BAB V PERHITUNGAN DAN OM

(1)

Perencanaan Bangunan Pengolahan Air Minum

DODY AZHAR MUTAWAKKIL MANJO / L2J009101

BAB V PERHITUNGAN DAN OM 5.1 Preliminary Sizing 5.1.1 Intake = 8 Dimensi : Panjang = 5,7 m Lebar = 5,7 m Tinggi = 4 m Free Board = 0,25 m

5.1.2 Saluran pembawa Intake – Aerasi menggunakan saluran pipa

= 8 m - m 8 √ √ = 7 6 m ≈ 7 mm

Diameter pipa yang digunakan yaitu 750 mm

5.1.3 Koagulasi

(2)

( Tri Joko, 2009 )

Bangunan koagulasi direncanakan menjadi satu bangunan 8 Dimensi : Panjang = 5,1 m Lebar = 5,1 m Tinggi = 4 m

Pada perencanaan ini dari koagulasi menuju flokulasi tidak menggunakan saluran pembawa karena bangunan koagulasi – flokulasi di desain menyambung .

5.1.4 Flokulasi

- Jumlah 2 bak

- Waktu Detensi ( Td ) = 10 – 20 Menit = 8

Karena bangunan di bagi menjadi 2 bak , jadi : Q = 8 Dimensi : Panjang = 11,6 m Lebar = 11,6 m Tinggi = 8 m

5.1.5 Saluran Pembawa Flokulasi – Sedimentasi Saluran Pipa

= m 8

(3)

√

√ = 1 6 m ≈ 16 mm

5.1.6 Sedimentasi

- Menggunakan 4 bangunan berbentuk persegi panjang - P : L = 5 : 1

- Td dalam bak = 1 – 2 jam ( Darmasetiawan , 2001 )

Karena Bangunan sedimentasi dibangun menjadi 4 bangunan , maka Q = 0,2125 m3/s

= 765 m3 /jam

76 Dimensi tiap bak :

Panjang = 11,3 m Lebar = 11,3 m Tinggi = 9 m

5.1.7 Saluran Pembawa Sedimentasi – Filtrasi Saluran Pipa

= 8 m 8 √ √ = 1 6 m ≈ 16 mm

(4)

5.1.8 Filtrasi

- satu bak filter

- Td = 5 – 15 Menit ( Tri Joko , 2009 ) - 8 Bak tanpa cadangan

=

Karena terdapat 8 Bak maka , Q menjadi = 0,10625m3/s 1 6 Dimensi : Panjang = 5,7 m Lebar = 5,7 m Tinggi = 3 m

5.1.9 Saluran pembawa antar bak Fitrasi – Desinfeksi

= m 8 √ √ = 1 6 m ≈ 16 mm

5.1.10 Desinfeksi

- satu bak berbentuk Rectanguler - Q = 0,850 m3/s

- Td = 60 s

(5)

8 Dimensi :

Panjang = 4,2 m Lebar = 4,2 m Tinggi = 3 m

5.1.11 Saluran pembawa dari Desinfeksi – Reservoir saluran Pipa

= m 8 √ √ = 1 6 m ≈ 16 mm

5.1.12 Reservoir 20.313.504 L = 20.313,504 m3 Dimensi : Panjang = 45,1 m Lebar = 45,1 m Tinggi = 10 m

(6)

5.2. BANGUNAN INTAKE

Intake merupakan bangunan yang digunakan untuk menyadap air dari sumber untuk keperluan pengolahan. Intake pada desain ini merupakan intake sungai. Bangunan intake dilengkapi dengan :

1. Saluran pembawa 2. Bar screen

3. Bak pengumpul yang dilengkapi dengan pompa

5.2.1. Saluran Pembawa Air Baku

Asusmsi-asumsi yang digunakan :

1. Ketinggian muka air bangunan sadap pada saluran pembawa sama dengan muka air sungai. 2. Elevasi muka air maksimum (HWL) = + 15,5 m (dpl)

3. Elevasi muka air minimum (LWL) = + 12,5 m (dpl) 4. Elevasi muka air rata-rata (AWL) = + 15 m (dpl)

5. Elevasi lokasi pengolahan air adalah = + 20 m (dpl) 6. Elevasi dasar sungai = + 0 m (dpl)

Kriteria desain ( Droste, Ronald R,1997 ) :

Kecepatan aliran minimum (v) = 0,3 m/dt Kecepatan aliran maksimum

- Beton = 3 m/dt - PVC, Baja, Besi = 6 m/dt Perencanaan ( Asumsi ) :

Faktor bentuk = 1,67

Tinggi muka air bangunan intake = tinggi muka air sungai = 15 m

Debit air = 850 lt/dtk = 0,85 m3/dtk

Koefisien Manning Beton (n) = 0,015 Asumsi kecepatan sadap saluran intake = 0,3 m/dt

Kedalaman saluran = 1 m Panjang saluran = 3 m Perhitungan : 2 3 83 , 2 / 3 , 0 / 85 , 0 m dt m dt m V Q A_cross   

(7)

Lebar Saluran ( L ) = H Across = 1 83 , 2 = 2,83 m Slope ditentukan dari persamaan manning

S = L H = 2 3 / 2       R n vx Keterangan : S = Slope H = Panjang saluran R = Jari-jari hodrolis Jari-jari hidrolis (R) = H 2 H   L L =

_

_

1 3 83 , 2 83 , 2 3    = 1,46 m S = (2,83 x 0,015 / (0,55)2/3)2 = 3,99. 10-3 4.1.2 Perhitungan Screen

Direncanakan bar screen berfungsi menyisihkan benda-benda kasar yang terapung sehingga tidak mengganggu kerja pompa dan operasi unit pengolahan selanjutnya.

Perencanaan Bar Screening

Debit air baku = 0,85 m3/dt Lebar kisi (w) = 10 mm = 0,01 m

Jarak kisi (b) = 30 mm = m Kriteria ≥ mm; Metcalf & Eddy, 1981 hal 182)

Kemiringan ki i θ) = 60° (Kriteria 30° - 80°; Metcalf & Eddy, 1981 hal 182)

Faktor bentuk = 1,67

Kecepatan = 0,5 ( < 0,6 m/s ; Kawamura, 1991) Tebal Bar Screen = 1,5 (1,25 – 2 ; Kawamura, 1991)

(8)

Perhitungan :

 Jumlah kisi

Jika jarak antar kisi 3 cm maka kisi yang diperlukan : n = b L – 1 = 03 , 0 83 , 2 - 1 = 93 buah  Lebar saluran L = (n+1) b + (n . w) = (93+1) 0,03 + (93 . 0,01) = 3,75 m

 Lebar efektif lubang Lef = (n+1) b = (93+1)0,03 = 2,82 m  Tinggi efektif lubang

Tinggi efektif lubang jika kemiringan screen 60º Hef = H / sin 60 = 1 m /sin 60º = 1,15 m  Luas efektif Aef = Lef x Hef = 2,82 m x 1,15 m = 3,243 m2

 Kecepatan aliran saat melewati kisi

dt m m dt m A Q V ef / 26 , 0 243 , 3 / 85 , 0 2 3  

 (memenuhi kriteria desain < 0,6

m/dtk)  Head velocity pada kisi

(9)

m x x g V Hv 3 2 2 10 45 , 3 81 , 9 2 26 , 0 2    

 Headloss ( Kehilangan Tinggi ) saat melewati batang screen

Hv b w H_L 3 4 0 60 sin        3 3 4 2 3 4 0 10 45 , 3 03 , 0 01 , 0 87 , 0 67 , 1 2 60 sin                x x x g V b w HL  = 1,16 x 10 -3 m

Tinggi muka air setelah melewati kisi = H - HL

= 1 - 1,16x10-3 = 0,99 m

4.1.3. Bak Pengumpul

Bak pengumpul berfungsi untuk menampung air dari intake untuk diproses oleh unit pengolahan berikutnya. Bak pengumpul dilengkapi dengan pompa intake dan pengukur debit.

Kriteria desain :

Kedalaman (H) = 3-5 m

Waktu detensi (td) = ≥ 1 menit

(Ishibhasi;1978)

Perencanaan :

Bentuk bak persegi panjang dengan perebandingan P : L = 2 : 1 Waktu detensi, td =1,5 menit = 90 detik

Kedalaman bak , h = 3 m

Perhitungan :

 Volume bak ( V )

V = Q x td = 0,85 m3/dtk x 90 dtk = 76,5 m3  Luas permukaan bak ( A )

A = V/ h = 76,5 m3/ 3 m = 25,5 m2  Dimensi bak

(10)

A = P x L = 2L2

Maka, lebar bak, L A 3,57m 2 5 , 25 2    Panjang bak, P = 2L = 2 x 3,57 m = 7,14 m

Free board =15 % dari kedalaman = 15 % x 3 m = 0,45 m Jadi P = 7,14 m

L = 3,57 m H = 3 m

4.1.4. Perhitungan Pompa

Untuk menaikkan air baku ke instalasi pengolahan air minum maka dibutuhkan pompa.

