BAB V DIMENSI UNIT UNIT PENGOLAHAN

BAB V

DIMENSI UNIT – UNIT PENGOLAHAN

Berdasarkan hasil analisis pemilihan alternatif, Sistem Kontak Stabilisasi memiliki nilai Present Value Annual Cost yang paling kecil sehingga ditetapkan sebagai alternatif terpilih. Unit – unit yang digunakan pada sistem ini adalah :

• Pengolahan tingkat pertama : bar screen dan grit chamber

• Pengolahan tingkat kedua : tangki kontak, tangki stabilisasi, dan clarifier

• Desinfeksi : bak klorinasi

• Pengolahan lumpur : gravity thickener dan belt filter press.

V.1 Pengolahan Tingkat Pertama V.1.1. Pipa Conduit

Pipa conduit merupakan pipa pembawa air limbah yang berfungsi untuk menyalurkan air limbah menuju IPAL.

a. Kriteria Desain

Kriteria desain pipa conduit terdapat pada Tabel 5.1.

Tabel 5.1. Kriteria Desain Pipa Conduit

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Kecepatan aliran v 0.3-3 m/det Qasim

Koefisien Manning (beton) n 0.011-0.015 - Hammer, 1977 b. Data Perencanaan

• Debit rata – rata : 0,133 m³/detik

• Debit maksimum : 0,188 m³/detik

• Debit minimum : 0,042 m³/detik

• Koefiseien Manning : 0,013

• Kecepatan aliran saat debit maksimum = 3 m/detik V-1

c. Persamaan yang digunakan

• V full = n

1 R^2/3 S^1/2 ... Pers. 5.1 (Qasim, 1985)

• Q full = n 312 .

0 D^8/3 S^1/2 ... Pers 5.2 (Qasim, 1985) Keterangan :

V full = kecepatan aliran pipa pada kondisi penuh (m/det) Q full = debit aliran pada pipa kondisi penuh (m³/det) R = jari-jari hidrolis = D/4

D = diameter pipa (m) S = slope (m/m)

n = koefisien manning (n = 0.013 untuk cast iron pipe)

d. Perhitungan

Direncanakan diameter pipa = 711 mm (28 inchi) dengan slope = 0.00046 m/m

• Q full = n 312 .

0 D^8/3 S^1/2

Q full = (0,711)^8/3 (0,00046)^1/2 013

, 0

312 ,

0 x x = 0,21 m³/det

• V full = n

1 R^2/3 S^1/2

R = ¼ D

V full = )^2/3 (0.00046)^1/2 4

711 , (0 013 , 0

1 x x = 0,52 m/det

Berdasarkan grafik profil hidrolis dari pipa berbentuk lingkaran (Qasim, 1985) : Saat Q maksimum = 0,188 m³/det

Diperoleh dmaks/D = 0,73 dan vmaks/Vfull = 1,15

Maka kedalaman air saat Q maksimum : dmaks = 0,73 x 0,711 m = 0,52 m Kecepatan aliran saat Q peak : vmaks = 1,15 x 0,52 m = 0,6 m/det

Saat Q rata-rata = 0,133 m³/det

Diperoleh drata/D = 0,58 dan vrata/Vfull = 1,07

Maka kedalaman air saat Q rata-rata : drata = 0,58 x 0,711 m = 0,41 m Kecepatan aliran saat Q rata-rata : vrata = 1,07 x 0,52 m = 0,56 m/det Saat Q minimum = 0,042 m³/det

Diperoleh dmin/D = 0,32 dan vmin/Vfull = 0.75

Maka kedalaman air saat Q rata-rata : dmin = 0,32 x 0,711 m = 0,23 m Kecepatan aliran saat Q rata-rata : vmin = 0,75 x 0,52 m = 0,39 m/det

V.1.2 . Bar Screen

Bar Screen berupa kisi – kisi yang terbuat dari batangan besi atau baja yang dipasang sejajar dan membentuk suatu kerangka yang kuat. Bar Screen berfungsi untuk menyisihkan atau menahan benda – benda kasar yang terapung agar tidak mengganggu unit – unit atau pengoperasian peralatan selanjutnya seperti penyumbatan pada valve, perusakan pompa, dan lain-lain. Bar Screen diletakan melintang pada saluran pembawa dengan membentuk sudut dengan dasar saluran tersebut.

Dari segi pemasangannya, terdapat 2 macam Bar Screen yaitu yang tidak dapat dilepas (fixed bar) dan yang dapat dilepas (movable rack). Dengan demikian cara pembersihannya pun ada 2 macam yaitu secara manual atau secara mekanis.

a. Kriteria Desain

Kriteria desain Bar Screen terdapat pada Tabel 5.2.

V-3

Tabel 5.2. Kriteria Desain Bar Screen Besaran

Parameter Manually Cleaned

Mechanically Cleaned

Satuan Sumber

Ukuran Batang

- Lebar 4 - 8 8 - 10 mm Qasim

- Kedalaman 25 - 50 50 - 75 mm Qasim

Jarak antar batang 25 - 75 10 - 50 mm Qasim

Kemiringan terhadap Horizontal 45 - 60 75 - 85 ^o Qasim Kecepatan saat melewati batang 0,3 – 0,6 0,6 – 1,0 m/s Qasim Kecepatan saat mendekati batang 0,6 - 1 0,6 - 1 m/s Metcalf & Eddy

Headloss saat clogging 150 150 mm Qasim

Headloss maksimum saat clogging 800 800 mm Qasim

b. Data Perencanaan

• Debit rata –rata (Qr) : 0,133 m³/detik

• Debit maksimum (Qmaks) : 0,188 m³/detik

• Debit minimum (Qmin) : 0,042 m³/detik

• Direncanakan akan dibangun 2 unit bar screen manually cleaned (1 cadangan)

• Faktor bentuk batang/kirschen (β ) , Bulat : 1,79 (Qasim)

• Jarak bukaan antar batang (b) : 30 mm

• Lebar batang (w) : 6 mm

• Kemiringan terhadap horizontal (θ ) : 45 ^o

• Kecepatan air saat melewati batang saat debit maks (vmaks) : 0,6 m/detik

• Lebar saluran (l) = 0,5 m

• Kedalaman air saat Q maksimum = 0,52 m

c. Persamaan yang digunakan

• L = n w + (n+1) b ….. Pers 5.3 (Qasim, 1985)

• )

2g v ( v Ke h

2 2 2 1 L

= − ….. Pers 5.4 (Qasim, 1985)

(headloss antara pipa conduit dan saluran bar screen)

• ^h_L^=β

( )

^w_b ^{34 ×h}_v ^sinθ ….. Pers 5.5 (Qasim, 1985) (headloss pada rack saat bersih)

• )

7 . 0 ( 1 2

v h v

2 2 rack

L g

= − ….. Pers 5.6 (Qasim, 1985)

(headloss pada rack saat clogging) keterangan :

L = lebar saluran total (m) n = jumlah batang

w = lebar batang (m)

hL = headloss saat melalui rack (m) vrack, = kecepatan saat melalui rack (m/det) v = kecepata saat di saluran pembawa (m/det) b = jarak bukaaan antar batang (m)

hv = head kecepatan aliran (m)

θ = kemiringan batang terhadap horizontal ( ^o ) C = Koefisien discharge

β = faktor bentuk batang

d. Perhitungan 1. Dimensi

• Luas total bukaan batang : A = v

Q maks

= 0,6m/det det / m 0,188 ³

= 0.31 m²

• Jarak bukaan antar batang total : l = d

A =

m 0,52

m 0,31 ²

= 0,6 m

• Direncanakan 20 jumlah bukaan

maka jumlah batang (n) = 20 – 1 = 19 batang

• Lebar saluran (L) : L = n w + (n+1) b

V-5

L = 19 x (0,006 m) +

[

20 x 0,03 m = 0,714 m

]

• Panjang batang yang terendam air : Y = sinα

d =

45 sin

m

0,52 = 0,75 m

• Koefisien Efisiensi

Koefisien Efisiensi = = =

mm mm x an

LebarSalur nTotal LebarBukaa

714 30

20 0,84

Dimensi bar screen terdapat pada Gambar 5.1.

