan air llmbah, rancangan, rectangular, sedimentasi.
PENDAHULUAN
Pembuangan air limbah berasal dari kegiatan domestik (rumah tangga) maupun industri ke badan air menyebabkan pencemaran lingkungan apabila kualitas air limbah tidak memenuhi baku mutu. Teknologi pengolahan air limbah adalah kunci perneliharaan kualitas lingkungan. Apapun jenis teknologi pengolahan air limbah domestik maupun industri harus dapat dioperasikan dan dipeliharan oleh masyarakat setempat. Jadi, teknologi pengolahan terpilih harus sesuai dengan kemampuan masyarakat pengguna.
Dalam kegiatan industri, air limbah mengandung zat atau kontaminan dari sisa bahan baku, sisa
pelarut atau bahan aditif, produk terbuang, pencucian dan pembilasan peralatan,gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAb lo w d o w n beberapa peralatan seperti k e ttle b o ile r dan sistem pendingin, serta s a n ita ry w a s te . Agar dapat memenuhi baku
mutu, industri harus menerapkan prinsip pengendalian air limbah secara cermat dan terpadu, baik di dalam proses produksi (in -p ip e p o llu tio n p re v e n tio n ) ataupun setelah proses produksi (e n d -p ip e
P o llu tio n ). Pengendalian dalam proses produksi bertujuan untuk meminimalkan volume air limbah dan
•••
7S~
..-~xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAONMLKJIHGFEDCBA P R O C E E D IN G
N A T IO N A L C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T lO N F O R B E T T E R U F E
reduksi toksisitas kontaminan, sedangkan pengendalian setelah proses produksi bertujuan untuk menurunkan kadar bahan pencemar sehingga memenuhi standar baku mutu.
Pengolahan air limbah terbagi menjadi tiga metode, yaitu :fisika, kimiawi, dan biologis. Ketiga metode tersebut dapat dikombinasikan secara bersamaan atau diaplikasikan tersendiri. 5alah satu unit pengolahan fisika adalah sedimentasi. Unit ini diwajibkan di dalam konfigigurasi pengolahan. Unit sedimentasi berfungsi untuk mengurangi kandungangfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAT o ta l S u s p e n d e d S o lid (T55), sebagian padatan organik dalam air buangan, dan menurunkan BOO, melalui proses fisik tanpa pembubuhan zat kimia. Lumpur endapan masih mengandung material organik yang tinggi sehingga efluen lumpur dialirkan ke
unit s lu d g e th ic k e n e r, sedangkan filtrat dialirkan ke pengolahan berikutnya. Bak pengendap pertama
sering dibuat dalam bentuk persegi panjang (re c ta n g u la r) agar dihasilkan efisiensi tinggi dengan biaya konstruksi murah dan kebutuhan lahan sedikit. Prinsip pemisahan partikel tersuspensi dalam cairan tergantung pada besarnya s p e c ific g ra v ity partikel tersebut. Jika cairan mengandung tersuspensi ditempatkan pada tempat yang tenang, partikel tersuspensi dengan s p e c ific g ra v ity lebih besar dari cairan akan terendapkan, sedangkan partikel tersuspensi s p e c ific g ra v ity lebih kedl dari cairan akan terapung.
5elama ini, rancangan satu jenis unit pengolahan jarang sekall dipublikasi karena perencanaan unit merupakan hat yang umum dilakukan. Namun, perkembangan teknologi akan mengubah mekanisme dan modifikasi rancangan pengolahan sehingga informasi sekecil apapun sangat diperlukan untuk memberikan input perubahan terhadap rancangan terkini. Atas dasar deksripsi permasalahan tersebut, tujuan penelitian ini merancang secara detil unit sedimentasi berdasarkan pengujian karakteristik air limbah maupun kriteria rancangan. Makalah ini diharapkan memberikan informasi lengkap mengenai teknis rancangan unit sedimentasi.
M E T O D E P E N E L lT IA N
Penelitian ini menggunakan contoh uji air limbah pada salah satu industri di bidang penyedia produk perawatan tubuh dan cairan pencud piring terkemuka di Jakarta. Pengambilan contoh uji dilakukan selama enam jam pada rentang waktu satu minggu sehingga karakteristik air limbah dari seluruh variasi jenis proses diharapkan dapat terwakili. Contoh uji dibawa ke laboratorium untuk mengetahui karakteristik fisik, kimiawi, dan biologis. Evaluasi kualitas air limbah dilakukan dengan membandingkan hasil analtsis karakteristik dengan standar kualitas baku mutu. Evaluasi ini dilakukan untuk menentukan karakteristik air limbah yang perlu diolah dan perkiraan efisiensi pengolahan.
Alternatif unit pengolahan pada air limbah diperlukan untuk menganalisis reduksi bahan-bahan organik hasil penguraian biologis dan organisme patogen sehingga IPAL perlu direncanakan untuk menjalankan fungsi-fungsi tersebut. Oalam pemilihan alternatif pengolahan, jenis pencemar tertentu dapat menyebabkan permasalahan berbeda-beda sehingga pemilihan unit operasi dan unit proses perlu dilakukan dengan cermat untuk mereduksi pencemar spesifik tersebut.