Perencanaan :

Digunakan 2 pompa dimana Q tiap pompa = 425 lt/dtk = 0,425 m3/dtk. Kecepatan air dalam pipa untuk air baku (0,6 - 2) m/dt, diambil 1 m/dt Beda tinggi 2 m

Panjang pipa 1,25 m

Efisiensi 75 % (Kriteria efisiensi pompa 40 – 90 % dalam Sularso, 2000) Diameter pipa inlet (hisap) atau outlet pada pompa

Q = V.A Q = V . (1/4  D2) V = 1 m/dtk (direncanakan) m x x V Q D 0,74 1 14 , 3 425 , 0 4 4     = 74cm ≈ 75 cm

Maka  pipa = 75 cm  pipa inlet atau outlet pada pompa

(11)





xL xCHWxD Q H_mayor ₁_.₈₅ 63 . 2 85 . 1 2785 . 0 





x m x x 25 , 1 75 , 0 130 2785 , 0 425 , 0 85 . 1 63 . 2 85 . 1  = 0,00136 m Hminor = 10 % Hmayor = 10% x 0,00136 m = 0,000136 m Hf = Hmayor + Hminor = 0,00136 + 0,000136 = 0,001496 m Hs = beda tinggi + panjang pipa + kedalaman bak pengumpul

= 2 + 1,25 +3 = 6,25 m Hv = V2/2g = 12/(2x9,81) = 0,051 m Head pompa = Hf+Hs+Hv = 0,001496+ 6,25 + 0,051 = 6,302 m P  _A Hp Q. . 

Keterangan : P = daya pompa (kg m/dtk) Q = debit (m3/dt)

 = efisiensi pompa, diasumsikan 75 %  = berat jenis air (1000 kg/m3)

1 , 3571 75 , 0 1000 302 , 6 425 , 0 _  x x P kg m/dtk

Karena 1 Hp = 75 kg. m/dtk maka daya pompa = 3571,1/ 75 = 47,615 Hp

5.3 PRASEDIMENTASI

Kriteria desain dan perencanaan :

beban permukaan (vo) = 20 – 80 m3/m2/hari, diambil = 60 m3/m2/hari

waktu detensi = 0,5 – 3 jam tinggi bak (H) = 1,5 – 2 m

(12)

P : H = (5 – 20) : 1

NFr = > 10-5

NRe = < 2000

Kecepatan inlet (vi) = 0,2 – 0,5 m/detik

Tinggi air di V-notch (ho) = 2 – 5 cm, diambil 3 cm = 0,003 m Waktu pengurasan = 1 – 3 hari

% removal = 60 – 80 %

Tinggi freeboard = min 30 cm (50 – 60 %) Konsentrasi effluen = (100 – 60) % * kekeruhan

Slope = 1 – 2 %

Kemiringan plate = 45 – 60o Jarak antar plate (wp) = 25 – 100 cm Tebal plate (tp) = 2,5 – 5 m

Panjng plate (Pp) = 1000 – 2500 mm Lebar plate (Lp) = 1000 – 1200 mm Jarak plate ke pipa inlet = 1 – 1,4 m

Jarak gutter ke plate = 0,3 – 0,4 m Tinggi plate = 1 – 1,2 m

Debit (Q) = 110 l/detik = 0,11 m/detik Viskositas kinematis = 0,893 x 10-6 m2/detik (25oC) Viskositas dinamis = 0,890 x 10-3 kg/m*detik Kerapatan air = 997 kg/m3

Berat jenis air = 9,77 KN/m3 Kerapatan lumpur = 2600 kg/m3 Tebal gutter = 2 cm Kadar lumpur = 4-6 % (Tri Joko,2010) Perhitungan : 1) Zona pengendapan Q = 850 l/det = 0,850 m3/det

Direncanakan 4 buah bak prasedimentasi dengan debit 0,2125 m3/detik Luas pengendapan (A) = Q/vo

(13)

= ik m x ik m det / 10 94 , 6 det / 2125 , 0 4 3  = 306,2 m2

Dimensi zona dengan perbandingan P : L = 3 : 1, H = 2 m A = P x L → P = 3L = 3L x L = 3L2 306,2 = 3L2 → L2 = 102,7 L = 10,1 m P = 3L = 3 x 10,1 = 30,3 m ≈ 31 m H = 2 m

Cek waktu tinggal (td)





menit k ik m m x x Q PxLxH Q vol td 2946,8det 49,1 det / 2125 , 0 2 1 , 10 31 3 3     

Kecepatan horisontal partikel



x



m m ik k m LxH Q vh 0,01052 /det 2 1 , 10 det / 2125 , 0 2 3    Jar-jari hidrolis





 





m m x m x H L LxH R 1,43 2 2 1 , 10 2 1 , 10 2 2     

Cek bilangan Reynolds





ik m x ik m x vhxR N det / 10 893 , 0 det / 43 , 1 01052 , 0 Re ₆ ₂ 2     = 16846 > 2000 (tidak memenuhi) Cek bilangan Froud





6 5 2 2 2 2 10 10 9 , 7 43 , 1 81 , 9 det / 01052 , 0 _  _    x x ik m gR vh N_FR (tidak memenuhi)

Karena Nre dan NFR tidak memenuhi krteria desain, maka perlu memodifikasi bak dengan membuat sekat-sekat pada arah memanjang. Bak dibagi menjadi 20 sekat dengan perhitungan masing-masing sekat adalah sbb:

(14)

Q1 = Q/20 = 0,2125/20 = 1,0625 x 10-2m3/detik Dimensi tiap jalur/sekat

A1 = Q1/vo = (1,0625 x 10-2m3/detik)/(6,94 x 10-4m/detik) = 15,3 m2 L1 = L/20 = 10,1/20 = 0,505 m P1 = 31 m, H1 = 2 m,

 

m x mx H L xH L R 0,224 2 2 505 , 0 2 505 , 0 2 1 1 1     

Cek waktu tinggal

) ( 45 , 55 det 06 , 3327 10 0625 , 1 2 505 , 0 35 2 1 1 1 1 1 OK menit ik x x x Q xH xL P Q vol td    _  

Kecepatan horisontal partikel :

 

x x m ik x H L Q vh 2,36 10 /det 2 2 505 , 0 10 0625 , 1 2 3 2 1 1       

Cek bilangan Reynolds





) ( 2000 98 , 591 det / 10 893 , 0 det / 224 , 0 10 36 , 2 Re ₆ ₂ 2 3 memenuhi ik m x ik m x x vhxR N      _ 

Cek bilangan Froud





3 5 2 3 2 10 10 074 , 1 224 , 0 81 , 9 det / 10 36 , 2  _  _    x m x ik m x gR vh Co (memenuhi)

Cek kecepatan pengendapan

 

m ik C_D 0,024 /det 3 1 98 , 591 7 , 4 3 1 Re 7 , 4 _ _ 

 





_xd w w s x Cd g x vs                 _ 3 4

 





₀_,₀₀₀₁ 997 997 2600 024 , 0 81 , 9 3 4 _x _x _x vs               3 10 2 , 4 088 , 0    x vs (ok) 2) Zona inlet

Dimensi saluran inlet :

D = x A π)1/2 → A aluran = 0,2125/v = 0,2125/1 = 0,2125 m2 = (4 x 0,2125/3,14)1/2 = 0,52 m = mm ≈ mm

(15)

A saluran = L saluran x H air

0,2125 m2 = 10,1 x H air → H air = 2125/10,1 = 0,02 m H saluran = H air + freeboard = 0,02 + 0,30 = 0,32 m P saluran = 0,8 m

3) Zona lumpur

Konsentrasi effluen dan lumpur

Cef = (100 % - 60 %) x kekeruhan = 40 % x 9,43 mg/l = 3,772 mg/l Cs = 60 % x kekeruhan = 60 % x9,43 mg/l = 5,658 mg/l

Berat lumpur per hari/bak

Ws = Q x Cs x 86400 = 850 x 5,658 x 86400 x 10-6 =415,52 kg/hari Debit lumpur kering

Qd = W ρ = 415,52/2600 = 0,16 m3 /hari

Debit lumpur

Qs = Qds/% lumpur = (0,16 m3/hari)/3 % = 5,33 m3/hari Volume bak lumpur

V = Qs x tc = 5,33 m3/hari x 1 hari = 5,33 m3 Luas profil ruang lumpur

L = V bak lumpur/Lebar zone pengendapan

= 0,53 2 1 , 10 33 , 5 3 m m m 

Asums D pipa penguras = 0,25 m

Profl ruang lumpur adalah trapesium dengan perbandingan kedua sisi=1 : 2 Tinggi lumpur = 0,5 m

L trapesium = (jumlah sisi sejajar x t) x 0,5 0,53 = (jumlah sisi sejajar x 0,5) x 0,5 Jumla sisi sejajar = 2,12 m