Gambar 5.1. Dimensi Bar Screen 2. Kondisi Bersih

Pembagian section bar screen terdapat pada Gambar 5.2.

Gambar 5.2. Section Bar Screen

Section 1 – section 2

hL

g d v g z

d v

z + + = + + +

2 2

2 2 2 2 2 1 1 1

asumsi :

- Datum acuan adalah dasar saluran (Z2 = 0) - Z1 = 0,05 m di atas datum

- Saluran sebelum dan sesudah bar screen horisontal - Ke = 0,3

Q maksimum : 2g )

v ( v Ke h

2 2 2 1 L

= −

0,05 m + 0,52 m +

2

9,8 x 2

m/det)

(0,6 = 0 + d2 +

2

2 3

9,8 x 2

d x m 0,714

det / m 0,188

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

+

0.3

⎟⎟

⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

−

2

2 3 2

9.8 x 2

d x m 0,714

det / m 0,188

9.8 x 2

m/det) (0,6

d23 – 0,583d 22 + 0,0024 = 0

dari trial and error didapat d2 = 0,57 m maka v2 =

m 0,714 x m 0,57

/det m 0,188 ³

= 0.46 m/det

• Kecepatan aliran saat melewati rack : v = A

Qmaks

= 0,57m x 0,6m det / m 0,188 ³

= 0,55 m/det

• Perhitungan headloss di rack :

( )

^{h sinθ}

β

h_L= ^w_b ³⁴ × _v

hL = 1.79 x ( ) m 0.03

m 0.006 4/3 x

9.8 x 2

m/det)

(0,55 ²

x sin 45⁰ hL = 0.0023 m

V-7

Q rata-rata : 2g )

v ( v Ke h

2 2 2 L 1

= −

0,05 m + 0,41 m +

2

9,8 x 2

m/det) (0,56

= 0 + d2 +

2

2 3

9,8 x 2

d x m 0,714

det / m 0,133

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

+

0.3

⎟⎟

⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛

−

2

2 3 2

9.8 x 2

d x m 0,714

det / m 0,133

9.8 x 2

m/det) (0,56

d23 – 0.,471d 22 + 0,00126 = 0

dari trial and error didapat d2 = 0,46 m maka v2 =

m 0,714 x m 0,46

/det m 0,133 ³

= 0,40 m/det

• Kecepatan aliran saat melewati rack : v = A

Qmaks

= 0,46m x 0,6m det / m 0,133 ³

= 0,54 m/det

• Perhitungan headloss di rack :

( )

^{h sinθ}

β

h_L= ^w_b ³⁴ × _v

hL = 1.79 x ( ) m 0.03

m 0.006 _4/3

x 2x 9.8 m/det)

(0,54 ²

x sin 45⁰ hL = 0.0022 m

Section 2 – section 3 :

hL

g d v g z

d v

z + + = + + +

2 2

2 3 3 3 2 2 2 2

z2 = z3 ; maka :

hL

g d v g

d +v = + +

2 2

2 3 3 2 21 2

Q maksimum

0,57 m +

9.8 x 2

m/det)

(0,46 ²

= d3 +

9.8 x 2

d ) x m 0,714

/det m 0,188

( ²

3 3

+ 0.0023 m d3 3 – 0.579d22 + 0.0035 = 0

dari trial and error didapat d3 = 0,56 m v3 =

m 0,714 x m 0,56

det / m 0,188 ³

= 0,47 m/det Q rata-rata

0,46 m +

9.8 x 2

m/det)

(0,40 ²

= d3 +

9.8 x 2

d ) x m 0,714

/det m 0,133

( ²

3 3

+ 0.0022 m d3 3 – 0,466d22 + 0.0018 = 0

dari trial and error didapat d3 = 0,45 m v3 =

m 0,714 x m 0,45

det / m 0,133 ³

= 0,41 m/det

3. Kondisi 50 % Clogging

Kondisi 50% clogging terjadi ketika bar screen mengalami penyumbatan oleh padatan yang tertahan di bar rack sehingga luas bukaan tertutup sekitar 50 % dari luas bukaan saat kondisi bersih. Hal ini menyebabkan kecepatan aliran saat melewati bar screen meningkat.

Diasumsikan kondisi aliran setelah melewati bar screen pada saat clogging sama dengan pada saat kondisi bersih.

Q maksimum :

• v bukaan’ =

0.5 x ) d' x m (0,6

/det m 0,188

2 3

= d'2

0,63 m/det

• v’2 =

) d' x (0,714

/det m 0,188

2 3

= d'2

0,263

m/det

V-9

Pada kondisi terjadinya clogging, kondisi aliran setelah melewati bar screen (section 3) tidak mengalami perubahan, sehingga kondisi pada saat clogging sama dengan pada saat kondisi bersih.

hL

g d v g

d +v = + +

2 2

' '

2 3 3 2 2 2

7) . 0 ( 1 2

v h v

2 2 rack

L g

= −

d’2 +

9.8 x 2

d' ) 0,263

( ²

2 = 0,56 m +

9.8 x 2

m/det)

(0,47 ²

+ ( 2x 9.8x 0.7 d' ) 0,263 ( d' )

(0,63 ²

2 2

2

−

) d’23 – 0,571 d’22 – 0.021 = 0

dari trial and error didapat d’2 = 0,58 m

• v’2 =

m 0,714 x m 0,58

/det m 0,188 ³

= 0.45 m/det

• v’ bukaan = 0,58

0,63 = 1,09 m/det

• Head loss =

0.7 x 9.8 x 2

0,58 ) 0,263 ( 0.58)

(0,63 ²− ²

= 0.071 m

Q rata-rata :

• v bukaan’ =

0.5 x ) d' x m (0,6

/det m 0,133

2 3

= d'2

0,44 m/det

• v’2 =

) d' x (0,714

/det m 0,133

2 3

= d'2

0,186

m/det

d’2 +

9.8 x 2

d' ) 0,186

( ²

2 = 0,45 m +

9.8 x 2

m/det)

(0,41 ²

+ ( 2x 9.8x 0.7 d' ) 0,186 ( d' )

(0,44 ²

2 2

2

−

) d’23 – 0,459 d’22 – 0.01 = 0

dari trial and error didapat d’2 = 0,5 m

• v’2 =

m 0,714 x m 0,5

/det m 0,133 ³

= 0.37 m/det

• v’ bukaan = 0,5

0,44 = 0.88 m/det

• Head loss =

0.7 x 9.8 x 2

0,5 ) 0,186 ( 0,5 )

(0,44 ²− ²

= 0.046 m

4. Kondisi aliran saat jatuh bebas

• Kedalaman kritis (dc)

2 / 3

xdc

g Lx Q =

dc =

3 / 3 2

det / 8 , 9 714 , 0

det / 188 ,

0 ⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛

ik m m

ik

m = 0,19 m

• Kecepatan kritis Vc =

19 , 0 714 , 0

188 , 0

x = 1,39 m/detik

• Ketinggian saluran di area free fall

L c c

c h

g d v z g z

d v

z + + = + + + +

) 2 2 (

2 3

2 3 3 3

Dengan mengabaikan headloss yang terjadi, ketinggian saluran di area jatuh bebas dapat dihitung sebagai berikut :

0 + 0,56 + 8 , 9 2

47 , 0 ²

x = (0 + zc) + 0,19 +

81 , 9 2

39 , 1 ²

x zc = 0,28 m

Direncanakan lebar ambang = 6 x dc = 6 x 0,19 = 1,14 m

5. Jumlah padatan yang tersaring

Berdasarkan grafik pada (Qasim, 1985) bahwa dengan lebar bukaan 3 cm maka jumlah padatan yang tersaring adalah 15 m³/10⁶ m³ debit rata-rata yang diolah dan 28 m³/10⁶ m³ debit maksimum yang diolah.