5etelah alternatif pengolahan berdasarkan karakteristik air limbah diketahui, kesetimbangan massa (m a s s b a la n c e a n a ly s is ) perlu dibuat untuk mengetahui mengetahui konsentrasi substansi yang mengalami perubahan pad a setiap unit pengolahan. Pada model reaktor c o m p le te ly m ix e d dan unit pengolahan awal, nilai perpindahan substansi di dalam reaktor harus seimbang dengan jumlah sisa .-produksi yang dihasilkan oleh proses fisik dan kimiawi. Pada penelitian ini, hasil substansi secara detil berupa jumlah debit, padatan, dan substrat yang masuk dan keluar dari setiap unit pengolahan air limbah hanya tertuju pada unit sedimentasi. Kemudian, hasil perhitungan kesetimbangan massa
fE --;'zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
~;.';;;'ONMLKJIHGFEDCBA
•
PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE
digunakan sebagai acuan dasar perhitungan rancangan unit sedimentasi rectangular. Sebagian hasil perhitungan dibuat visualisasi gambar rancangan melalui program Autocad.
HASIL DAN PEMBAHASAN
K u a n t i t a s a i r l i m b a h
Debit air limbah perlu diketahui untuk menentukan kapasitas maksimum unit instalasi secara tepat sesuai kebutuhan terkini dan masa depan. Berdasarkan analisis penentuan debit air limbah setiap hari di lapangan tanggalxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA4Agustus hingga 9 September 2014 melalui pembacaan dif l o w m e t e r , debit air limbah industri diperoleh sebesar 120 m3Jhari. Fluktuasi debit disajikan dalam Gambar 1.
0,002 . !
iO,0016 "C:I ;;;--0,0012
E
';: 0,0008
.:a
~ 0,0004L..'.,,~:.
° °
%m
B
.~'.~
~
m
~
~
~
[image:3.552.62.492.210.339.2]...' Wak~i(jam)
Gambar 1 Fluktuasi debit air limbah industri selama kurang lebih satu minggu
K u a l i t a s a i r l i m b a h
Untuk merancang unit IPAl, tidak hanya kuantitas air Iimbah, tetapi data kualitas air limbah berupa karakteristik fisik, kimia, dan biologis, perlu diketahui. Karakteristik tersebut mencakup zat, senyawa, atau partikel di dalam air limbah. Komponen tersebut berkaitan dengan penentuan jenis rancangan unit operasi maupun unit proses dan hasil kualitas efluen dari IPAl.
Tabel 2 Karakteristik air limbah industri
PARAMETERFISIKA
1 Suhu (0C) 31 381)
••
2 Total Suspended Solid (TSS,mg/I) 390 100 1) Diolah PARAMETERKIMIAWI
3 Nitrit (N02, mg/I) 0,04 11)
••
4 Nitrat (N03-N, mg/I) 1,7 101)
••
5 Amonia (NH3, mg/I) 1,2 51)
••
6 Total Fosfor (TP04, mg/I) 65,25
•
7 Hidrogen Sulfida (H2Ssebagai S, mg/I)) 7,9
•
8 pH 5 6 - 9 1)2)
••
L~.
9 Dissolved Oxygen (DO, mg/I) 2,3•
t 10 Biochemical Oxygen Demand (BOO, 1050 502) Diolah
11 mg/I) 13736 1001)2) Diolah
12 Chemical Oxygen Demand (COD, mg/I) . 9,1 11) Diolah
13 Deterjen (MBAS,mg/l) 2,9
•
•
• •
77 [image:3.552.60.499.454.700.2]PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE .
."xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA 14 Fenol (C6HsOH,mg/I) 278
*
',.-
,· wgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA15 Minyak dan lemak 0,015 0,11)
**
".0;;16 Timbal (Pb, mg/I) 0,004 0,051)
**
17 Kadmium (Cd, rng/l) 0,01 0,51)
**
18 Krom (Cr, mg/I) < 0,01 01
,
1)**
19 Krom heksavalen (Cr6+,mg/I) 4,7 21)
**
20 Seng[Zn, mg/I) 0,02 11)
**
21 Tembaga (Cu, mg/I) 0,004 0,11)
**
Nikel (Ni, mg/I) Keterangan :
Standar baku mutu Keputusan Gubernur Provinsi Oaerah Khusus Ibukota Jakarta Nomor 582 Tahun
1995tentang P e n e ta p a n P e ru n tu k a n d a nZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAB a k u M u tu A ir S u n g a i/B a d a n A ir s e rta B a k u M u tu L im b a h C a ir d i W ila y a h D a e ra h K h u s u s Ib u k o ta J a k a rta .
Standar baku mutu Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 3 Tahun 2010 tentang B a k u M u tu A ir L im b a h B a g i K a w a s a n In d u s tri.
*Kedua baku mutu tidak mencakup parameter yang terkandung dalam air limbah **Parameter ini tidak melewati baku mutu sehingga tidak dibutuhkan pengolahan.