Sisi = 1 : 2 → L + 2L = 2,12 L =





1,06m 2 12 , 2 _

(16)





            67 , 46 33 , 43 90 33 , 43 94 , 0 2 06 , 1 12 , 2 5 , 0 A tg  4) Zona outlet

Lebar gutter (Lg) = 1,5 x Ho, Ho = tinggi air dalam gutter = 1,5 x 0,02 = 0,03 m Vo = 6,94 x 10-4 m/detik Jumlah pelimpah, n → Q n x L < x H x vo = 5 2 6,94 10 4 1 , 10 2125 , 0 _  x x x nx n > 3,12

rencana jumlah gutter untuk zon outlet, n = 3 dengan 45о V-notch

Rencana jumlah gutter (n) adalah 3 dengan 45o V-notch Debit tiap gutter

Qg = Q/n= 0,2125m3/s/3= 0,071 m3/s x 35,3088= 2,50 Cfs Dimensi tiap gutter

Qg = 2,49x Lgx Ho3/2 2,5 Cfs = 2,49x (1,5Ho)x Ho3/2 Ho = 0,67 ft= 0,2 m

Lg = 1,5x 0,2= 0,3 m

Hg = Ho+ 20%Ho+ ho+ freeboard = 0,2+ (0,2x0,2)+ 0,03+ 0,3 = 0,57 m

(17)

5.4 Aerasi

Dalam Perencanaan BPAM ini ditentukan unit aerasi berupa terjuanan yang mana mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Tabel 5.3

Karakteristik Alat Aerasi

Tipe Transfer O2 Tinggi Hidrolis m (ft) Waktu kontak udara Waktu detensi Aplikasi Spray - 1,5 – 7,6 (5 – 25) 1 – 2 dtk - Penyisihan CO2, kontrol bau dan rasa, nilai estetik

Cascade - 0,9 – 3

(3 – 10)

0,5 – 1,5 dtk

- Penyisihan CO2,

kontrol bau dan rasa, nilai estetik

Mutiple tray - 1,5 – 3 (5 – 10) 0,5 – 1,5 dtk - Penyisihan CO2, kontrol bau dan

rasa Diffuser 0,5 - 10 – 30 mnt - Penyisihan Fe, Mn, CO2, control baud an rasa, manajemen reservoir (Montgomery ; 1985)

Dalam perencanaan kali ini digunakan jenis Cascade yang mana dapat mereduksi penyisishan fe, Mn, bau dan rasa serta manajemen reservoir.

Sebelum air baku masuk kedalam aerator akan melewati pintu sorong untuk menentukan besarnya debit air baku yang akan diolah dan masuk ke daLam bak penampung.

Jenis Yang Dipilih

(18)

1. Bak penampung

a. Kriteria Desain dan Desain Perencanaan 1) Waktu tinggal (td) = 3 menit = 180 det

2) Volume (V) = Q x td = 0,85 m3/det x 180 det = 153 m3 3) Maka, panjang bak = 10 m,

lebar bak = 5,1 m, tinggi bak = 3 m

2. Aerator

a. Kriteria desain :

1) Menggunakan Cascade Towers

2) Tinggi setiap tahap cascade = 0,5 m ( Droste, Ronald R,1997 )

3) Menggunakan 10 tahap untuk 1 unit aerator ( Droste, Ronald R,1997 ) 4) Luas yang dibutuhkan : 4 – 9 m2 ( Droste, Ronald R, 1997 ) untuk 810

l/detik  diambil 9 m2  (9/850) = 0,01 m2.dtk/l 5) Debit (Q) = 850 l/s

3. Perhitungan :

Luas yang dibutuhkan : 4 – 9 m2 untuk 850 l/detik  diambil 9 m2  (9/850) = 0,01 m2.dtk/l

Debit (Q) = 850 l/s

Luas cascade : 0,01 m2.detik/l x 850 l/detik = 8,5 m2 Dimensi cascade

Panjang (P) : Lebar (L) = 1 : 1 X = P . L

8,5 = L . L

L = 2,92 m ; P = 2,92 m

Luas tiap cascade = 2,92 / 10 = 0,292 m HL cascade = 0,5 . 10 = 8 m

a. Jadi dimensi cascade towers yang dibutuhkan :

1) Panjang = 2,92 m

2) Lebar = 2,92 m

(19)

4) Panjang tiap tahap = 0,292m b. Tenaga pompa

Z2 – Z1 = 4,25 m

p = 0,15 m

L = 4 m

Qk = 0,1 m3/s

c. Kehilangan tekanan sepanjang pipa

HM =

= 45,91 m

d. Kehilangan tekanan pada fitting Hm = 30% . HMs

= 0,3 . 44,91 = 13,77 m e. Kehilangan tekanan total

HT = (Z2 – Z1) + HM +Hm = 4,25 + 44,91 + 13,77 = 62,93 m

f. Tenaga pompa (efisiensi = 75%)

= 0.75 93 , 62 . 85 , 0 . 1000 = 71320,7 kg.m / s

Aerasi di IPA X memiliki fungsi penting yaitu meningkatkan oksigen terlarut ke dalam air baku sekaligus membantu proses produksi air dengan menyisihkan material besi, mangan dan zat organik. Dengan aerasi, beban proses produksi di IPAX akan turun sekaligus mengurangi volume penggunaan koagulan untuk pengendapan, Berikut ini spesifikasi teknis unit aerasi IPA X yaitu:   QHt P . .



0,15



.4 . 120 . 2785 , 0 85 , 0 . . . 2785 , 0 54 , 0 1 63 , 2 54 , 0 1 63 , 2              L p C Q HW

(20)

Tabel 5.4 Spesifikasi Teknis Aerasi Terjunan Bertingkat

No. Detail Spesifikasi Unit Dimensi

1

Detail terjunan a. Jumlah step aerasi b. Tinggi terjunan per step

buah cm / feet 3 50 / 1,6404 2 Elevasi terjunan

a. Elevasi terjunan awal b. Elevasi terjunan akhir

meter / feet meter / feet + 10 / + 8 / 3 Dimensi bangunan a. Panjang b. Lebar c. Tinggi cm cm cm 850 900 200 4

Temperatur air baku: a. Kondisi cuaca cerah

b. Kondisi cuaca cerah berawan c. Kondisi cuaca hujan

°C 28

26 - 27 25 Sumber: DED IPA X

Gambar 5.13 Desain Aerasi Terjunan IPA X

Tabel 5.5 Kelarutan Oksigen Jenuh per mg/L air 150 cm

(21)

(22)

a. Langkah 1: Perhitungan konsentrasi oksigen jenuh terlarut dalam air

Konsentrasi jenuh oksigen dihasilkan dari rumus harus dikoreksi untuk perbedaan dalam tekanan udara disebabkan oleh perubahan temperatur dan elevasi di atas permukaan laut. Contoh perhitungan konsentrasi O2 yang terlarut pada temperatur 28 °C:



 













IPA) bangunan elevasi akibat koreksi (faktor 0,9893 f 2116,8 22,7468 2116,8 f 2116,8 ft (296,2598) . C 28 x 0,000115 -0,08 2116,8 f 2116,8 .E A . 0,000115 -0,08 2116,8 f     

Pada temperatur T = 28° Celcius, oksigen jenuh yang dapat terlarut sebesar 7,72 mg/Liter dengan faktor koreksi 0,9893, maka oksigen jenuh terlarut:

mg/L 6372 , 7 DO mg/L 7,72 x 0,9893 DO Sat Sat  

b. Langkah 2: Perhitungan pengaruh terjunan terhadap kelarutan oksigen dalam air baku

Persamaan dasar berupa persamaan faktor koreksi akibat terjunan terhadap kelarutan oksigen ke dalam air baku dapat dijabarkan sebagai berikut:

q = 0,9 (faktor koreksi kualitas air)

b = 1,3 (faktor koreksi jenis terjunan bebas) Trata-rata = 28° Celcius (temperatur rata-rata air baku)

h = 4,9213 kaki (total tinggi jatuhan air pada terjunan) (Lin, 2001)

















2,4492 7 2,44915355 r (2,288) x (0,6334) 1 r (4,9213) . 28) x 0,046 ( 1 . (1,3) . (0,9) . (0,11) 1 r 0,046.T).h 1 0,11.q.b.( 1 r          

(23)

c. Langkah 3: Perhitungan oksigen yang ditambahkan ke dalam air baku akibat terjunan.