V-11

Saat Q rata-rata :

Jumlah padatan tersaring = 15 m³/10⁶ m³ x 0,133 m³/det x 86400 det/hari = 0,173 m³/hari

Saat Q maksimum :

Jumlah padatan tersaring = 28 m³/10⁶ m³ x 0,188 m³/det x 86400 det/hari = 0.455 m³/hari

e. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi dan profil hidrolis bar screen terdapat pada Tabel 5.3. dan Tabel 5.4.

Tabel 5.3. Rekapitulasi Dimensi Bar Screen Parameter Besaran Satuan

Jumlah unit 1 unit

Lebar saluran 0.714 m

Lebar bukaan total 0.6 m

Jumlah batang 19 batang

Jumlah bukaan 20 bukaan

Kedalaman saluran 1 m

Tabel 5.4. Rekapitulasi Profil Hidrolis Bar Screen Sebelum

Melewati Rack

Setelah Melewati Rack Kondisi

Kedalaman (m)

Kecepatan (m/det)

Kecepatan saat melewati

rack (m/det)

Kedalaman (m)

Kecepatan (m/det)

Head loss (m)

Qmaks 0,57 0,46 0,55 0,56 0,47 0,0023

Bersih

Q rata 0,46 040 0,54 0,45 0,41 0,0022

Qmaks 0,58 0,45 1,09 0,56 0,47 0,071

50%

clogging Q rata 0,5 0,37 0,88 0,45 0,41 0,046

V.1.3 Sumur Pengumpul dan Stasiun Pompa

Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air buangan dari bar screen untuk kemudian dipompakan ke grit chamber dan unit pengolahan lainnya.

Lamanya air buangan berada di dalam Sumur pengumpul harus kurang dari 30 menit (Metcalf, 1991) untuk mencegah terjadinya pengendapan dan dekomposisi air buangan.

a. Kriteria Desain

Kriteria desain Sumur pengumpul dan stasiun pompa terdapat pada Tabel 5.5.

Tabel 5.5. Kriteria Desain Sumur Pengumpul dan Stasiun Pompa Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber Waktu detensi td 5 – 30 menit Metcalf & Eddy, 1991 Kecepatan aliran v 0.3 – 3 m/det Qasim, 1985

Slope bak pengumpul S 1 : 1 - Qasim, 1985

b. Data Perencanaan

• Qrata-rata (Qr) : 0,133 m³/detik

• Qmaks : 0,188 m³/detik

• Qmin : 0,042 m³/detik

• Waktu detensi : 10 menit

• Efisiensi pompa (η) : 75 %

• Koefisien kekasaran © : 100 c. Persamaan yang digunakan

• Q = 0.2785 C D^2.63 S^0.54 ….. Pers 5.7 (Qasim, 1985) (Persamaan Hazen Williams)

keterangan : C = koefisien kekasaran pipa D = diameter pipa (m) S = slope (m/m) =

L h_f

hf = headloss pada pipa akibat friksi (m) L = panjang pipa (m)

V-13

• TDH = Hstat + hf + hm + hv ….. Pers 5.8 (Qasim, 1985) keterangan : Hs = total head statis (m)

hm = k g v 2

2

= headloss minor (m)

hv = g v 2

2

= head kecepatan (m) k = koefisien headloss

v = kecepatan aliran (m/det)

g = percepatan gravitasi (9.8 m/det²)

• hL = hf + hm + hv ... Pers 5.9 (Qasim, 1985) keterangan : hL = headloss total (m)

d. Perhitungan

1. Dimensi Sumur pengumpul

Sumurpengumpul di desain berbentuk persegi empat.

• Volume Sumur (V) :

Dalam perhitungan volume sumur pengumpul, digunakan pendekatan : V = (Qmaks – Qmin) x td

V = Q x td = (0,188 – 0,042) m³/detik x 10 menit x 60 detik/menit V = 87,6 m³

• Direncanakan Sumur berbentuk bujur sangkar dengan panjang = 7 m dan lebar = 7 m

luas permukaan (As) =7 m x 7 m = 49 m²

• Kedalaman Sumur : H =

As

V = ₂

3

49 6 , 87

m

m = 1,8 m

• Freeboard = 0,7 meter.

• Ketinggian muka air saat debit maksimum sesaat : Hmax =

As Qr x t_d

= ³ ₂ =

49

min det/

60 min 10 det / 188 , 0

m x x

m 2,3 m

• Ketinggian muka air saat debit rata-rata : Hrata =

As x t Q_{min d}

= ³ ₂ =

49

min det/

60 min 10 det / 133 , 0

m x x

m 1,63 m

• Ketinggian muka air saat debit minimum sesaat : hmin =

As x t Q_{min d}

= ³ ₂ =

49

min det/

60 min 10 det / 042 , 0

m x x

m 0,52 m

2. Stasiun Pompa

• Pompa yang dipergunakan berfungsi untuk menaikkan air buangan dari sumur pengumpul agar konstruksi pengolahan selanjutnya dapat dilakukan di atas permukaan tanah dan pengaliran selanjutnya dapat dilakukan secara gravitasi. Hal ini akan mengurangi biaya investasi untuk pembangunan konstruksi bawah tanah yang lebih mahal dan selain itu dapat mengurangi penggunaan pompa

• Stasiun pompa akan menggunakan tipe dry well dengan menggunakan pompa centifugal dengan debit pemompaan konstan dan tidak tergantung pada elevasi permukaan air .

• Stasiun pompa terdiri dari 3 unit pompa dimana 2 operasi dan 1 cadangan . Pompa disusun secara paralel sepanjang lebar bak pengumpul dengan diameter pipa pada setiap pompa 10 “ (0,26 m) yang kemudian akan masuk ke pipa header dengan diameter 14 “ (0,356 m)

• Air buangan akan dipompakan dari sumur pengumpul dengan debit rata- rata.

Debit pompa dan kecepatan aliran dalam pipa cabang : q = 0,133 m³/det / 2 = 0.067m³/det

v =

2 2 14 3,14 0,26

067 , 0

14 D x x

Q =

π = 1,26 m/det

Debit pompa dan kecepatan aliran dalam pipa header : q = 0,133 m³/det

V-15

v =

2 2 14 3,14 0,356

133 , 0

14 D x x

Q =

π = 1,34 m/det

Dalam perhitungan headloss mayor dan minor dgunakan kecepatan pada pipa header

• Head pompa yang dibutuhkan : TDH = Hstat + hf + hm + hv

• H Statis = elevasi muka air di influen grit chamber – elevasi muka air minimum di sumur pengumpul

= 654,59 m – 647,22 m = 7,37

• hf = xL

xCxD

Q ^0,54

1 63 ,

2785 2

,

0 ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ ; dengan C = 100, diameter pipa 14” (0,356

m).

hf = 0,16 m

• hm = k g v 2

2

Hasil perhitungan headloss minor akibat aksesoris pipa terdapat pada Tabel 5.6.

Tabel 5.6. Perhitungan Headloss minor Pipa Pemompaan Aksesoris pipa Jumlah k v (m/det) h_L (m) saat masuk pipa 1 0,5 1,34 0,046 saat keluar pipa 1 1 1,34 0,092

Elbow 90⁰ 5 0,5 1,34 0,23

Y tee 3 1,8 1.34 0,5

Check valve 1 2,5 1,34 0,23 Gate valve 2 0,15 1,34 0,028

lain-lain - - - 0,01

Total 1,14

• hv = g v 2

2

= 0,092

• Head pompa yang diperlukan = 7,37 + 0,16 + 1,14 + 0,092 = 8,8 m

e. Rekapitulasi

Rekapitulasi perhitungan dimensi Sumur pengumpul terdapat pada Tabel 5.7.