Standar efluen merupakan ambang batas atau baku mutu konsentrasi air limbah yang boleh dikeluarkan dan dibuang ke badan air penerima tanpa memperhatikan kondisi badan air penerima. Oalam evaluasi penggunaan standar ini, kualitas badan air penerima tidak perlu diperhatikan. Baku mutu dalam standarini langsung dibandingkan dengan kualitas efluen. ApabiJa kualitas efluen melebihi baku mutu, pengolahan diperlukan dalam mereduksi parameter atau unsur tersebut sehingga baku mutu dapat terpenuhi. Pada proses rancangan IPAL, standar efluen digunakan untuk mengevaluasi kualitas air limbah dengan pertimbangan penggunaan standar lebih ketat dibandingkan dengan penggunaan standar s tre a m . Bangunan unit IPAL dirancang untuk menangani kualitas air limbah yang paling ekstrim sehingga parameter air limbah akan dibandingkan saat konsentrasi maksimum. Pada Tabel 2, karakteristik air limbah industri dibandingkan terhadap baku mutu Keputusan Gubernur Provinsi Daerah Khusus Ibukota Jakarta Nomor 582 Tahun 1995tentang P e n e ta p a n P e ru n tu k a n d a n B a k u M u tu A ir S u n g a i/B a d a n A ir s e rta B a k u M u tu L im b a h C a ir d i W ila y a h D a e ra h K h u s u s Ib u k o ta J a k a rta , serta
Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 3 Tahun 2010 tentang B a k u M u tu A ir L im b a h B a g i K a w a s a n In d u s tri. Pemilihan baku mutu berdasarkan nilai terketat antara kedua regulasi tersebut.
Berdasarkan Tabel 2, beberapa parameter air limbah industri pada lokasi kajian telah melampaui batas maksimum baku mutu. Parameter tersebut adalah TS5, BOO, COD, dan deterjen. Berdasarkan kondisi terse but, industri pada lokasi kajian telah memenuhi syarat untuk mendirikan instalasi pengolahan sehingga air limbah tidak mencemari lingkungan ketika dibuang ke badan air.
K e s e tim b a n g a n m a s s a d a n a lira n h id ro lik p e n g o /a h a n
Pengambilan contoh uji air limbah lokasi kajian dilakukan pad a beberapa titik sampling. Oari hasll pengukuran karakteristik fisik dan kimiawi air limbah industri, tiga parameter digunakan sebagai .".., acuan perhitungan awal kesetimbangan massa yaitu B io c h e m ic a l O x y g e n D e m a n d (BOO) sebesar 1050
mg/I, C h e m ic a l O x y g e n D e m a n d (COD) sebesar 13736 mg/I, T o ta l S u s p e n d e d S o lid (T55)sebesar 390
mg/l, serta debit sebesar 120 m3/hari. Konfigurasi unit pengolahan adalah ekualisasi, sedimentasi
~xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
~;,> PROCEEDING
~, NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE
,...."...
....
r<primer, lumpur aktif, sedimentasi sekunder, desinfeksi, serta unit pengolahan lumpurgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA(th ic k e n e r dan
d ig e s te r anaerobik). Pada diagram alir kesetimbangan massa, supernatan dan lumpur diperhitungkan
dengan memperhatikan aliran pada setiap unit operasi dan proses, tanpa mengacu pada waktu detensi. Dari analisis tersebut, debit aliran bawah (u n d e rflo w ) pada unit pengolahan lebih kedl dibandingkan aliran utama (m a in liq u id s tre a m ), sedangkan konsentrasi TSS meningkat ketika memasuki unit pengolahan lumpur. Pengulangan (iterasi) perhitungan dibutuhkan untuk mendapatkan akurasi nilai variabel terbaik. Data kesetimbangan massa sangat berguna sebagai acuan dasar dalam merancang unit pengolahan air limbah. Diagram alir kesetimbangan massa dibuat untuk menentukan debit aliran, konsentrasi substrat, dan konsentrasi padatan. Perubahan reaksi zat pad a aliran kesetimbangan tersebut kemungkinan diakibatkan oleh produksi atau destruksi oleh bahan kimia, biokimia, atau fenomena fisik (Droste, 1997).
c,
x,
Sedimentasi Ca.
S. Ekualisasi
o,
Aerasl QA
Seku~ ~
~--~~~~~----~'-~-r~~~---r~~----~--~~~~~"~~~
a.
s,a. x
SAx,
Koagulasi :
.
.
:v
: r
a..
•
"US: x..,.
---
.•
•
•
•
••..
-
.
-
.
-
-.
.
- - -
- - -
- - - -
-
-
.'a..
: a.... Oeslnfeksi
: a....
thickener
x..
.
:0.
:x.
Sludge diges
~14---_a..
a..
x..
&...--x,.---- ..•
Sludge Oewateringt
o,
[image:5.563.34.523.239.517.2]x,
Gambar 2 Kesetimbangan massa pengolahan air Iimbah industri daerah kajian
8erdasarkan perhitungan kestimbangan massa, data acuan untuk rancangan unit sedimentasi primer adalah total debit aliran influenZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA( Q p o ) sebesar 0,0028 m3/detik, sedangkan konsentrasi BOO, COD, dan
TSS influen serupa dengan konsentrasi awal hasil karakteristik air Iimbah karena tidak ada reduksi pen~isihan terhadap ketiga konsentrasi tersebut pada unit pra-pengolahan.
Rancangan sedimentasi primer
-- Bak sedimentasi sebelum pengolahan biologis memiliki waktu detensi lebih pendek dan o v e rflo w
:re
lebih tinggi dibandingkan setelah pengolahan biologis, kecuali pembuangan lumpur aktif ~,~reSirkuiasikan kembali ke bak sedimentasi. Efisiensi penyisihan padatan pada bak sedimentasi ~".'i •..":"'1a
ntung pada luas permukaan (s u rfa c e a re a ) ~ ~ ~ waktu detensi. Kedalaman tangki tidak memberikanPROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE
pengaruh yang besar hanya berperan dalam menjaga kecepatan horisontal agar tidak melebihi kecepatan penggerusan.