Pada kenyataan di lapangan untuk air permukaan, bahwa kadar rata-rata oksigen terlarut di sungai secara umum berdasarkan peraturan Illinois Environmental Protection Agency yaitu oksigen terlarut seharusnya tidak boleh kurang dari 6.0 mg/L selama kurang dari 16 jam dalam periode 24 jam (1 hari), atau tidak boleh kurang dari 5.0 mg/L setiap saat (IEPA, 1999), maka dapat dihitung nilai re-aerasi akibat terjunan sebagai berikut:

Ca = 5,5 mg/L (kadar oksigen rata-rata air baku)

Cs = 7,6372 mg/L (kadar oksigen jenuh yang dapat ditampung)

r = 2,4196 (faktor koreksi akibat terjunan)

Cb = ... (oksigen terlarut setelah terjunan akibat re-aerasi)

mg/L 6,76 Cb 2,4492 5,5) -(7,6372 mg/L 7,6372 Cb r Ca) -(Cs Cs Cb Cb) -(Cs Ca) -(Cs r    

d. Langkah 4: Reaksi penyisihan dengan logam besi dan mangan terlarut serta zat organik.

Oleh karena pada data kualitas air sulit menemukan temperatur air baku yang tepat sesuai tabel di atas, hanya pada temperatur 27°C yang dapat diperhitungkan besar penyisihan logam besi, mangan dan zat organik.

Reaksi penyisihan pertama dengan besi terlarut (Fe2+) = 0,5 mg/L menjadi endapan (Fe3+) = 0,325 mg/L , jika rata-rata penyisihan Fe sebesar 0,175 mg/L.

11,6382 7,4573 1 5,8191 214,8653 6,2668 3,1334 Sisa 11,6382 7,4573 1 5,8191 1,6382 1 1,4547 11,6382 5,8191 Reaksi 0 0 0 216,32 17,905 8,9525 Awal CO 8 (OH) 12 Fe 4 O H 2 O ) (HCO 8 Fe 4 2 (aq) ₃ ₂_(aq) ₂ 3 (s) ₂               

(24)

Catatan: 1. Semua reaksi kimia dalam satuan mikromol; 2. (aq) = terlarut dan (s) = endapan; 3. Berat atom O = 16; C = 12; H = 1; Fe = 55,85; Mn = 54,94; Ca = 40,08; S = 32,07 dlm gr/mol

Reaksi penyisihan ketiga dengan zat organik terlarut dalam air baku yang terdeteksi sebagai KmnO4. Reaksi oksigen terlarut dengan zat organik akan membentuk reaksi panjang dan kompleks sehingga agak sulit menjelaskan secara rinci dalam laporan ini. Pada intinya, hasil akhir reaksi akan membentuk endapan zat organik yang akan mengendap di unit pulsator (flokulasi - sedimentasi)

5.5 Bangunan Koagulasi

Pada perencanaan ini unit koagulasi proses pembubuhan koagulan yang digunakan merupakan pengadukan dalam pipa. Hal ini dipilih karena tidak menggunakan peralatan mekanis melainkan secara hidrolis. Berikut adalah kriteria desain bangunan koagulasi:

Tabel 5.1 Kriteria Desain Koagulasi

Koagulasi Kriteria Desain Darmasetiawan, 2001 Reynold, 1982 Td (dtk-) 20 - 60 20 – 40 G (dtk-2) 700 - 1000 700 – 1000 G x Td 20000 - 30000 -

Sumber : Darmasetiawan & Reynold

a. Perhitungan Koagulasi di dalam pipa

Diketahui :

Debit = 0,85 m3/det Diameter = 700 mm = 0,7 m L pipa = 40 m

Pada temperatur air 30°C: (Lin,1991)  = 995,7 kg/m3

μ = 0,798x10-3 g = 9,81 m/dt2 = 0,542 x 10-6

(25)

a. Volume V = 14 D2 Lpipa = 14 x 3,14 x 0,7 2 x 40 = 15,386 m3

b. Cek Waktu detensi (td) td = debit volume = 85 , 0 386 , 15 = 18,10 detik

c. Cek Gradien Kecepatan

G2 = V h g Q L . . . .   _...(2.9) hL = xL xCxD Q 1,85 63 , 2 2785 , 0      _...(2.40) = 40 7 , 0 120 2785 , 0 85 , 0 1,85 63 , 2 x x x _     = 0,2545 m G2 = 386 , 15 10 798 , 0 2545 , 0 81 , 9 7 , 995 85 , 0 3 x x x x x  G2 = 172097,9145/detik

G = 414,85 detik… Tidak Memenuhi (500-1000 /dt) d. Cek Nilai G x td

Berdasarkan nilai gradien pengadukan (G) dan td yang didapat, maka dapat diketahui besarnya nilai gradien kecepatan (G x td) yaitu :

G x Tdair = (414,85 /detik).( 18,1 detik) G x Tdair = 7508,73

(Tidak memenuhi kriteria desain Darmasetiawan 20.000 – 30.000) Pada proses injeksi koagulan didalam pipa, juga terjadi proses pengadukan (flashmix) tetapi nilai gradien kecepatan dan waktu tinggal tidak memenuhi kriteria desain yang ada sehingga dilakukan proses pangadukan kembali dengan terjunan.

(26)

Bilangan Reynolds menunjukan apakah aliran air termasuk aliran yang laminer atau turbulen. Karena dalam hal ini semakin besar turbulensi aliran, pengadukan dan percampuran semakin cepat terjadi Luas Pipa (A) = = = 0,3846 m2 Keliling Pipa (Kel) =

( NRe = =

b. Perhitungan Koagulasi dengan terjunan

Q = 0,85 m3/detik Panjang bak (p) = 4 m

Lebar bak (l) = 4 m Tinggi bak (h) = 3 m Tinggi terjunan = 1 m a. Cek waktu detensi

85 , 0 ) 4 3 4 ( x x Q Volume td 

= 56,5 detik … sesuai kriteria Darmasetiawan (20-60 detik)

b. Cek Gradien Kecepatan

Berdasarkan grafik hubungan gradien kecepatan pengadukan dengan tinggi terjunan 1 m diketahui besar G sebesar 400/detik hal ini menunjukan bahwa G tidak memenuhi kriteria desain Darmasetiawan (700/dt - 1000/dt)

c. Cek Nilai G x td

Berdasarkan gradien pengadukan (G) dan td yang didapat, maka dapat diketahui besarnya nilai (G x td) yaitu:

(27)

G x Tdair = (400/detik).(60detik) = 24000

( Memenuhi memenuhi Darmasetiawan 20.000 – 30.000)

d. Bilangan Reynolds

Bilangan Reynolds menunjukan apakah aliran air termasuk aliran yang laminer atau turbulen. Karena dalam hal ini semakin besar turbulensi aliran, pengadukan dan percampuran semakin cepat terjadi Volume Bak = p x l x t = 4 x 3 x 4 = 48 m3 ( NRe = _ =

Berdasarkan perhitungan Gxtd pada proses koagulasi yang menggunakan pengadukan dalampipa dan terjunan maka dapat diketahui nilai G x td keseluruhan di unit koagulasi sebesar:

Gx td pengadukan pipa = 7508,73 ....(tidak memenuhi < 20000)

Gx td terjunan = 24000 ....( memenuhi < 20000) G x td bangunan koagulasi = (Gx td pengadukan pipa) + (Gx td

terjunan)

= 31508,73 ...( memenuhi kriteria desain)

(28)

5.5.2 Bangunan Pembubuh Koagulan

1. Koagulan yang digunakan adalah alum, karena alum bekerja optimal pada pH 6,5 – 8,5. (Water Treatment, Waste Water Treatment, Pollution Control & Environmental Issues, tahun?)

2. Kadar alum dalam tawas = 60 % 3. Berat jenis alum, ρal = 2,71 kg/L 4. Konsentrasi larutan = 10 %

5. Efi ien i pompa pembubuh η = 7 %

Direncanakan ada 1 bak pembubuh koagulan dengan debit 850 l/dtk Perhitungan :

1. Kebutuhan alum dan tawas

Jartest tawas = dosis = 0,6 x TSS (0,9)

= 0,6 x 33,75 mg/L x ( 0,9 ) = 18,225 mg/L hari kg dt mg dt L L mg Q Cal Wal   18,25 / 850 / 15512,5 / 1340,28 / 2. Kebutuhan tawas per hari,

hari kg hari kg Wt 1340,28 / 2234 / 60 100   

Untuk periode pelarutan 8 jam, hari kg hari kg Wt 2234 / 745 / 24 8    3. Debit tawas, dt L hari L L kg hari kg al Wt Qt 274,91 / 3,18 10 / / 71 , 2 / 745    3   

4. Debit air pelarut

dt L hari m m kg hari kg w Wt Qw 20,17 / 0,2017 / / 997 / 2234 10 90 10 10 100 3 3        

(29)

5. Debit larutan dt L Qw Qt Ql   3,18103 0,2017 0,20488 / 6. Berat jenis larutan

L kg w al lar 1,064 / 997 , 0 100 10 100 71 , 2 100 10 1 100 10 100 100 10 1 _                         

5.6 FLOKULASI – SEDIMENTASI (Pulsator)

Dalam proses pulsasi (denyutan), luas ruang vakum yang menunjang proses pulsasi merupakan hal utama dalam operasi pulsator dan akan mempengaruhi performa pulsator secara keseluruhan.