Tabel 5.7. Rekapitulasi Dimensi Sumur Pengumpul Parameter Besaran Satuan

Jumlah bak 1 unit

Panjang 7 m

Lebar 7 m

Kedalaman 1,8 m

Free board 0,7 m

V.1.4 Grit Chamber

Grit Chamber berfungsi untuk memisahkan pasir, kerikil atau partikel kasar lainnya yang mempunyai kecepatan mengendap lebih besar dari zat organik yang terbawa dalam aliran air buangan sehingga dapat mencegah kerusakan pada peralatan mekanis, penyumbatan pipa, pengendapan pada saluran, dan mengurangi akumulasi inert material pada unit pengolahan

Pada pengoperasian unit ini, pengaturan kecepatan aliran (kecepatan horizontal) sangat penting. Apabila kecepatan horizontal lebih besar dari 1,25 fps (3,75 cm/detik) maka sebagian pasir akan terbawa oleh aliran masuk ke unit berikutnya. Sedangkan bila kecepatan horizontal lebih kecil dari 0,75 fps (2,25 cm/detik), maka bahan-bahan organik akan turut terendapkan sehingga dapat mengakibatkan pembusukan. Oleh karena itu, kecepatan aliran pada Grit Chamber didesain agar konstan mendekati 1 fps atau 0,3 m/detik (Parker, 1978). Kecepatan ini cukup untuk membiarkan partikel grit mengendap sementara itu partikel organik akan turut terbawa aliran melewati bak. Pengatur kecepatan yang digunakan pada perencanaan ini adalah proporsional weir yang dipasang pada akhir grit chamber.

a. Kriteria Desain

Kriteria desain Grit Chamber terdapat pada Tabel 5.8.

V-17

Tabel 5.8. Kriteria Desain Grit Chamber

Parameter Simbol Besaran Satuan Sumber

Kecepatan horizontal Vh 0,25 - 0,4 (0,3) m/s Metcalf & Eddy Waktu detensi td 45 - 90 (60) detik Metcalf & Eddy Overflow rate saat Q maks OR 0.021-0.023 m³/m² det Reynold

Volume pasir Vp 0,025 - 0,1 m³/10³m³ab Elwyn E. Seelye b. Data Perencanaan

• Direncanakan akan dibangun 2 unit Horizontal Grit Chamber (1 cadangan)

• Volume pasir yang terendapkan : 0,05 m³/10³ m³ air buangan

• Qrata-rata : 0,133 m³/detik

• Kecepatan Horizontal (Vh) : 0,3 m/detik

• Overflow rate (OR) : 0,021 m³/m²/detik

• Waktu detensi (td) : 45 detik

c. Persamaan yang digunakan

• OR = As

Q ….. Pers 5.10 (Qasim, 1985)

keterangan : OR = overflow rate (m³/m² hari) Q = debit (m³/det)

As = Luas permukaan chamber (m²)

• h_L

g v g

∆Z =v − +

2 2

2 2 2

1 ... Pers 5.11 (Qasim, 1985)

keterangan : Z∆ = perbedaan elevasi antara struktur influen dan chamber (m)

hL = headloss (m)

• x L

R n x hL v

2

3 2 ⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

=⎛ ….. Pers 5.12 (Giles, 1977)

(persamaan Manning)

d w R wxd

+2

=

keterangan : hL = headloss (m)

v = kecepatan aliran (m/detik) n = koefisien manning

R = jari – jari hidraulik L = panjang saluran (m)

w = lebar saluran (m)

d = kedalaman air dalam saluran (m)

• Q = Cd A 2gh_L ….. Pers 5.13 (Qasim, 1985) Keterangan : Q = debit melalui orifice (m³/detik)

Cd = koefisien discharge

A = Luas penampang orifice (m²) hL = Head loss (m)

g = percepatan gravitasi (9.8 m/det²)

• Persamaan Proportional weir : b =

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − )

3 h a ( a 4.97

Q

1/2

….. Pers 5.14

x/b =

a arc.tan y 1 2⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

−⎛

π …..Pers 5.15 (Discharge Measurement Structures, Oxford)

keterangan : Q = debit melalui weir (m³/detik) h = head diatas weir (m)

x = lebar bukaan weir pada tinggi tenggorokan y (m) b = lebar dasar plat proportional weir (m)

y = tinggi tenggorokan weir (m) a = tinggi dasar weir (m)

• y1 =

2 2 2 2

2

2 y g b (q'L N)

y + ….. Pers 5.16 (Qasim, 1985) keterangan : y1 = kedalaman air di upstream end (m)

y2 = kedalaman ar di saluran pada jarak L dari upstream end (m)

V-19

q’ = debit setiap panjang weir (m³/det . m) b = lebar saluran efluen (m)

N = jumlah sisi weir yang menerima aliran g = percepatan gravitasi (9.8 m/det²)

d. Perhitungan 1. Dimensi

• Volume bak :

V = Q x td = 0,133 m³/detik x 45 detik = 6 m³

• Luas permukaan chamber : As =

021 , 0

133 ,

= 0 OR Q_maks

= 6,3 m²

• Luas melintang chamber : Ac =

3 , 0

133 ,

= 0 Vh Q_maks

= 0,45 m²

• Panjang bak (p) :

p = ₂

3

45 , 0

6 m m

AcV = = 13,3 m

• Lebar bak (l) : l =

m m p

As

3 , 13

3 ,

6 ²

= = 0,5 m

• Kedalaman air (h) :

h = = =

5 , 0

45 , 0 l

Ac 0,9 m

• Volume bak aktual :

V = p x l x h = 13,3 m x 0,5 m x 0,9m = 6 m³

2. Grit

• Volume pasir yang disisihkan :

Volume pasir yang disisihkan direncanakan 0,05 m³/10³ m³ air buangan

Qg = Qr x 0,05 m³/10³ m³ air buangan

= 0,133 m³/detik x 0,05 m³/10³ m³ x 86400 detik/hari = 0,6 m³/hari

• Dimensi ruang pasir :

Direncanakan kedalaman ruang pasir 30 cm Volume = 1/2x (13,5 x 0,3) x 0,7 = 1,4 m³

• Periode pembuangan pasir :

T = = =

6 , 0

4 , 1 Qg

V 2 hari

• Grit dibuang menuju ruang pasir dengan menggunakan pipa berdiameter 5 inchi.

3. Struktur influen

Influen grit chamber terdiri dari pipa inlet dari sumur pengumpul berukuran 14 “ (0,356 m), saluran influen dengan lebar 0,5 m. Saluran tersebut memiliki dua buah orifice berukuran 0,4 m x 0,4 m untuk mengalirkan air buangan kolam grit chamber yang beroperasi yang masing masing dilengkapi oleh sluice gate untuk menutup aliran menuju grit chamber yang tidak beroperasi (cadangan).