Jenis bak pengendap primer pad a perencanaan ini adalahZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAh o r i z o n t a l f l o w berbentuk persegi
panjang dengan pertimbangan antara lain:
Kebutuhan lahan yang lebih kecil dibandingkan lahan yang berbentuk c i r c u l a r .
lebih ekonomis dari segi kontruksi.gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Losses lebih kecil pada i n l e t dano u t l e t .
Penggunaan energi lebih kecil untuk pengumpulan dan penyisihan lumpur.
label 3 Kriteria rancangan unit sedimentasixwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
<*;~~.~r-;;.;· · t):/;':"';~;v..#~-:i?arametent.· ';~~{1~~~~~i#i~saran?Tirt~j4~
~ ~ ~ ~ ~ m ~ .
. ~
Waktu detensi, td (menit) 90 -150 Tchobanoglous e t 0 / . , 2 0 0 3 O v e r f l o w r a t e saat rata-rata, Vo
(m3jm2hari)
Panjang, P (m) Lebar, L (m) Kedalaman, H (m) Rasio P: L
Rasio L: H
Penyisihan konsentrasi SS(%) Penyisihan konsentrasi BOO (%) Kemiringan dasar, S (%)
30-50 10 -100 6 - 24 2,5 - 5 1-7,5 4.2 - 25 50 -70 25 - 40 1-2
Qasim, 1999 Qasim, 1999 Qasim, 1999 Qasim, 1999 Qasim, 1999 Qasim, 1999
Tchobanoglous e t 0 / . , 2 0 0 3
lchobanoglous e t 0 / . , 2 0 0 3
Qasim,1999
?ada perhitungan dan perancangan bangunan sedimentasi primer, data-data seperti debit aliran puncak, debit allran rata-rata serta ukuran diameter pipa harus diketahui terlebih dahulu. Luas permukaan bak dmitung dengan menggunakan rumus:
d e t i k Q r a t a - r a t a s e t i a p b a k
x
86400 h a r t.-4
=
- - - v - r - a t - a - - - r - a t - a - - - = : . . . : . .(1)
Kemudian, rasio panjang, lebar dan kedalaman ditentukan berdasarkan kriteria rancangan pada Tabel 3. T~tal kedalaman bak adalah asumsi kedalaman permukaan air ditambahkan nilai f r e e b o a r d . Laju aliran
p-~a rancangan aliran puncak menggunakan persamaan:
d e t i k
Q p u n c a 1 c x86400""iiiiii
l"
=
~ p a n j a n g xl e b a r
Walctu detensi diperoleh setelah mengetahui nilai rata-rata volume bak dengan mengali panjang, lebar serta asumsi nilai kedalaman pada tengah bak. Selanjutnya, perencanaan debit puncak dicek melalui persamaan:
v o l u m e
Q ~ = d e t i k
d e s a i n a l t r a n p u n c a k
x
3600 J a m• • •
8 0
(2)
P R O C E E D IN G
N A T IO N A L C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T IO N F O R B E T T E R U F EzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Dalam perhitungan dimensi struktur efluen,ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAo r i f i c e diasumsikan sebanyak delapan buah dengan dimensi 5 x 5 cm. Perhitungan h e a d l o s s di influen diawali dengan mengetahui terlebih dahulu aliran saat
melewati setiap saluran menggunakan persamaan:xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
(QPUncalc s e t i a p b a k )
Q
=
--=---'-2
(4)
Rumus tersebut dibagi dua karena unit terdiri dari dua bangunan. Kemudian, kecepatan pada saluran saat debit puncak diketahui melalui persamaan:
Q s e t i a p s a l u r a n
11
=
---"---a s u m s i p ---"---a n j ---"---a n B
x
l e b a r s a l u r a n(5)
Debit aliran melalui setiap o r i f i c e diketahui melalui persamaan:
(Q p u n c a k p e r b a k )
Q = b a n y a k n y a o r i f ' i c e
(6)
H e a d l o s s padagfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAo rific e menggunakan persamaan:
2
. . ( a l i r a n y a n B m e l e w a i i s e t i a p o r i f i c e ) h L o r z f z c e =
f r e e b o a r d
x
( u k u r a n o r i f i c e ) 2x
J 2
x
9.81 d e : k2(7)
Di dalam kalkulasi pada bagian efluen, ada beberapa parameter harus dihitung seperti dimensi w e i r , h e a d serta kedalaman yang melewati desain V - n o t c h , dan dimensi pembersih efluen. Perhitungan w e i r
diawali dengan asumsi nilai beban w e i r pad a debit puncak. Panjang w e i r dihitung menggunakan
persamaan:
P
. (Q p u n c a k s e t i a p b a k p e r h a r t ) w e l r = -.:....~----..:;.----''---~
b e b a n w e i r
(8)
Nilai beban w e i r diasumsikan sebesar 120 m3/m/hari. Total panjang w e i r dihitung melalui persamaan: P t o t a l w e i r =2( p
+
L s e b e l u m b a f f l e )+
2( p+
L s e t e l a h d i t a m b a I L b a f f l e ) - k o t a k e f f l u e n (9)Beban w e i r aktual dihasilkan dari persamaan:
Beba n w e Z T. = ---~--.:....---d e s a t n a l i T a n p u n c a k p e r h a r t
t o t a l p a n j a n B l a p i s a n w e i r
(10)