Kriteria Desain:

V sedimentasi = 3 – 4,5 m/jam Surface loading rate = ≤ m jam

Vo = 2,0 – 5,0 m/jam

V inlet = 0,6 – 1,0 m/det

G = ≤ 1 detik

Td air = 1 – 1,5 jam

(manual book operation pulsator, degreemont) Perencanaan Pulsator sesuai criteria desain dari degreemont

Langkah 1 Perhitungan Luasan Ruang Vakum a. Ruang Vakum (A Vakum)

Panjang ruang 1 dan 2 = 3,1 m Lebar ruang 1 dan 2 = 1,25 m A vakum = 2 [(3,1m)(1,25m)] A vakum = 7,75 m2

(30)

b. Debit Perencanaan (Qperencanaan) Q rencana = 0,85 m3/det

Q pengolahan =

= 3060 m3/jam

Langkah 2 Perhitungan sludge blanket area, kecepatan pengendapan, kecepatan klarifikasi, kecepatan aliran pulsator dan inlet.

a. Kecepatan pengendapan partikel di sludge blanket area (V sedimen) Direncanakan Vsedimentasi sebesar 3 m/jam, maka ruang penangkap lumpur

b. Sludge Blanket Area atau ruang penangkap lumpur (Asba)

Karena pulsator terdapat empat bak yang mengelilingi ruang vakum, maka perencanaan ruang penangkap lumpur sebagai berikut:

Asba = 1020 m2

1020 = [(Pmeter).(Lmeter)]

255 = [(Pmeter).(Lmeter)] Luas ruang penangkap lumpur per blok

Psba rencana = 20 m Asba per blok = (p x l) m2 255 = (20 x l) m2 L = 12,75 meter      en Vse n Qpengolaha Asba dim        jam m jam m Asba / 3 / 3060 3 2 1020m Asba

(31)

c. Kecepatan pulsator sebagai klarifier atau penjernihan air (Vklrifikasi) Direncanakan ruang penampung lumpurnya berdimensi

P = 1 meter H = 1,5 meter

Sehingga lebar klarifier keseluruhan akibat penambahan ruang penampung lumpur

Lsba + Plumpur = 12,75 meter + 1 meter Lsba + Plumpur = 13,75 meter

Lklarifier = 14 meter Maka luas Klarifier

Prencana x Lklarifier = 20 meter x 14 meter Prencana x Lklarifier = 280 m2

d. Luas ruang pulsasi (Apulsasi)

Luas ruang pulsasi (pendenyut) sebanyak 2 buah sebagai alat flokulator (pengaduk lambat) direncanakan sebagai berikut:

Ppulsasi = 12,5 meter

Lpulsasi = Pruang vakum = 7,5 meter Apulsasi = Ppulsasi x Lpulsasi

= 2 (12,5 x 7,5) = 187,5 m2

Langkah 3 Perhitungan Luas Pulsator, surface loading rate, waktu tinggal air dan gradient kecepatan

a. Luas Pulsator (A pulsator)

Apulsator = Aruang vakum + Aruang pulsasi + Aclarifier Apulsator = ( 75 + 187,5 + 1120)

(32)

b. Surface loading rate

c. Waktu tinggal air di pulsator (td air)

d. Volume ruang pembuangan lumpur di pulsator (C) : C = 4 [(P).(L).(T)]Rlumpur

= 4 [20x1x1,5]x1 = 120 m3

e. Luas keseluruhan klarifikasi karena ada empat bak yang mengelilingi ruang vakum – ruang pulsasi, maka luas klarifier

Aklarifier = 4 bak x 280 m2/bak Aklarifier = 1120 m2

f. Dapat ditentukan kecepatan pulsator sebagai klarifier, yaitu        Apulsator n Qpengolaha SLR        3 ₂ 5 , 1382 / 3060 m jam m SLR ) ( / 21 ,

2 m jammemenuhikriteriadesain SLR        n Qpengolaha Volair tdair          n Qpengolaha Tair Apulsasi Tait Avakum Tair Aclarifier tdair ( . ) ( . ) ( . ) jam tdair1,481,5        Aklarifier n Qpengolaha Vklarifier        2 3 1120 / 3060 m jam m Vklarifier

(33)

g. Kecepatan aliran air di pulsator (Vo)

Kecepatan aliran air di pulsator dapat dihitung dengan perencanaan tinggi pulsator 10 meter dan ketinggian airnya 9,5 meter, makaVo:

Prencana = 20 meter Hair rencana = 9,5 meter

h. Kecepatan aliran air masuk kepulsator (Vinlet)

Kecepatan aliran air masuk ke pulsator melalui pipa inlet dari bangunan sebelumnya yaitu bak koagulasi ke pulsator, dengan perencanaan:

Diameter pipa inlet Ø = 1 meter

i. Nilai perbandingan Vklarivikasi dengan Vsedimentasi (Fe) jam m Vklarifier2,7 /





       ) )( (Pr 4 encana Tair n Qpengolaha Vo





       ) 5 , 9 )( 20 ( 4 3060 Vo jam m Vo4,03 /            ik jam Apipainlet n Qpengolaha Vinlet det 3600 1 . ) ( 4





        ik jam jam m Vinlet det 3600 1 . ) 1 )( )( 25 , 0 ( 4 / 3060 2  ) det( / 00 , 1 det / 69 , 0 6897 , 0 m m memenuhikriteriadesain Vinlet   . dim 3 / 1      en Vse si Vklarifika Fe . / 3 / 7 , 2 1/3        jam m jam m Fe

(34)

j. Nilai gradient kecepatan di pulsator jika diketahui sebagai berikut n = 0,893 x 10-3

Ss = 2,65

k. Dengan beda tinggi ruang SBA dengan ruang pembuangan lumpur ∆h = 7 m

l. Nre

ρ = massa jenis air (kg/m3 )

vd = kecepatan pengendapan (m/det)

ƞ = viskositas absolute (suhu 27° c=0,00086 N s/m2 ) m. Perhitungan debit aliran air per pipa lateral

n. Kecepatan inlet Asumsi D = 50 cm . 965 , 0  Fe . ) )( 1 )( 1 ( 2 / 1                     n Qpengolaha C h Fe Ss n g Fe G . 3060 120 ) 75 , 0 )( 965 , 0 1 )( 1 65 , 2 ( 10 . 893 , 0 981 , 0 965 , 0 2 / 1 3                    _ G ) det( / 113890 / 318 , 1 in iteriadesa memenuhikr G jam G   2000 968 / 00086 , 0 / 3 . / 1000 . ₂ 3 Re     m Ns jam m m kg vd N   rencana Jumlahpipa Qtotal Qperpipa dtk m x Qperpipa 1,42 10 / 60 85 , 0 _ ₂ ₃ 

(35)

o. Diameter lubang pipa h = 1 cm N = (P:0,25)x2 =(5x0,25)x2=40 p. Gutter Q = 0,85 m3/det D = 10 cm

L = ketebalan dinding gutter (0,15) D = diameter lubang gutter (0,05)

q. Pompa pulsator

Vacuum pumps = 6 units

P = 9 Kw ; f = 50 Hz ; I = 18,5 A ; V = 380 V dtk m x x x d Qperpipa Vperpipa 0,072 / ) 05 25 , 0 ( 10 42 , 1 ) . . 4 1 ( 2 2      





2 / 1 2 / 1 2 . . 4        gh N Qperpipa Dperpipa 





2 / 1 2 / 1 2 005 , 0 81 , 9 2 . . 40 10 42 , 1 4         x x x x Dperpipa  cm m m Dperpipa0,038 0,04 4





1,354 /det 1 , 0 . 4 1 ) 2 40 ( det / 85 , 0 2 3 m x x m v                         g V x D L fx Hf 2 2 m m x x x Hf 0,011 1,1 81 , 9 2 354 , 1 05 . 0 15 , 0 1600 64 2 _ _             

(36)

unit → 9 rpm)

Jenis pompa = Hibon SNV 32 (2unit)

5.7 FILTRASI

1) Kriteria Desain

- Kecepatan filtrasi (Vf) = 8 - 12 m/jam - Tebal media pasir (Lp) = 60 - 80 cm - Tebal media kerikil (Lk) = 10 - 30 cm - Waktu backwash (tbw) = 5 - 15 menit - Tinggi air di atas media (Ha) = 0,9 – 1,2 m - Diameter media (Dm) = 0,6 – 1,2 mm - Ekspansi backwash = 30 - 50 %

- A orifice (Aor) : A = (0,0015 - 0,005) : 1 - A lateral (Alat) : Aor = (2 - 4) : 1