• Headloss

- head loss pada struktur influen

Headloss pada struktur influen dihitung dengan menggunakan persamaan :

hL

g v g

Z = v − +

∆ 2 2

2 2 2 1

v1 merupakan kecepatan sebelum sluice gate (di dalam saluran influen)

= 0,5 0,8 ( . . . . )

det / 133 ,

0 ³

saluran dlm

air kedalaman asumsi

m mx

ik

m = 0,33m/s

v2 merupakan kecepatan setelah sluice gate (di dalam grit chanber) = 0,3 m/s

V-21

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ −

g v v

2

2 2 2

1 = _⎟⎟

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

8 , 9 2

3 , 0 33 ,

0 ^{2 2}

x = 0,001m (sangat kecil,sehingga diabaikan) hL

Z =

∆

Q = Cd A 2gh_L ; Cd = 0,61

2 2 3

/ 8 , 9 2 4 , 0 4 , 0 61 , 0

det / 133 , 0

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

=⎛

∆ x mx m x m s

ik

Z m = 0,1 m

- head loss melalui grit chamber

x L

R n x hL v

2

3 2 ⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

=⎛

w d

R wxd +2

= =

(

x m

)

m

m x m

9 , 0 2 5

, 0

9 , 0 5 , 0

+ = 0,2 m

x L

R n x hL v

2

3 2 ⎟⎟

⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

=⎛ = m x x m

3 , 13 2

, 0

013 , 0 det / 3 , 0

2

3

2 ⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎜

⎝

⎛

= 0,0017 m

4. Struktur Efluen

Struktut efluen grit chamber terdiri dari Proporsional Weir, bak effluen, dan pipa outlet dengan ukuran 20 ” (508 mm) . Bak efluen memiliki ukuran 1 m x 1,3 m.

a) Dimensi proporsional weir

• Q = 0,133m³/det = 4,7 cfs

• Ketinggian weir crest dari dasar bak = 0 m atau ≥ 0,15 m (Oxford & IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures). Ketinggian Weir Crest di desain 0,5 m dari dasar bak.

• Ketinggian air pada weir h = 0,9 m – 0,5 m = 0,4 m = 1,31 ft

• Direncanakan tinggi dasar weir : a = 0,1 m = 0,33 ft

• Tinggi tenggorokan weir y = 0.12 m = 0.4 ft

• Lebar dasar pelat weir:

⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

=4.97 ² 3

1 a

h b a

Q Æ

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ −

= 97 3 .

4 ²

1 a

h a b Q

b = 1,37 ft = 0,42 m

• Sisa ruang di masing – masing weir:

(w – b)/2 = (0.5 m – 0.42 m)/2 = 0,04 m

• y/a = 0,12/0,1 = 1,2

• x/b = 2 .tan 1,2

1 tan

2 .

1 arc

a

arc y ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

−⎛

⎟ =

⎠

⎜ ⎞

⎝

−⎛

π

π ^{= 0,44}

• maka x = 0.44x 0,42 m = 0,19 m

• Perbedaan ketinggian weir crest muka air di saluran effluen 0,05 m (Oxford & IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures).

Perbedaan ketinggian weir crest muka air di saluran effluen direncanakan 0,1 m

≥

b) Dimensi Saluran efluen dan pipa outlet:

Kecepatan air dalam pipa outlet : V = Q/A

=

2 3

406 , 0 14 , 4 3 1

det / 133 , 0

x x

ik

m = 1,03 m/s

Headloss saat memasuki pipa outlet : Asumsi , k = 0,5

= k g v 2

2

= 0,5 8 , 9 2

03 , 1 ²

x = 0,03 m

• Direncanakan kedalaman air tengah saluran effluen (y2) = 0,4 m

• Panjang weir (L) = 0,42 m

• q’ = Q/L = 0,133/0,42 = 0,32 m³/det

• Jumlah ambang penerima (N) = 1

• Lebar bak efluen (b) = 1 m Maka :

V-23

( )

2 2 2 2

2 1

' 2

y gb

LN y q

y = +

( )

₌

+

= 9.81 1 0.4 1 42 , 0 32 , 0 4 2 .

0 ₂

2 2

1 x x

x

y x 0,41 m

Kedalaman total saluran ditambah 12 % untuk friction losses dan 15 cm untuk free fall

• Kedalaman total saluran = 0,41 m + 12% (0,41) + 0.15 m

= 0.61 m

e. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi grit chamber terdapat pada Tabel 5.9.

Tabel 5.9. Rekapitulasi Dimensi Grit Chamber Parameter Besaran Satuan

Jumlah unit 2 unit

Panjang bak 13,3 m

Lebar bak 0,5 m

Kedalaman 0,9 m

freeboard 0,8 m

V.1.5. Bak Distribusi Air Buangan I

Bak distribusi Air Buangan I berfungsi untuk mengumpulkan aliran air buangan dari grit chamber, aliran resirkulasi dari tanki stabilisasi, dan aliran supernatan dari belt filter press dan gravity thickener dan kemudian mengalirkannya menuju tanki kontak.

a Data Perencanaan

• Debit Resirkulasi = 0,075 m³/detik

• Debit rata – rata (Qr) = (0,15 + 0,075) = 0,225 m³/detik

• Waktu detensi = 35 detik

b. Persamaan yang digunakan Q = 3

2 Cd L’ 2gH ³ ... Pers 5.17 (Qasim, 1985)

keterangan : H = head melalui weir (m) C = koefisien discharge L’ = L – 0.2H

L = panjang weir (m)

c. Perhitungan 1. Dimensi

• Volume bak saat Q maksimum : V = 0,225 m³/det x 35 det = 8 m³

• Direncanakan dimensi tangki ( p x l ) = 2 m x 2,5 m maka kedalaman air maksimum di bak distribusi (dmaks) :

dmaks = 8 m³ / 5 m² = 1,6 m

free board = 0,6 m maka ketinggian total bak = 2,2 m

2. Struktur Influen

Struktur influen terdiri dari pipa yang berasal dari tangki stabilisasi berdiameter 356 mm (14 inchi), pipa yang berasal dari grit chamber berdiameter 508 mm (20 inchi), dan pipa yang berasal dari bak distribusi supernatan berdiameter 102 mm (4 inchi).

3. Stuktur Efluen

Struktur efluen terdiri rectangular weir dengan panjang 0,5 m , 3 box efluen dan pipa yang akan mengalirkan air buangan ke tanki kontak dengan diameter 406 mm (16 inchi).

• Head di atas weir (Cd = 0,624)

Debit rata-rata tiap weir = 0,225 m³/detik /3 = 0,075 m³/detik asumsi L’ = 0,46 m

V-25

hL =

3 2

2 2

3 ^/

g Cd L' x Q

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡

hL =

3 2

8 , 9 2 46 , 0 624 , 0

075 , 0 2

3 ^/

x m

x x ⎥

⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡ = 0,2 m

L ‘ = 0,5 m – ( 0,2 x 0,2 m) =0 ,46 m (sesuai dengan asumsi awal) Ketinggian weir crest = 1,6 m – 0,2 m = 1,4 m

• Box efluen memiliki dimensi p x l = 0,7 m x 0,7 m dengan waktu detensi 3 detik.

• Volume tiap box efluen = 0.075 m³/detik x 3 detik = 0,225 m³

• kedalaman air di box efluen =

m mx

m 7 , 0 7 , 0

225 ,

0 ³

= 0,46 m

• Beda tinggi dasar bak dengan weir crest ≥ 0,3 m dan beda tinggi muka air di box effluen dengan weir crest 0,05 m (Oxford & IBH Publishing Co, Discharge Measurement Structures).

≥

Perbedaan tinggi muka air dengan weir crest = 0,1 m

d. Rekapitulasi

Rekapitulasi dimensi bak distribusi Air Buangan I terdapat pada Tabel 5.10.

Tabel 5.10. Rekapitulasi Dimensi Bak Distribusi Air Buangan I

Parameter Besaran Satuan

Jumlah bak 1 unit

Panjang 2 m

Lebar 2,5 m

Kedalaman 1,6 m

Free board 0,6 m

V.2. Pengolahan Tingkat Kedua

V.2.1 Activated Sludge (Proses Kontak Stabilisasi)

Kontak Stabilisasi merupakan modifikasi dari proses lumpur aktif yang mempunyai dua buah tanki aerasi yaitu tanki kontak dan tanki stabilisasi Tangki kontak mempunyai waktu detensi yang cukup singkat 0,5 – 1 jam (Qasim, 1985).