Pada rancangan V - n o t c h , jumlah V - n o t c h dihasilkan dari persamaan:
•••
81
P 8 O I& iltN G
MIIONAl. C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T IO N F O R B E T T E R U F E
L
WItChxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA=
5ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAn o t c h p e r mzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAX t o t a l p a n j a n g l a p i s a n w e i r (11)5r o a n per meter merupakan jarak untuk merancang v - n o t c h . Aliran saat melewati setiap n o t c h pada
oeoc
rata-rata diketahui melalui persamaan:Q r a t a - r a t a s e t i a p b a k Q ~ n o t c h = ~
. h n o t c h
(12)gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
h e x pada v - n o t c h dihitung menggunakan persamaan:
Q = - ~ a t i p e r n o t c h = 185
x
k o e f i s i e n y a n g m e n y a l u r k a n ( O . 6 )x J29tan~ x
h e a d5
h (13)
;,;:-:-_(menghitung h e a d pada debit puncak, nilai debit rata-rata setiap bak diganti dengan nilai debit
j) ••n:::.< setiap bak. Nilai kedalaman setiap V - n o t c h adalah sebesar 7 cm. Pada rancangan bangunan
€-=;.e":. lebar l a u n d e r , lebar kotak effluen, diameter pipa dan kedalaman kotak efluen harus dibuat
~~.='.arkan perhitungan bangunan g r i t c h a m b e r . Nilai asumsi pembalik l a u n d e r di atas pembalik kotak
eff1.s'I sebesar 0,46 m. Kedalaman air pada pembersih efluen di titik keluar launder dihitung melalui
per-xmaan:
H =tedalaman a i r p a d a k o t a k e f f l u e n - a s u m s t p e m b a l t k p e m b e r s i n e f f l u e n (1 4 )
S2-2a1itu, debit aliran pada setiap bagian titik keluar pembersih diperoleh menggunakan persamaan:
~ a i n a l i r a n p u n c a k p e r b a s i n Q = ~ ~
-2
(15)
Keaoaman air pada akhir pembersih effluen diketahui melalui persamaan:
H=
( k e d a l a m a n airp a d a p e m b e r s i h e f { l u e n ) 2
+
2 ( a l i r a n p a d a s e t i a p b a g i a n t i t i k k e l u a r ) 2
(16)
f9.81 d ~ k 2 x ( f r e e b o a r d ) 2 x k e d a l a m a n a i r p a d a p e m b e r s t n e f f l u e n
.,
Kem.xiian, kedalaman air pada ujung pembersih dihitung melalui persamaan:
H ='J1.
x
0.9 (17)Nita: 0,9 merupakan asumsi dari kedalaman air pada kotak effluen ditambah nilai asumsi turbulensi
seDesar 14%. Nilai asumsi turbulensi harus berada pada rentang 10-30%. Total kedalaman pembersih
Iaurder
dihitung melalui persarnaan:H t«sl = k e d a l a m a n a i r p a d a u j u n g p e m b e r s i h
+
f r e e b o a r d (1 8 )PacSa
proses perencanaan, nilai kedalaman pembersih harus lebih besar dari rancangan debit puncak .•
••
PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER LIFE
Dalam perhitungan kuantitas lurnpur, beberapa ha! harus diketahui terlebih dahulu, yaitu perkiraanZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAs p e s i f i c g r a v i t y lumpur sebesar 1,03 dan kandungan padat sebesar 4,5% dengan nilai standar antara 3-6%. Selanjutnya, rata-rata jumlah lumpur per hari, volume lumpur per unit, serta ukuran dan siklus pompa untuk menghisap lumpur perlu dihitung. Untuk perhitungan rataan jumlah lumpur per hari,
jumlah padatan pada satu bak diketahui berdasarkan laju kehilangan sebesar 63% melalui persamaan:gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
ju m la h p a d a ta nxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
=
260x
(0.63)x
d e s a in a lira n ra ta - ra ta s e tia p b a s inx
86400dBtikx ~
(19)h4ri 1000gr
Jumlah rataan lumpur per hari pada dua bak diketahui dengan mengalikan Persaman (19) dengan jumlah bak. Volume lumpur per menit setiap bak adalah:
ju m la ii p a d a ta n y a n g d i h a s i l k a n . p e r b a k
v=---~----~----~~~---~----~~--~._---. _ _ g r 1 (100emp m e n it (2 0 )
s p e s ifik g ra v lta s i X 1-:=3" X g r Xk a n d u n g a n p a d a ta n X 3 X1440 h a r
-e m 1000-
m
lk g
Ukuran pompa beserta siklus pompa bekerja untuk menghisap lumpur melalui persamaan:
l v o l u n u l l u m p u r ' } ' a t l B d i h a s i l k a n . p e r h a r i x a s u m s i p o m p a b e k e r j a p e r p u i a r a n ) (2 1 )
U k u r a n p o m p a
=
---=---'---'---"'---'----'---a s u m s i i n t e r v a l s i k l u s p a m p a b e r p u z a r
Siklus interval pompa yang bekerja setiap menit untuk dua bak dihitung menggunakan persamaan: _ _ k a p a s ita s m e m o m p a y a n g d H n g in k a n x a s u m s i m te rv a l s ik lu s p o m p a (2 2 ) S ik lu s m te rv a l p o m p a