- A manifold (Am) : Alat = (1,5 - 3) : 1 - Jarak orifice (Wor) = 6 - 20 cm - Porositas = 0,36 - 0,45 - Diameter orifice (Dor) = 0,6 - 2 cm - Kecepatan backwash (Vbw) = 15 – 25 m/jam - Surface loading = 7 - 12 m/jam - Vgullet(saluran pembuangan) = 0,6 – 2,5 m/s

- L filtrasi = 3 – 6 m

- fb = 7,5 cm

(Tri Joko,2010)

2) Perencanaan

- Kecepatan filtrasi (Vf) = 2,78.10-3 m/s = 10 m/jam - Diameter orifice (Dor) = 2 cm = 0,02 m - A orifice (Aor) = 0,0025Af

- Jarak antar pusat lateral (Wlat) = 20 cm = 0,2 m - Tebal media pasir (Lp) = 70 cm = 0,7 m - Tebal media kerikil (Lk) = 30 cm = 0,3 m - Diameter pasir (Dp) = 0,6 mm = 6.10-4 m

(37)

- Diameter kerikil (Dk) = 0,3 – 6,25 cm - Porositas awal (Po) = 0,4

-



= 0,893.10-6 m2/det - NRe pasir < 5 - NRe kerikil > 5 - Alat = 2Aor - Wlat = 20 cm - Am = 1,5 Alat

- % ekspansi kerikil akibat Vbw = 10 %

- Tbw = 600 detik = 10 menit

-  pasir = 0,82

- f = 0,026

- jarak terluar orifice dengan dinding = 20 – 30 cm - 1 bak filter mempunyai 1 manifold

- jarak pangkal lateral terhadap dinding = 0,6 m

3) Perhitungan Jumlah bak

Q

n12 = 12 0,85 = 11,06 bak = 11 bak

Ditambah 1 bak cadangan, sehingga jumlah bak yang beroperasi 12 bak.

Dimensi bak

Debit per unit filter (Qf) = 112 x 0,85 m 3

/det = 0,071m3/det

Luas tiap unit filter (Af) = Vf Qf = ₃ 10 . 78 , 2 071 , 0  = 25,54 m2 ≈ 26 m2

Luas permukaan saringan (As) = Luas tiap unit filter (Af) = 26 m2 jika P: L = 1 : 2 maka : P = 7,2 m H = 3 m

L = 3,6 m

(38)

1. Orifice

Luas bukaan (Aor) = ¼ π D2 = ¼ π m = 0,000314 m2 = 3,14 cm2 Jumlah lubang tiap filter (n) =

Aor Af 0025 , 0 = 000314 , 0 26 0025 , 0 x = 207 lubang 2. Lateral

Luas bukaan (Alat) = 2Aor x n

= 2 x 0,000314 x 207 = 0,13 m2

3. Manifold

Luas total manifold (Am) = 1,5Alat = 1,5 x 0,13 m2 = 0,2 m2 Diameter manifold (Dm) =  Am 4 =  2 , 0 4x = 0,5 m = 500 mm Panjang pipa manifold (Pm) = Pbak = 3,6 m

Jumlah pipa lateral = n = x2 Wlat Pman = 2 2 , 0 6 , 3 x = 36 buah

Jumlah lateral tiap sisi = 2 36

= 18 buah

Panjang pipa lateral tiap sisi=

2 ) 2 ( Wlat Dm Lbak  = 2 ) 2 , 0 2 ( 5 , 0 2 , 7   x = 3,15 m

Diameter pipa lateral (Dlat)=

n Alat 4 =  36 13 , 0 4 x = 0,068 m = 68 mm

Jumlah orifice tiap lateral ( n ) =



lateral orif ice = 36 207 = 5,75 ~ 6 lubang Sistem Inlet Inlet pipa

(39)

Debit tiap saluran (Qf) = 12

85 , 0

= 0,071 m3/s Kecepatan dalam saluran = 0,3 m/det

Dimensi pipa A = V Q = 3 , 0 071 , 0 = 0,237 m2 A = ¼ π D2 0,237 = ¼ π D2 D = 0,549 m = 0,6 m = 600 mm Sistem Outlet

Air yang sudah tersaring akan dialirkan melalui pipa outlet yang bersambungan dengan pipa manifold menuju adsorbsi. Sehingga diameter pipa outlet = diameter manifold = 0,5 m.

Backwash 1. Pasir

Kecepatan backwash (Vbw) = 6Vf = 6 x 2,78.10-3 = 0,0167 m/det

Porositas saat ekspansi (Pe) = 2,95 x

6 , 3 1 45 , 1 g  x 6 , 3 1        w s w    x 2 1 3 1 Dp Vbw = 2,95x 6 , 3 1 ) 81 , 9 ( ) 10 . 893 , 0 ( 6 1,45 x 6 , 3 1 7 , 995 2600 7 , 995        x 2 1 3 1 ) 10 . 6 ( ) 0167 , 0 ( 4  = 0,63 Prosentasi ekspansi = 100% 1 Pe x Po Pe   = 100% 63 , 0 1 4 , 0 63 , 0 x   = 62,16 %

(40)

Tinggi ekspansi = x100% Lp Lp Le 0,6216 = 100% 7 , 0 7 , 0 x Le Le = 1,14 m 2. Kerikil

Tinggi ekspansi ( asumsi ) = 10 % dari tinggi ekspansi akibat backwash Prosentasi ekspansi = x100% Lk Lk Le 0,1 = 100% 3 , 0 3 , 0 x Le Le = 0,33 % Porositas saat ekspansi

Pe Po Pe   1 = Lk Lk Le Pe Pe   1 4 , 0 = 3 , 0 3 , 0 33 , 0  Pe = 0,45

Debit backwash (Qbw) = Vbw x Abw

= 0,0167 m/det x 26 m2 = 0,4342 m3/det Volume backwash = Qbw x tbw = 0,4342 m3det x 600 det = 261 m3 Diameter backwash (Dbw) Q = A V Q = ¼ π D2 V D = 0,046 m

(41)

Saluran gutter dengan panjang = 3,8 m dan lebar (asumsi) = 0,3 m

Kedalaman air di saluran gutter (Hg) =

3 2 38 , 1 _     xLg Q = 3 2 3 , 0 38 , 1 85 , 0       x =1,61 m Air sisa pencucian dari gutter akan masuk kedalam gullet dengan Lbuang (asumsi) = 0,2 m

Debit yang ditampung (Qbuang) = 0,2 m3/det

Tinggi air dalam saluran pembuangan =

3 2 38 , 1 _     xLbuang Q = 3 2 2 , 0 38 , 1 2 , 0       x =1,73 m Kehilangan Tekan

Headloss pada media yang masih bersih 1. Pasir Cek NRe =  xDpxVf = ₆ 3 4 10 . 893 , 0 10 . 78 , 2 10 . 6 82 , 0    x x = 1,53 < 5 ( Memenuhi ) Koefisien Drag= CD= 0,34 Re 3 Re 24   N N = 1,53 0,34 3 53 , 1 24 _ _ =18,45 Headloss = Hf = ₄ ₄ 2 10 . 6 1 067 , 1     x Po Vf Lp g CD  = 4 4 2 3 10 . 6 1 ) 4 , 0 ( ) 10 . 78 , 2 ( 7 , 0 81 , 9 45 , 18 82 , 0 067 , 1      x = 0,14 m 2. Kerikil Cek NRe =  VfxDk x Po  1 1 = ₆ 3 3 10 . 893 , 0 10 . 3 10 . 78 , 2 4 , 0 1 1     x x = 15,57 > 5 (M) Headloss = xLk Dk Vf x Po Po x g x ₂ ₂ 2 ) 1 ( 180  

(42)

= 0,3 ) 10 . 3 ( 10 . 78 , 2 ) 4 , 0 ( ) 4 , 0 1 ( 81 , 9 10 . 893 , 0 180 ₃ ₂ 3 2 2 6 x x x x _   _ = 0,0085 m Headloss total media

Hf = hf air + hf pasir + hf kerikil = 0,9 + 0,14 + 0,0085

= 1,0485

Headloss sistem underdrain 1. Orifice

Debit tiap filter = 0,071 m3/det Debit orifice (Qor) =

or n Q = 207 071 , 0 = 3,4 x10-4m3/det

Kecepatan di orifice (Vor) = or or A Q = 000314 , 0 00034 , 0 = 1,09 m/det Headloss (hfor) = 1,7 x g V_or 2 2 = 1,7 x 81 , 9 2 ) 09 , 1 ( 2 x = 0,103 m = 10,3 cm 2. Lateral

Debit lateral (Qlat) = lat n Q = 36 071 , 0 = 1,97.10-3 m3/det

Kecepatan di lateral (Vlat) = lat lat A Q = 13 , 0 10 . 97 , 1 3 = 0,015 m/det Headloss (hflat) = 1,3 hf = g Vlat x Dlat Llat xfx 2 3 , 1 2 = 81 , 9 2 ) 015 , 0 ( 068 , 0 15 , 3 026 , 0 3 , 1 2 x x x x = 1,795 x 10-5 m