Waktu detensi yang singkat pada tanki kontak dikarenakan tanki kontak hanya ditujukan untuk transfer fasa substrat dari fasa cair menjadi fasa padat. Waktu kontak yang dibutuhkan tergantung pada konsentrasi solid dan tingkat penyisihan BOD yang direncanakan. Effluen dari tangki kontak dialirkan ke Clarifier dimana terjadi pemisahan antara bioflok dengan air hasil olahan, lalu bioflok tersebut sebagian dibuang dan sebagian lagi dialirkan kembali ke tanki stabilisasi sebagai aliran resirkulasi.

Pada tanki stabilisasi terjadi proses stabilisasi yaitu oksidasi materi organik yang telah diadsorbsi pada permukaan biomassa di tanki kontak. Waktu detensi di tanki stabilisasi berkisar antara 3 – 6 jam (Qasim, 1985), tergantung pada waktu yang dibutuhkan agar semua substrat yang memasuki tanki stabilisasi telah dioksidasi seluruhnya. Aliran yang keluar dari tanki stabilisasi di desain tidak lagi mengandung materi organik sehingga bioflok mengalami kondisi endogenous dan ketika di alirkan kembali ke tanki kontak maka bioflok tersebut akan siap untuk mengoksidasi kembali substrat. Skema aliran proses Kontak Stabilisasi dapat dilihat pada Gambar 5.3 berikut.

Gambar 5.3. Skema Aliran Proses Kontak Stabilisasi V-27

a. Kriteria Desain

Kriteria Desain Tanki Kontak Stabilisasi terdapat pada Tabel 5.11.

Tabel 5.11. Kriteria Desain Tanki Kontak Stabilisasi

Parameter Besaran Satuan Sumber

Umur Sel (θc) 5 – 15 Hari Metcalf & Eddy, 1991

F/M 0,2 – 0,6 Hari -1 Metcalf & Eddy, 1991

MLSS

- Tangki Kontak 1000 – 4000 mg/l Syed R Qasim - Tangki Stabilisasi 4000 – 10000 mg/l Syed R Qasim

Koefisien Kematian (b) 0.002-0.004 jam-1 Metcalf & Eddy, 1991 Koefisien Decay (kd) 0,03 – 0,07 Hari -1 Syed R Qasim

Koefisien Pertumbuhan (Y) 0,4 – 0,8 Metcalf & Eddy, 1991

Waktu Detensi (td)

- Tangki kontak 0,5 – 1 Jam Metcalf & Eddy, 1991 - Tangki Stabilisasi 3 – 6 Jam Metcalf & Eddy, 1991

Resirkulasi 0,5 – 1,5 Metcalf & Eddy, 1991

MLVSS : MLSS 0,75 – 0,85 Syed R Qasim

Konsentrasi Solid Lumpur 0,8 – 2,5 % Metcalf & Eddy, 1991 Volumetrik Loading 0,96 – 1,6 Kg/m2.hari Metcalf & Eddy, 1991 Kecepatan Pertumbuhan

Spesifik maksimum (µm) 0,31 – 0,77 ri jam -1 Grady & Lim, 1980 Konsentrasi Substrat ½µm (Ks) 40 – 120 mg/l Syed R Qasim

b. Data Perencanaan

Karakteristik limbah yang masuk ke tangki kontak dan tangki stabilisasi berdasarkan dari hasil perhitungan kesetimbangan massa adalah seperti Tabel 5.12.

Tabel 5.12. Hasil Perhitungan Kesetimbangan Massa Iterasi III

Debit BOD₅ TSS

Kondisi

m³/hari m³/detik kg/hari mg/L kg/hari mg/L Debit rata-rata 12076 0.140 4497 372 4184 346

Perhitungan kesetimbangan massa banyak dilakukan asumsi-asumsi yang merupakan proses pendekatan terhadap kondisi aktual. Untuk desain unit pengolahan biologis dan selanjutnya perlu ditambahkan penambahan nilai sebesar 5 – 10 % (Qasim, 1985).

• Direncanakan akan dibangun 3 unit tanki kontak dan 3 unit tanki stabilisasi

• Koefisien Pertumbuhan (Y) = 0,4 Mg VSS/mg BOD5

• Qr = 0,150 m³/detik

• TSS influen = 370 mg/l

• BOD influen (So) = 400 mg/l

• BOD effluen (Se) = 80 mg/l

• Rasio resirkulasi = 50 %

• MLVSS/MLSS = 0,8

• BOD5/BODL = 0,68

• Koefisien Decay (Kd) = 0,04 hari^-1

• Koefisien Kematian (b) = 0,003 jam^-1

• k = 2 hari ^-1

• Konsentrasi substrat (Ks) = 100 mg/l

• Koefisien pertumbuhan max

( )

µm = 0,3 /jam

• Biodegradable/Biological effluen solid = 0,65

c. Persamaan yang digunakan

• µc = µm

S Ks

S

+ ... Pers 5.18 (Grady & Lim, 1980) keterangan :

µc =koefisien pertumbuhan spesifik pada tangki kontak (jam^-1) Ks = konsentrasi substrat saat ½ v maks (jam^-1)

S = konsentrasi efluen tangki kontak (mg/L)

µm = koefisien peetumbuhan spesifik maksimum (jam^-1)

• ν c =

c Kd c b 1

c b 1

θ θ

θ + +

+ ... Pers 5.19 (Grady & Lim, 1980)

keterangan :

ν c = kemungkinan sel dapat hidup di tangki kontak Kd = koefisien penguraian (jam^-1)

V-29

θ c = umur lumpur (jam) b = koefisien kematian (jam^-1)

• λ =

c c 1/ c -b

ν µ

θ ν µ

c

c −

... Pers 5.20 (Grady & Lim, 1980) keterangan: λ = fraksi sel dalam tangki stabilisasi

• Γ = 1 - λ ... Pers 5.21 (Grady & Lim, 1980) keterangan : Γ = fraksi sel dalam tangki kontak

• XcVc =

c cν µ

S) - (So Y

Q ... Pers 5.22 (Grady & Lim, 1980)

keterangan : XcVc = jumlah solid yang dihasilkan tangki kontak (mg) So = konsentrasi substrat masuk ke tangki kontak (mg/L) Y = koefisien pertumbuhan

Q = debit influen (m³/hari)

Xc = konsentrasi biomassa dalam tangki kontak (mg/L) Vc = volume tangki kontak (m³)

• Vs = λ λ

− 1 x

Xs

VcXc ... Pers 5.23 (Grady & Lim, 1980) keterangan : Vs = volume tangki stabilisasi (m³)

Xs = konsentrasi biomassa dalam tangki stabilisasi (m³)

• F/M =

Sc Ks k Sc

+ ... Pers 5.24 (Qasim, 1985) keterangan : F/M = rasio food dan mikroorganisme (hari^-1)

• Θc =

Kd M F Y( / )−

1 ... Pers 5.25 (Qasim, 1985)

keterangan : θ c = umur lumpur (hari)

• Y observasi (Yobs) =

) . 1

( kd c Y

θ

+ ... Pers 5.26 (Randall, 1980) keterangan : Yobs = Y hasil pengamatan (g/g)

• Px = Yobs Q (So-S) ….. Pers 5.27 (Randall, 1980) keterangan : Px = pertambahan MLVSS (kg/hari)

• Orc = 8.34 Q (1-1.42Y)((1-f )(So)-S)) +

[ ] [

8.34 x 1.42 Kd Vc Xc

]

... Pers 5.28 (Randall, 1980)

keterangan : Orc = kebutuhan oksigen tangki kontak (kg/hari)

• Ors =

[

(1-1.42Y)(8.34 Q f So + 8.34 R Q S) + (8.34 Kd Xs Vs)

]

... Pers 5.29 (Randall, 1980)

keterangan : Ors = kebutuhan oksigen tangki stabilisasi (kg/hari)

• SOR (kg/hari) =

[

^{(C'swβFa−C)ORc/Csw}

]

^{(1,024)T 20− X}

... Pers 5.30 (Qasim, 1985)

keterangan : Orc = Kebutuhan oksigen teoritis tanki kontak (kg/hari) C’sw = Konsentrasi oksigen pada temperatur lapangan

(mg/l)

Csw = Konsentrasi oksigen pada temperatur standar β = Faktor tegangan permukaan (tergantung salinitas) C = DO minimum yang didesain dalam tangki

X = Faktor koreksi transfer oksigen

Fa = Faktor koreksi kelarutan oksigen terhadap ketinggian

T = Temperatur rata-rata air limbah pada kondisi lapangan

• T =

Q Af

Ti Q Ta Af

+ + .