=
-~---=.-:-=----7----=---"7":--_:_:_----_=_---~---=.-v o lu m e lu m p u r y a n g d in a s ilk a n . x 2
Oalam penentuan kualitas efluen untuk mereduksi beberapa parameter limbah pencemar, nilai penyisihan BOO dan TSS pada sedimentasi primer harus diketahui terlebih dahulu. Aliran influen yang membawa sedimen ke bak sedimentasi primer diperoieh menggunakan persamaan:
Q in flu e n
=
d e s a in a lira n ra ta - ra tax
86400 d .s ti~ h a r t(23)
Nilai pencapaian TSS pada bak sedimentasi primer dihitung menggunakan persamaan:
T S S y a n g d ic a p a i =in flu e n . T S S
x
Q in flu e n . y a n g m e m b a w a s e d im e n (24)Adapun TSSpad a lumpur utama menggunakan persamaan:
T S S p a d a lu m p u r u ta m a =T S S y a n g d ic a p a : xp a d a ta n y a n g in g in d th il.a n g k a n (25)
Terakhir, volume bangunan lumpur dihitung menggunakan rumus:
v
=_ T _ S _ S -= p _ a d_ _a _ l_ u _ "-= 1 p U ~ r_ u_ _ta m a_ k a n d tm g a n p a d a ta nx
1030(26)
Rancangan unit sedimentasi membutuhkan kapasitas unit yang cukup untuk menyisihkan parameter TSS, BOO, dan COD. Salah satu pendekatan praktis untuk mengetahui kapasitas unit
• •
•
83
PIIOCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE
a
zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAsedimentasi melalui analisis berdasarkan tipeZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAh i n d e r e d z o n e s e t t l i n g . Analisis ini berdasarkan perubahan ketinggian partikel tersuspensi pada reaktor per satuan waktu. Pengembangan analisis ini ditujukan
untuk
penentuan salah satu parameter rancangan unit sedimentasi, yaitu o v e r f l o w r a t e . Hasil pengamatan di laboratorium pad a Tabel 4 menunjukkan hubungan antara konsentrasi TSS dan ketinggian zona settling. Data tersebut digunakan untuk membuat kurva h i n d e r e d z o n e i n t e r f a c e s e t t l i n g!Gambar 9) sehingga nilai o v e r f l o w r a t e diperkirakan sebesarxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA21,31 m3/m2.hari.
o
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50
55
60
1540,5
187,5
37 12
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
o
12 11 11 10 8 7 5 3
o
o
o
o
o
13 11,5 10,5 10
9 6 7 9 9,1 9,5 9,7 9,4
nasH perhitungan dimensi dan aspek-aspek teknis lainnya pad a unit sedimentasi primer dapat dilihat oada Tabel 5 hingga Tabel 12, sedangkan gambar rancangan dapat dilihat dalam Gambar 4 hingga Carnbar 8 ..
Karakteristik air limbah awal, lumpur primer dan effluen air limbah hasil olahan
TSS 1577,67 136 78 30
•••
84
PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFE
I'xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
+1
+-+-+--+-+-+-t-+-H-H-t-+-'I-+-i-HH--t-t-;-i-
+1
[image:11.561.69.500.66.324.2]-1--*1
Gambar 3 KurvaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAh i n d e r e d z o n e i n t e r f a c e s e t t l i n g
Tabel 6 Kriteria rancangan zona pengendapan unit sedimentasi primer
:·;;;:,·iA~~j*~~~;~~·~r,~~SF~~or*a·na.hgaii7H~j~.:;t~~~~"if!~fRti.i6~t~;~::;·:
Debit rata-rata tiap basin 0,001 m3/detik
Laju limpasan pada rancangan debit rata-rata 21,312 m3/m2.hari
Rasio panjang : lebar 3:1
Tabel 7Kriteria rancangan unit sedimentasi primer
~~~~~~~~~~~~~~~=
if~r~~#*,,\~~~f#~~~~~tiJDai\~'fig§;-"Gi~$~,"
.-"'.-'.r.,-...; . ..(.~~,., ..;.:.; •.,u.~
,,~~~jI'r~~~atP~,~~1.;.~ ..,' ,~~,.•. ".,~, :_.0" '~A. Jum'ah unit bak sedimentasi B. Debit
1. Total debit puncak saat musim hujan
2. Debit puncak saat musim hujan tiap basin
3.Total debit rata-rata 4. Debit rata-rata tiap unit
S.Laju limpasan
6. Weir loading pada beban puncak 7. Total debit launder dan saluran outlet 8. Debit launder dan saluran outlet tiap unit C. Waktu Detensi
D. Kecepatan aliran di saluran influen E. Kedalaman unit sedimentasi F. Kemiringan dasar unit
~r;p4-"iJi~~~'!
"p' ,:'1 .- " ~ ~ ' .,~ • • • • • •gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA{~ :l.""' • ,
1
0,003 m3/detik 0,0030 m3/detik 0,001 m3/detik 0,001 m3/detik <21,312 m3/m2.hari
<120
m
3/m
2.hari0,003 m3/detik 0,003 m3/detik >2,5 jam
<0,35 m/detik >3m
1,25%
•
• •
85
[image:11.561.34.534.66.731.2]P R O C E E D IN G
N A T IO N A L C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T IO N F O R B E T T E R U F EzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
'~.'
KonsentrasixwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBATSS di influen (gfm3) Persentase removal TSS (%)
Berat jenis lumpur (g/m3) Persentase kadar padatan (%)
Interval pompa (menit)
Siklus pemompaan per basin (menitfsiklus) waktu siklus pompa (menitfsiklus)
3000 80 1,03
4,5 16,5
1,5
18
T a b e l 9 Kriteria kualitas efluen pada unit sedimentasi primer
~<>,,~m~t1~~f~~~t~lW~ggi
";· '· ~ ;~ ~ ~ I["~ ~ j· · ":":? 'i~ t~ ~ ? :~ ;i'~ 1 ,~ $ ~ i~ ~
gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAPersentasi penyisihan BOOs(%) 19
Persentase removal TSS (%) 92
Catatan: Data diperoleh dari hasil pengujian laboratorium
T a b e llO Kriteria kualitasZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAs c u m pada unit sedimentasi primer
~~=
:.·< l}i;~ ~ ;;::;
~~~~t(!g:tif{.Aq~1i'li~1BJ~~jF;fF:~!.;2,~~;~J~Jj,~;;'~;;
Kuantitas s c u m rata-rata (kg/lOOO m3) 8
Berat jenis s c u m (gr/crn'') 0,95
Perbandingan kedua sisi Ketinggian ruang lumpur (m) Kerniringan dasar bak (%) Diameter pipa penguras (m) Jumlah pengurasan dalam sehari Volume lumpur (m3/menit/unit)
1:2
0,75
2
0,35
3
0,0031
1 G e o m e t r i B a s in
Luas permukaan Lebar
Panjang
Kedalaman air rata-rata
Rasio panjang terhadap kedalaman Freeboard
4,05
m2
1,16
m
3,49
m
0,8
m
4,36
m
0,5 m
•••
86PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTERUFE
Kedalaman air dari dasar sampai permukaan basin 1,3 mxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
2 Cek Laju Umpasan
Laju limpasan pada debit rata-rata Laju limpasan pada debit puneak
21,312 m3/m2.hari 63,94 m3/m2.hari 3 Cek Waktu Detensi
Volume basin rata-rata
Waktu detensi pada debit rata-rata Waktu detensi pada debit puncak
3
m
3 0,90 jam 0,30 jamDebit saluran
Dimensi saluran influen
Keeepatan aliran di saluran pada debit puncak 6H
0,003 m3/detik 0,10xO,10
m
0,3 m/detik 0,000003 m
1 Menghitung PanjanggfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAW e ir W e ir lo a d in g pada debit puncak
Debit puncak per unit Panjang weir
Panjang total w e ir p la te W e ir lo a d in g aktual
120 m3/m2.hari
259 m3/hari 2,16 m
2,16
m
120 m3/m2.hari
2 Menghitung Jumlah V-Notch
3 Menghitung Head di atas V -N o tc h pad a debit rata-rata
Jumlah V -n o tc h 63 buah
Debit rata-rata per notch pada kondisi normal Head diatas notch
0,000016 m3/det ik /n o tc h 0,01 m
4 Menghitung Head di atas V -N o tc h pada debit puncak Debit rata-rata per n o tc h pada kondisi normal Head di atas n o tc h
0,000064 m3/detik/ n o tc h 0,018 m
5 Cek Kedalaman N o tc h
Kedalaman total
Kedalaman pada debit maksimum
F re e b o a rd
2em 1,6 cm
lem
6 Menghitung Dimensi Effluen Launder
•••
87PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTERUFE .,-.
LebargfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAla u n d e r (b) Lebar efluen b o x
Diameter pipa outlet
Kedalaman air di efluen b o x
Jarak efluen la u n d e r dari atas efluen b o x
Kedalaman air di effluent launderpada pintu keluar,xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAY2 Debit di tiap la u n d e r pada pintu keluar
Yl
Kedalaman air di akhir saluran Kedalaman total efluen la u n d e r
· 0,1
m
0,2 m
0,1
m
0,2
m
0,09 m 0,11
m
0,002 m3/detik 0,11
m
0,05
m
0,15
m
D. Kuantitas Lumpur SedimentasfPril11et:2:\:~}:,(';·;·."·;/:<,'J 1 Menghitung Kuantitas Lumpur Rata-rata per hari
Jumlah padatan per unit per hari
Jumlah padatan per hari dari semua unit
106,6kg/hari
107 kg/hari 2 Menghitung Volume Lumpur per Basin per Menit
Volume lumpur 0,0016 m
3/menit per unit
3 Menentukan Ukuran dan Siklus Pompa Lumpur Kapasitas pemompaan
Interval siklus untuk seluruh basin
0,02 m3/menit per unit
18 menit per siklus
E.Kualitas Efl uen dari •.Bak Sedimentas[
Priro~r~·¥;<:~:~>tl~:::·1."·
,)!::{~ )'fh':.:1E;tl¥,~;;ff%~1:·;,~~;~~~J'tW
Konsentrasi TSS
Debit influen ke bak sedimentasi primer TSSyang mencapai bak sedimentasi primer TSS pada lumpur primer
___ Volume lumpur primer
86 m3/hari 136 kg/hart
107 kg/hari 2,3 m3/hari
Kuantitas s c u m rata-rata 1 kg/hart
_"G.lrv1~ghitung~Un~llsi
;Ru~ri[~YOOJ)~i:~~~t'~,.~:~·.·,
\1it!7t~$~~~J'~~M;,:;.;~ii,s~~~~.t~\~~i{?;';:~~l""'~. " 1Volume bak dan luas ruang lumpurVolume lumpur total Volume bak lumpur Luas ruang lumpur
2,30 m3/hari/basin 0,46 m3
0,4
m2
2 Dimensi ruang lumpur (trapesium) Jumlah sisi sejajar
Sisi pertama Sisi kedua
kemiringan (s lo p e )
1,98
m
0,66 m 1,32 m 0,03 m
P R O C E E D IN G
N A T IO N A L C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T IO N F O R B E T T E R U F E
3 D e b it d a n la m a p e n g u r a s a nzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
Tinggi tekan tersedia
Kecepatan pembuangan lumpur (v) Luas pipa penguras (A)
Debit pipa penguras (Q)
Lama pengurasanxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA 2,23
m
3,96 m 0,018 m2
0,07 m3/detik
6,36 detik
~
I
I
~=
"I
.:"//.. ..--~
-,
~ ..,.. ,~--I
,<
ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAr . . . , . . ~f=::i
',-..'