(43)

3. Manifold Debit manifold (Qm) = m n Q = 1 071 , 0 = 0,071 m3/det Kecepatan di manifold = m m A Q = 2 , 0 071 , 0 = 0,355 m/det Headloss (hm) = 1,3 hf = g Vm x Dm Lm xfx 2 3 , 1 2 = 81 , 9 2 ) 355 , 0 ( 5 , 0 6 , 3 026 , 0 3 , 1 2 x x x x = 1,56 x 10-3 m Headloss total underdrain

Hf = hfor + hflat + hfm

= 10,3 + 1,795 x 10-5 + 1,56 x 10-3 = 10,3 m

Headlos total

Hftot = hfmedia + hfunderdrain = 1,0485+ 10,3

= 11,3485 m

Debit backwash (Qbw) = Vbw x Abw

= 0,0167 m/det x 26 m2 = 0,4342 m3/det

Volume backwash = Qbw x tbw

= 0,4342 m3det x 600 det = 261 m3

Headloss pada media saat backwash 1. Pasir

(44)

Cek NRe =  VbwxDp x Pe  1 1 = ₆ 4 10 . 893 , 0 10 . 6 , 4 0167 , 0 63 , 0 1 1    x x = 23,24 Headloss = xLe Dp Vbw x Pe Pe x g x 8 , 1 ) 1 ( 120 2 , 1 3 8 , 1 8 , 0   = 1,14 ) 10 . 6 , 4 ( ) 0167 , 0 ( ) 63 , 0 ( ) 63 , 0 1 ( 81 , 9 ) 10 . 893 , 0 ( 120 ₄ ₁_,₈ 2 , 1 3 8 , 1 8 , 0 6 x x x x _  _ = 1,01 m 2. Kerikil Cek NRe =  VbwxDk x Pe  1 1 = ₆ 3 10 . 893 , 0 10 . 3 0167 , 0 45 , 0 1 1    x x = 97,73 Headloss = xLe Dk Vbw x Pe Pe x g x 8 , 1 ) 1 ( 120 2 , 1 3 8 , 1 8 , 0   = 0,33 ) 10 . 3 ( ) 0167 , 0 ( ) 45 , 0 ( ) 45 , 0 1 ( 81 , 9 ) 10 . 893 , 0 ( 120 8 , 1 3 2 , 1 3 8 , 1 8 , 0 6 x x x x _  _ = 0,056 m Hf media = 1,01 + 0.056 = 1,066

Headloss sistem underdrain saat backwash 1. Orifice

Debit orifice (Qor) = or n Qbw = 207 4342 , 0 = 0,002 m3/det

Kec orifice (Vor) = or or A Q = 000314 , 0 002 , 0 = 6,676 m/det Headloss (hfor) = g Vor x 2 7 , 1 2 = 81 , 9 2 ) 676 , 6 ( 7 , 1 2 x x = 3,86 m 2. Lateral

Debit lateral (Qlat) = lat n Qbw = 36 4342 , 0 = 0,012 m3/det

Kec di lateral (Vlat) = lat lat A Q = 13 , 0 012 , 0 = 0,09 m/det Headloss (hflat) = 1,3 hf

(45)

= g Vlat x Dlat Plat xfx 2 3 , 1 2 = 81 , 9 2 ) 09 , 0 ( 0068 , 0 15 , 3 026 , 0 3 , 1 2 x x x x = 6,4 x 10-4 m 3. Manifold Debit manifold (Qm) = man n Qbw = 1 4342 , 0 = 0,4342 m3/det Kec di manifold (Vm) = man man A Q = 2 , 0 4342 , 0 = 2,171 m/det Headloss (hfm) = 1,3 hf = g Vm x Dm Lm xfx 2 3 , 1 2 = 81 , 9 2 ) 171 . 2 ( 5 , 0 6 , 3 026 , 0 3 , 1 2 x x x x = 0,0584 m

Headloss total saat backwash

Hf = hfmedia + hfor + hflat + hfm = 1,06+ 3,86 + 6,4 x 10-4 + 0,0584 = 4,979 m

Pompa Backwash

Headloss pada pompa = hfbw + hs + sisa tekan = 4,979 + 5 + 1

(46)

Daya pompa P =  xgxQbwxhfpompa = 75 , 0 979 , 10 4843 , 0 81 , 9 7 , 995 x x x = 69284,9Watt = 923,32 hp 5.8 DESINFEKSI

Karakteristik desinfektan dapat dilihat pada tabel di bawah ini : Tabel 5.2 Karakteristik Desinfektan

Karakteristik Klorin Bebas Kloramin Klorin Dioksida Ozon Radiasi UV Desinfeksi  Bakteri  Virus Pengaruh Ph Residu di sistem distribusi Produk samping, -pembentukan THM Dosis (mg/L Berat ekivalen (pound) Sangat baik Sangat baik Efisiensi menurun dengan kenaikan pH Ada Ada 2 - 20 35,5 Cukup baik Rendah (baik pada waktu kontak yang lama) Dikloramin dominan pada pH ≤ monokloramin dominan pada pH ≥ 7 Ada Tidak terjadi 0,5 - 3,0 25,8 Sangat baik Sangat baik Lebih efisien pada pH tinngi Ada Tidak terjadi - 13,4 Sangat baik Sangat baik Residu terjadi pada pH rendah Tidak ada Tidak terjadi 1 - 5 24 Baik Baik Insentif Tidak ada Tidak terjadi - -

(47)

Sumber : National Academy of Science (1980) dalam Montgomery, 1995; hal 276

Pada perencanaan ini, desinfeksi dilakukan dengan penambahan klorin bebas. Dipilihnya desinfektan tersebut adalah karena proses desinfeksi terhadap bakteri dan virus sangat baik dan efektif. Di samping itu, apabila dilihat dari biaya yang dikeluarkan juga lebih sedikit. Walaupun terdapat produk amping berupa pembentukan THM namun apabila kadarnya ≤ 1 mg/L masih dapat ditoleransi (standar EPA, Kawamura, 1991 hal 282)

1) Perencanaan

1. Desinfeksi menggunakan kaporit : Ca(OCl)2 2. Kadar Klor dalam kaporit : 60 %

3. Berat jenis kaporit, BJ = 0,860 kg/L 4. Kapasitas pengolahan, Q = 150 L/detik 5. Konsentrasi larutan, C = 50 g/L = 50 mg/m3 6. Daya pengikat Klor, DPC = 1,2 mg /L (asumsi) 7. Sisa klor = ( 0,2 – 0,4 ) mg / l, diharapkan 0,3 mg/l 8. Pembubuhan larutan kaporit 3 x sehari (8 jam untuk 1 x)

Dosis klor = DPC + sisa klor = 1,2 + 0,3 = 1,5 mg/l

Dosing rate L ik L mg L mg ikx L laru C kebutuhan QxC det / 255 , 0 / 5000 / 5 , 1 det / 850 tan . . _ _ 

Dosing rate per hari = 0,255L/detikx24jamx3600detik22032L/hari Dosing Setiap Pembubuhan

Dosing rate per hari = 22032L/hari/37344l/8jam

Kebutuhan Kaporit

Kebutuhan Kaporit = 60%Dosis Klor  Q = 

60 100

1,5mg/l  850 l/det

(48)

Debit Kaporit =  ap masajenisk Wkap 1 =  86 , 0 / 184kg hr = 213,953L/hr Q pelarut = x213,953L/hari % 5 % 5 % 100  = 4065,107 L/hari

Debit Larutan = Qkap + Qair

= 213,953 L/hr + 4065,107 L/hr

= 4279,06 L/hr

= 4,28 m3/hr Kehilangan Tekan

1. Direncanakan panjang pipa, Pp 1m dengan diameter, Dp = 1 inchi 2. Qpipa = 7344 L/ 8 jam = 2,55.10-4 m3/dtk



m



ik m dt A Q pipa pipa Vpipa 0,3 / 0254 , 0 4 1 det / 10 55 , 2 2 3 4        

3. Kehilangan tekan dalam pipa





m hf m ik m P Dp C Qp hf p p HW p 2 54 , 0 1 63 , 2 3 4 54 , 0 1 63 , 2 10 7 , 1 1 0254 , 0 130 2785 , 0 det / 10 55 , 2 2785 , 0                         

4. Kehilangan tekan pada pipa inlet, valve, dan outlet







 



m x hf hf g v Kout Kv Kin hf Kout g v Koutlet hf Kvalve g v Kvalve hf Kin g v Kin hf tot p p tot p outlet p valve p inlet 4 5 2 2 2 2 2 10 3 , 1 10 9 , 8 81 , 9 2 018 , 0 1 25 , 0 2 1 2 2 1 , 2 25 , 0 , 2 1 , 2   _ _                                      

(49)