. ... Pers 5.31 (Qasim, 1985)

keterangan : A = Luas permukaan tanki (m²) f = Faktor Proporsional

Ta = Temperatur ambien rata-rata Ti = Temperatur influen rata-rata

V-31

d. Perhitungan

1. Konsentrasi BOD5 Effluen:

• Biodegradable solid dalam effluen solid :

= Se x 0,65 = 80 x 0,65 = 52 mg/l

• BODL dari Biodegradable effluen solid :

= 52 x 1,42 = 73,84 mg/l

• BOD5 dari effluen suspended solid :

= 73,84 x 0,68 = 50,2 mg/l

• BOD5 terlarut dalam effluen :

= 80 – 50,2 = 29,8 mg/l

2. Efisiensi Pengolahan

• Efisiensi pengolahan berdasarkan BOD5 terlarut :

− =

= 100%

/ 400

/ 8 , 29 /

400 x

l mg

l mg l

Efisiensi mg 93 %

• Efisiensi pengolahan Total :

− =

= 100%

/ 400

/ 80 /

400 x

l mg

l mg l

Efisiensi mg 80 %

3. Kinetika Biologis

• Kecepatan Pertumbuhan Spesifik dalam tanki kontak

( )

µ : c Sc

Ks m Sc

c=µ +

µ = 0,3

8 , 29 100

8 , 29

+ = 0,07/jam

• Rasio F/M F/M =

Sc Ks k Sc

+ = 2 x

8 , 29 100

8 , 29

+ = 0,46 hari^-1 (memenuhi)

• Umur lumpur (Θc) Θc =

Kd M F Y( / )−

1 =

) 04 , 0 ) 46 , 0 ( 4 , 0

1

−

x = 7 hari (memenuhi)

• Kemungkinan sel hidup dalam tanki kontak (vc):

vc =

c b c Kd

c Kd

θ θ

θ + +

+ 1

1 =

) / 7 /

24 003 , 0 ( ) / 7 / 04 , 0 ( 1

) / 7 /

04 , 0 ( 1

hari harix

x hari

harix

hari harix

+ +

+ = 0,72

• Fraksi sel dalam tanki stabilisasi :

72 , 0 07 , 0

003 , 24 0 7 72 1 , 0 07 , 1 0

x x x

cxvc c b

cxvc − −

− =

= −

µ θ λ µ

= 0,82

• Fraksi sel dalam tanki kontak : τ = 1-λ = 1- 0,82 = 0,18

• Massa solid dalam tanki kontak : Saat kapasitas rata-rata :

cxvc Se So XcxVc QY

µ

) ( −

=

=

72 , 0 /

07 , 0

/ ) 8 , 29 400 ( 4 , 0 /

det 3600 /

1000 det

/ 3 / 15 ,

0 ^{3 3}

jamx

l mg x

jamx ik x

m l ikx

m −

= 0,54 x 10⁹ mg

Saat kapasitas peak (satu tanki tidak beroperasi) :

cxvc Se So XcxVc QY

µ

) ( −

=

=

72 , 0 /

07 , 0

/ ) 8 , 29 400 ( 4 , 0 /

det 3600 /

1000 det

/ 2 / 15 ,

0 ^{3 3}

jamx

l mg x

jamx ik

x m l ikx

m −

= 0,81 x 10⁹ mg

4. Volume Tangki

Direncanakan akan menggunakan 3 unit tanki kontak dan 3 unit tangki stabilisasi. Konsentrasi MLSS pada tanki kontak direncanakan sebesar (Xcs) 2500 mg/l

V-33

• MLSS dalam tanki stabilisasi :

Berdasarkan Kesetimbangan MLSS pada tanki kontak (Xcs):

Q (TSS inf) + QR Xss = Q(1+R) Xcs Xss =

QxR TSS Q Xcs R

Q(1+ ) − ( inf)

= 0,15 0,5

) 370 15 , 0 ( ) 2500 5 , 1 15 , 0 (

x

x x

x −

= 6760 mg/l (memenuhi)

• MLVSS dalam tanki stabilisasi (Xs) : Xs = Xss x 0,8 = 6760 x 0,8 = 5408 mg/l

• MLVSS dalam tanki kontak (Xc) : R =Xs Xc

Xc

− Xc =

5 , 0 1

5 , 0 5408

1 = +

+

x R

XsxR = 1803 mg/l

• Volume Tanki Kontak

Vc = =

Xc XcVc

1803 10 54 ,

0 x ⁹

= 300 m³

• Volume Tanki Stabilisasi Vs =

λ λ

− 1 x

Xs VcXc =

0,82 1

0,82

− x

l mg

mg x

/ 5408

10 54 ,

0 ⁹

= 455 m³

5. Kontrol Desain

• Konsentrasi MLVSS pada tanki kontak saat kondisi sum (satu tanki tidak beroperasi) :

Xc = Vc

XcVc = ₃

9

300 10 81 , 0

m mg

x = 2694 mg/L

• Konsentrasi MLVSS tanki stabilisasi saat kondisi sum : Xs =

λ λ

− 1 x

Vs VcXc =

0.82 1

0.82

− x ₃

9

m 455 0,81x10 mg

= 8090 mg/L

• MLSS tanki stabilisasi saat debit maksimum

Xss = MLVSS/0,8 = 8090/0,8 = 10113mg/l (melebihi kriteria desain akan terjadi penurunan efisiensi, tapi masih diperbolehkan,≤ 10%)

• MLSS tanki kontak saat kondisi peak

Berdasarkan Kesetimbangan MLSS pada tanki kontak (Xcs):

Q (TSS inf) + QR Xss = Q(1+R) Xcs Xcs =

) 1 (

) (

inf) (

R Q

QRxXss TSS

Q

+

+ =

) 5 , 0 1 ( 15 , 0

) 370 15 , 0 ( ) 10113 5

, 0 15 , 0 (

+

− x

x x

Xcs = 3124 mg/l (memenuhi)

• Waktu detensi tanki kontak : tdc =

) 1

( R

Q Vc

+ =

det/jam 3600

x 0,5) (1 /det x m

0,15/3

m 300

3

3

+

= 1,1 jam

• Waktu detensi tanki stabilisasi : tds =

QR Vs =

det/jam 3600

x 0,5 /det x m

0,15/3

m 455

3

3

= 5 jam

6. Dimensi Tanki

Direncanakan P : L = 3 : 1 dan kedalaman 3 m untuk tanki kontak sedangkan untuk tanki stabilisasi P : L = 3 : 1 dengan kedalaman 4 m.