-,
IL
I
t---~
I
r
D1D
--
r-
I-- t--t-t---t--.tr:--1---
;. I
gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBArTT
If
1--.'-
I-IT",·
I Ii I
:/.' "'~II
~=
.-
-,
••• 0uJI0I.--1./
'"
I
I
~- -
I
G a m b a r 4 Denah sedimentasi primer
• •
•
89
P R O C E E D IN G
N A T IO N A L C O N F E R E N C E O N C O N S E R V A T IO N F O R B E T T E R U F E
80xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
170zyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
-r
40
G a m b a r 5 Potongan A-A sedimentasi primer
1
,--~I
I
LL:--J~
1_.-JIIS_.1
G a m b a r 6 Potongan B-B sedimentasi primer
•••
90
Jl
PROCEEDING
NATIONAL CONFERENCE ON CONSERVATION FOR BETTER UFEONMLKJIHGFEDCBA
•
xwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA30
L
101<
36
L
10
r:
30 116
.~
I
I
I
I
fofWL-AIIjla....-n.2cmorc.~....-]cm- •••• ---,
I
\
(YO-HI)!;"'-". 2cmc/It.-...- 2an_ •••
..--Il~---
~~-I<RlII..-.2 ••c/lt.NaI<h....-, •• - \
--('MH(RN17~ 02 OBcJt. NaI<h.-.,. 1 "'"...,
_1_
(WD-HI)]~o 2 an IX.-.. •••••• 2an_..-.a
/.
I
J_
tJ
---
G
~7....-n02cmor..M*11 ••••••
,rm_
- -- f-- -- ---~I
2.0 , 010·
~1-~
--
3>
I /~
'"
/
1/
"
-,
gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
I /
""'----(loIoO-M),....-nO2 cmor..M*11•••••• 2 <11'I_
-/1
---lWL-AlljIO....-n.2 cmcIC.
~..,-.3
cm_ .__
..--,. /
/ I
lVoD-M)3...-n02CJ11c1c..."...,-2cm_ ••• -.---...---.----~----_/
I
1
I
[image:17.543.31.507.75.690.2]~ Gambar 7 Denah efluen sedimentasi primer
•.
-TtifJ
---
ZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBAi
-= =
----6-- .'• 'u
'L' -.l
r--
-+~-'. ..JI"~.
--
..---JJ---~-Ltn
L-. I ••.J
~POTONGAN A ••••SlRUKTUR EFLUEN ~ SEDtMENTASI PRIMER (SUIa I : 8)
@POTONGAN ~ STRUKruR EFLUEN ~ SEOIMENTASI PRIMER <SbIa I : 8)
•
•
•
91
..~gfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA
·:r~
ONMLKJIHGFEDCBAP R O C E E D IN G ~
.N .A .T I.O .N .A .L .C O .N .F IiiE• •R .E N .C .E .O .N .C .O .N .S E _ R V .A .T .1 0 IlllN .F .O .R .B .E .I.IE .R .U .F .E .•
,.t
S IM P U L A N 1
Rancangan unit sedimentasi berbentuk re c ta n g u la r (persegi). Berdasarkan hasil perhitungan, .;~ lebar bak sebesar 1,16 meter; panjang bak sebesar 3,49 meter; kedalaman air rata-rata sebesar 0,8 ; ~.~ meter; freeboard sebesar 0,5 meter; laju limpasan pada debit rata-rata sebesar 21,312 m3
/m2
.hari; . waktu detensi padadebit rata-rata sebesar 0,90 jam; dimensi saluran influen untuk panjang sama dengan lebar sebesar 0,10 m; panjang weir sebesar 2,16 m; jumlah V-notch sebanyak 47 buah; lebar launder sebesar 0,1 m; lebar efluen box sebesar 0,2 m; diameter pipa outlet sebesar O,lm; dan jumlah padatan per unit per hari sebesar 106,6 kg/hari.
D A F T A R P U S T A K A
Droste, R, L. 1997. T h e o ry a n d P ra c tic e o f W a te r a n d W a s te w a te r T re a tm e n t, John WillyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA& Sons Inc., New Jersey.
Kurniawan, A. 2013. Konsep Kesetimbangan Massa dan Aliran Hidrolik Model C o m p le te ly M ix e d Pada Unit Pengolahan Air Limbah Industri, P ro s id in g S e m in a r N a s io n a l P e n g e lo la a n S u m b e rd a y a A la m d a n L in g k u n g a n : O p tim a s i P e n g e lo la a n S u m b e rd a y a A la m d a n L in g k u n g a n d a la m M e w u ju d k a n
P e m b a n g u n a n B e rk e la n ju ta n .
Qasim, S. R. 1998. W a s te w a te r T re a tm e n t P la n ts : P la n n in g , D e s ig n , a n d O p e ra tio n , eRC Press, Boca Raton-Florida.
Tchobanoglous, G., Burton, F. L., Stensel, H. D. 2002. W a s te w a te r E n g in e e rin g : T re a tm e n t a n d R e u s e ,
McGraw-Hill, New York.
•••
92 .~