Dimensi Bak Pelarut 1. Volume bak 3 3 4 344 , 7 3600 8 / 10 55 , 2 m dt jam m t Qp Vbak         2. Luas permukaan : 2 344 , 7 1 344 , 7 m H Vbak As   3. Pbak = Lbak m P L L L As 71 , 2 344 , 7 2 2    

Volume ruang pengadukan (T = 30° C) Q = 850 L/det = 0,85 m3/det G = 700 /dt _{= 0,798. 10}-3 kg/mdet  = 995,7 kg/m3 g = 9,81 m/det2

Kecepatan (v1) saat masuk ke bak pengadukan = 2 m/det Kecepatan (v2) saat keluar dari bak pengadukan = 1 m/det Waktu tinggal = 30 detik

2) Perhitungan

V = Q x td

= 0,85 m3/dt x 30 dt = 25,5 m3

Direncanakan ukuran ruang pengadukan : Panjang = 4,35 m Lebar = 4,35 m Tinggi = 1,5 m Diameter inlet 2 3 1 425 , 0 det / 2 det / 85 , 0 m ik m ik m v Q A  

(50)

mm m m A D 0,577 600 4 1 425 , 0 4 1 2       Diameter outlet PENGHITUNGAN pH

1. Dosis chlor yang digunakan 1,5 mg/L dengan kadar chlor dalam kaporit 60 %. Kaporit yang ditambahkan :

L mol L mg L mg/ 2,5 / 0.0174 / 5 , 1 60 100_ _ _  , dengan Mr Ca(OCl)2 = 143

2. Reaksi yang terjadi

    O H CO CO H HCO H OCl H HOCl HOCl OH Ca O H OCl Ca 2 2 3 2 3 2 2 2 2 2 2 2 2            

3. Dengan penambahan kaporit sebanyak 0.0174 mol/L, akan terjadi penambahan:

[Ca2+] = 0.0174 mol/L = 0,696 g/L [CO2] = 0.0174 mol/L 0,7656 g/L [HCO3‾] = 0.0174 mol/L = 1,0614 g/L

4. Konsentrasi pada awal air baku : [Ca2+] = 0 mg/L

[CO2] = 0

[HCO3‾] = 0 mg/L

5. Konsentrasi di akhir proses desinfeksi : [Ca2+] total = 0 + 0,696 = 0,696 g/L [CO2] total = 0 + 0,7656 = 0,7656 g/L [HCO3‾] total = 0 + 1,0614 = 1,0614 g/L

(51)

6. Perhitungan ion trength μ)

Tabel 5.3 Perhitungan μ Setelah Desinfeksi Ion Konsentrasi (g/L) BM Ci (mol/L) 0,5 x Ci x zi2 Ca2+ Mg2+ HCO3‾ SO4 ‾ Cl‾ 0,696 0 1,0614 0 0 40 24 61 98 35,5 0,0174 0 0,0174 0 0 3,624 x 10-2 0 2,236 x 10-2 0 0 Μ 0,055



















5,89 10 0,7213



7,68 log 3 2 ' log 10 89 , 5 ' 45 , 7 055 , 0 4 , 1 1 055 , 0 log 7 , 6 ' 4 , 1 1 log 1 ' 8 8 5 , 0 5 , 0 1 5 , 0 5 , 0 1                            pHbaru baru HCO sisa CO K pHbaru K pK pK pK  

pH baru setelah proses desinfeksi masih masuk dalam range 7,45 – 7,68 yang diijinkan untuk air minum, sehingga tidak perlu melakukan proses netralisasi pH.

5.9 RESERVOIR

Unit Reservoir

Type reservoir yang dipakai adalah Ground Reservoir Kecepatan inlet desain (Vi) = 2 m/dtk

Faktor peak, fp = 2,5

Kecepatan outlet desain, vo = 3 m/dt Waktu pengurasan, tk = 2 jam

Kecepatan pengurasan, vk = 2,5 m/dt Kecepatan overflow, vow = vi = 2 m/dt

(52)

Kecepatan ventilasi desain, vud = 3 m/dt

Reservoir dapat dihitung dengan mengetahui kurva fluktuasi pemakaian air minum.

Tabel 5.4 Pola Pemakaian Air dalam Sehari

Dari jam

ke jam Jumlah jam

Pemakaian per-jam (%) Jumlah pemakaian (%) 2200 - 0500 7 0,75 5,25 0500 - 0600 1 4,00 4,00 0600 - 0700 1 6,00 6,00 0700 - 0900 2 8,00 16,00 0900 - 1000 1 6,00 6,00 1000 - 1300 3 5,00 15,00 1300 - 1700 4 6,00 24,00 1700 - 1800 1 10,00 10,00 1800 - 2000 2 4,50 9,00 2000 - 2100 1 3,00 3,00 2100 - 2200 1 1,75 1,75

Sumber : Tri Joko, Hal 226

Tabel 5.5 Perkiraan fluktuasi pemakaian air

Perhitungan volume reservoir harus memperhitungkan debit yang masuk ke reservoar dan debit yang keluar dari reservoir. Debit yang masuk ke reservoir adalah konstan, yaitu sebesar 4,17 % untuk tiap jamnya, sedangkan debit yang keluar dari reservoir bervariasi tergantung pemakaian air minum kota.

Tabel 5.6 Perhitungan Persentase Volume Reservoir

Dari jam

ke jam Jumlah jam

Pemakaian per-jam (%) Suplai ke Reservoir Surplus (%) Defisit (%) 2200 - 0500 7 0,75 4,17 % 23,94 0500 - 0600 1 4,00 4,17 % 0,17 0600 - 0700 1 6,00 4,17 % 1,83

(53)

0700 - 0900 2 8,00 4,17 % 7,66 0900 - 1000 1 6,00 4,17 % 1,83 1000 - 1300 3 5,00 4,17 % 2,49 1300 - 1700 4 6,00 4,17 % 7,32 1700 - 1800 1 10,00 4,17 % 5,83 1800 - 2000 2 4,50 4,17 % 0,66 2000 - 2100 1 3,00 4,17 % 1,17 2100 - 2200 1 1,75 4,17 % 2,42 Jumlah 24 100,00 100,00 % 27,70 27,62

Sumber : Tri Joko, Hal 227 Keterangan :

Debit yang masuk ke reservoir yaitu konstan = (100/24) % = 4,17 %

Debit yang keluar dari reservoir bervariasi tergantung pemakaian air minum. Jumlah suplai (%) = suplai perjam x jumlah jam

Suplai (%) = jumlah suplai – jumlah pemakaian Persentase Vol. Reservoir =

2 defisit surplus = 2 62 , 27 70 , 27  = 27,66 %

Volume reservoir = 27,66 %  Qrata-rata  waktu = 0,2766  850 L 86400 = 20313504 L

= 20313,5 m3

Dimensi Resrvoir

Tipe reservoar : Ground Reservoar dengan volume sebesar 20313,504 m3.

Kriteria desain kedalaman reservoir adalah 3 - 6 meter, sedangkan yang direncanakan adalah 5 meter.

(54)

Direncanakan, unit reservoir dibagi menjadi 4 kompartemen untuk memudahkan pengurasan dan pengoperasian. Luas melintang untuk tiap kompartemen : AC = 4 1 H Volume = 5 4 5 , 20313 x = 1015,675 m2

Direncanakan Lebar = panjang = 1015,675= 31,87 m ≈ 31,9 m Jadi dimensi reservoir:

a. Kedalaman : 5 meter b. Panjang : 31,9 meter c. Lebar : 31,9 meter d. Freeboard : 0,8 meter

Perpipaan Reservoir

a. Pipa inlet Debit inlet : Qi = 0,85 m3 / detik

Kecepatan inlet desain, vi = 2 m / detik

Diameter pipa inlet :

2 / 1 4        vi Q_i   2 / 1 2 85 , 0 4           x = 0,73 m = 700 mm b. Pipa outlet Faktor peak, fp = 2,5 - Debit: Qo = Qr  fp = 0,85  2,5 = 2,125 m3/detik

(55)

- Diameter pipa outlet : 2 / 1 4        vo Qo   2 / 1 3 125 , 2 4          = 0,95 m

= 1000 mm(ukuran pipa yang ada di pasaran) c. Pipa Penguras

- Tinggi pengurasan, Hk = 2 meter - Volume pengurasan tiap kompartemen :

V = Panjang  Lebar  Hk = 31,9  31,9  2 = 2035,22 m3

- Waktu pengurasan, t = 2 jam

- Kecepatan pengurasan, Vd = 2,5 m / detik - Debit pengurasan, Qd = t V = 60 60 2 22 , 2035   = 0,2827m3 / detik - Diameter pipa, 2 / 1 4          d d d V Q   2 / 1 5 , 2 2827 , 0 4            = 0,144 m

= 150 mm (ukuran pipa di pasaran)

d. Pipa Overflow

- Debit overflow, Qof = Qi = 0,85 m3 / detik - Kecepatan overflow, vof = vi = 2 m / detik - Maka,