• Tanki Kontak

Luas permukaan (As) = m

m 3 300 ³

= 100 m² Maka l = 6 m dan p = 17 m

• Tanki Stabilisasi Luas permukaan (As) =

m m 4 455 ³

= 113,75 m² Maka l = 6 m dan p = 19 m

7. Produksi Lumpur : Yobs =

) . 1

( kd c Y

θ

+ =

) 7 04 , 0 ( 1 (

4 , 0

+ x = 0,3125

• Peningkatan MLVSS Px = Yobs Q (So-Se)

V-35

Px = 0,3125 x 0,15 m³/detik x 86400 detik/hari x (400–29,8)g/m³ = 1500 kg/hari

• Peningkatan MLSS ( Pxss )

Pxss = 1500 kg/hari / 0.8 = 1875 kg/hari

• Solid yang harus dibuang

Ms = Pxss + TSS influen yang tersisihkan

Ms = 1875 + (278 – 80) mg/l x 0,133 m³/detik = 1875 + 2275 = 4150 kg/hari

• Konsentrasi Resirkulasi (Xr)

Asumsi semua pertumbuhan biomassa terjadi di tanki stabilisasi Material balance tanki stabilisasi :

Xr = Xs - ∆ = 5408 mg/l – X ₃ ⁶ ₃

/ 1000 5 , 0 det / 15 , 0

/ det 86400 / / 10 /

1500

m l x ikx m

hari ik kg

mg harix kg

= 5408 – 232 = 5176 mg/l

• MLSS di Resirkulasi (Xrs) Xrs = 5176/0.8 = 6470 mg/l

• Debit lumpur yang dibuang (Qw)

Qw = Ms/Xrs = =

l mg

hari kg

/ 6470

/

4150 642 m³/hari

8. Kebutuhan oksigen

• Tanki Kontak :

Orc = 8,34 Q (1-1,42Y)((1-f )(So)-Se)) +

[ ] [

8,34 x 1,42 Kd Vc Xc

]

Keterangan : Q = Debit influen (MGD); 0,15/3 m³/detik = 1,26 MGD f = Fraksi BODL tidak terlarut dalam influen = 0,8 Vc = Volume tanki kontak; 300 m³ = 0,104 MG Orc = 8,34 x 1,26 MGDx

[

(1- 1,42 x 0,4)((1-0,8)x

68 , 0

400 - ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ 68 , 0

8 , 29 )

g/m³

]

⁺

[

8,34 x 1,42 x 0,04 hari^-1 x 0,104 MG x 1803 g/m³

]

= 424 lb O2/hari = 193 kg O2/hari

SOR (kg/hari) =

[

C sw Fa C Csw

]

X

ORc

T 20

) 024 , 1 ( /

) '

( β − ⁻

C’sw = (asumsi temperatur rata-rata lapangan 24^oC) = 8,5 mg/l (Qasim, 1985)

Csw = 9,15 mg/l (Qasim, 1985) β = 0,9 (Qasim, 1985) C = 1,5 mg/l (Qasim, 185) X = 0,95 (Qasim, 1985) Fa =

9450 ) 1 ketinggian(m

− (asumsi ketinggian = 500 m) = 0.95

T =

Q Af

Ti Q Ta Af

+ + .

.

A = Luas permukaan tanki (m²) = 100 m² f = 0,5 m/hari (Qasim,1985)

Ta = 24^oC Ti = 26^oC

Q = 0,15/3 x 86400 = 4320 m³/hari T = 100 0,5 4320

26 4320 24

5 , 0 100

+ + x

x x

x = 26^oC

SOR =

[

(8,5 0,9 0,95 1,5)/9,15

]

(1,024) 0,85 193

20

26 x

x x

x − ⁻

= 324 kg O2/hari = 14 kg O2/jam

• Tanki Stabilisasi :

Ors = (1-1,42Y)(8,34 Q f So) + (8,34 R Q Se) + (8,34 Kd Xs Vs)

[ ]

Vs = Volume tanki stabilisasi; 455 m³ = 0,122 MG

Ors = (1-1,42 x 0,4)(8,34 x 1,26 MGD x 0.8 x 400/0,68 BOD

[

5/BODL g/m³ ) + (8,34 x 0,5 x1,26 MGD x 29.8/0,68 BOD5/BODL g/m³)

]

+ (8,34 x 0,04 hari-¹ x 5408 g/m³ x 0,122 MG)

V-37

= 2587 lb O2/hari = 1173 kg O2/hari

Luas Permukaan Tangki Stabilisasi = 113,75 m² Qr = Q xR = 0,15/3 x 0,5x 86400 = 2160 m³/hari T =

2160 5

, 0 75 , 113

26 2160 24

5 , 0 75 , 113

+ + x

x x

x = 26^oC

SOR =

[

(8,5 0,9 0,95 1,5)/9,15

]

(1,024) 0,85 1173

20

26 x

x x

x − ⁻

= 2764 kg O2/hari = 116 kg O2/jam

• Perhitungan Jumlah Aerator :

Pada Tabel 5.13. terdapat data berbagai jenis surface aerator Tabel 5.13. Tipe Surface Aerator

Motor Aerator Model

Hp Pole Kg O2/hr DM

(m) DZ D (m)

Pumping rate (m³/min)

SFA-02 2 4 3 6 12 2 – 3 5

SFA-03 3 4 4.2 9 18 3 – 4 7

SFA-05 5 4 6.6 12 24 3 – 4 9

SFA-07 7 ½ 4 9.6 16 32 3 – 4 11

SFA-10 10 4 11.5 19 38 3 – 4 19

SFA-15 15 4 16.5 27 54 3 – 4 24

SFA-20 20 4 21 32 64 3 – 4 29

SFA-25 25 4 27.5 36 72 3 – 4 33

SFA-30 30 4 31 40 80 3 – 4 37

SFA-40 40 4 38 45 90 5 - 6 46

SFA-50 50 4 50 50 100 5 – 6 55

SFA-60 60 4 61 56 112 5 – 6 65

SFA-75 75 4 73 62.5 125 5 – 6 80

SFA-100 100 4 95 70 140 5 – 6 120

Sumber: www.en-found.com

Dengan melihat tingkat kebutuhan oksigen tanki kontak, akan menggunakan aerator jenis SFA-05 dengan spesifikasi teknis sebagai berikut

Tipe : Surface aerator, SFA-05 Kapasitas : 9 m³/menit

Diameter mixing area : 12 m Kedalamam mixing area : 3 – 4 m

Daya : 5 HP

Jumlah aerator yang dibutuhkan = 14 kg O2/jam / 6,6 kg O2/jam

= 3 unit aerator/tanki Jumlah aerator total = 3 unit aerator/tanki x 3 tanki = 9 aerator Daya yang diperlukan = 5 HP x 9 unit = 45 HP

Sedangkan untuk tanki stabilisasi akan menggunakan aerator jenis SFA-50 dengan spesifikasi sebagai berikut :

Tipe : Surface aerator, SFA-50 Kapasitas : 55 m³/menit

Oksigen transfer rate : 50 kg O2/jam Diameter mixing area : 50 m

Kedalamam mixing area : 5 – 6 m

Daya : 50 HP

Jumlah aerator yang dibutuhkan = 116 kg O2/jam / 50 kg O2/jam

= 3 unit aerator/ tanki

Jumlah aerator total = 3 unit aerator/ tanki x 3 tanki = 9 unit aerator Daya yang diperlukan = 50 HP x 9 unit = 450 HP

9. Struktur Influen Tanki Kontak

• Struktur influen terdiri dari pipa influen dari bak distribusi air buangan I dengan diameter 16 “ (406 mm) dan saluran influen dengan dimensi 6 m x 0.5 m dengan kedalaman saluran 1.5 m. Saluran dilengkapi oleh orifice persegi berukuran 25 cm x 25 cm sebanyak 8 buah untuk menditribusikan aliran ke dalam tanki.

• Headloss struktur influen:

Headloss struktur influen ≈ headloss pada orifice (Pers 5.13)

V-39