EVALUASI PROSES PENGOLAHAN AIR BERSIH PADA IPA PDAM TIRTANADI MEDAN SUNGGAL
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk melengkapi syarat penyelesaian mencapai gelar Sarjana S1 pada Departemen Teknik Sipil, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
HARY AKBAR SOBARI 16 0404 087
BIDANG STUDI TEKNIK SUMBER DAYA AIR DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN
2020
ABSTRAK
Pada saat ini, air PAM merupakan salah satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih. Berbagai metode pengolahan air dilakukan bertujuan untuk menjadikan air layak di konsumsi sehingga aman bagi kesehatan manusia.
Pertumbuhan penduduk dan berbagai aktivitas yang dilakukan penduduk tentunya memberikan dampak terhadap peningkatan kebutuhan kuantitas air bersih. Instalasi Pengolahan Air (IPA) Sunggal merupakan salah satu dari unit pengolahan air yang dimiliki oleh PDAM Tirtanadi dengan sumber air baku berasal dari sungai Belawan bagian tengah.
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam menyelesaikan tugas akhir ini yaitu terlebih dahulu menyusun data yang dibutuhkan baik data primer maupun sekunder. Tahapan selanjutnya yaitu mengevaluasi unit-unit eksisting Instalasi Pengolahan Air (IPA) berupa perhitungan efektifitas dan efisiensi untuk dimensi bangunan eksisting pengolahan kemudian data kualitas air produksi di evaluasi terhadap parameter-parameter perencanaan dan standar yang berlaku.
Hasil yang di peroleh dari evaluasi pada instalasi (IPA) Sunggal adalah dapat mengolah air baku sehingga menghasilkan air bersih yang memenuhi standar kualitas. Namun terdapat masalah pada beberapa unit pengolahan yang sebaiknya diperbaiki guna meningkatkan kinerja instalasi.
Kata kunci :
Evaluasi, instalasi pengolahan air, air bersih
KATA PENGANTAR
Puji syukur saya ucapkan kehadirat Allah S.W.T yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya kepada saya, sehingga tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan syarat untuk mencapai gelar sarjana Teknik Sipil. Saya menyadari tugas akhir ini tidak terlepas dari dukungan, bantuan serta bimbingan. Oleh karenanya saya ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang berperan penting yaitu :
1. Bapak Ivan Indrawan, S.T.,M.T selaku dosen pembimbing saya yang telah banyak memberikan dukungan, masukan, bimbingan serta meluangkan waktu, tenaga, dan pikiran dalam membantu saya menyelesaikan tugas akhir ini.
2. Bapak Ir. Medis Surbakti, Ph.D yaitu selaku ketua Departemen Teknik Sipil Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak/Ibu staf pengajar, serta pegawai Departemen Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
4. Keluarga saya yang selalu memberikan dukungan dalam bentuk moral dan materiil yaitu Alm. papa saya Drs. Durhanuddin, mama saya Ir. Bulan Trisna Rambe, dan kakak kandung saya dr. Adriani Sakina.
5. Kawan seperjuangan saya sipil usu stambuk 2016, abang kakak stambuk 2010, 2013, 2014, 2015 serta adik-adik stambuk 2017 dan 2019.
6. Seluruh rekan organisasi pada Himpunan Mahasiswa Islam (HMI) Komisariat Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Penulis menyadari terdapat kekurangan dan kelemahan dalam penulisan tugas akhir ini, untuk itu kritik dan saran serta sumbangan pemikiran dari pembaca diperlukan demi kesempurnaan tugas akhir ini.
Medan, Juli 2020 Penulis,
Hary Akbar Sobari 16 0404 087
DAFTAR ISI
ABSTRAK ... i
KATA PENGANTAR ... ii
DAFTAR ISI ... iii
DAFTAR GAMBAR ... vi
DAFTAR TABEL ... vii
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 2
1.4. Batasan Masalah... 2
1.5. Manfaat Penelitian ... 3
1.6. Metodologi ... 3
1.7. Sistematika Penulisan... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5
2.1. Landasan Teori……….. 5
2.1.1. Siklus Hidrologi ... 5
2.1.2. Manfaat Air Bagi Kehidupan ... 6
2.1.3. Sumber-Sumber Air Minum ... 8
2.2. Air Bersih ... 10
2.2.1. Standar Kualitas Air Bersih ... 10
2.2.2. Standar Kualitas Fisik Air Bersih ... 12
2.2.3. Standar Kebutuhan Air Bersih ... 13
2.2.4. Kebutuhan Air Bersih ... 13
2.3. Proses Pengolahan Air Bersih ... 14
2.4. Kapasitas Dan Fluktuasi Air Bersih ... 33
2.4.1. Debit Aliran ... 34
2.4.2. Aliran Melalui Pipa ... 35
2.4.3. Aliran Laminer Dan Turbulen ... 35
2.4.4. Kehilangan Energi (Head Loss) Pada Pipa ... 36
2.5. Pompa ... 40
2.6. Metode Pendistribusian Air Bersih ... 44
2.6.1. Cara Gravitasi... 44
2.6.2. Cara Pemompaan ... 44
2.6.3. Cara Gabungan ... 44
2.7. Sejarah Singkat PDAM Tirtanadi ... 45
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 47
3.1. Flowchart Penelitian... 47
3.2. Lokasi Penelitian ... 48
3.3. Konsep Penelitian... 49
3.4. Metodologi Penelitian ... 48
3.4.1. Sumber Data ... 48
3.4.2. Cara Pengumpulan Data ... 48
3.4.3. Pengolahan Data... 48
3.4.4. Analisa Data ... 48
3.4.5. Evaluasi ... 48
3.5. Teknik Sampling ... 49
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 51
4.1. Gambaran Umum ... 51
4.2. Kondisi Eksisting Instalasi (IPA) ... 56
4.2.1 Bendungan... 56
4.2.2 Unit Intake ... 57
4.2.3 Saluran... 58
4.2.4 Raw Water Tank (RWT) ... 59
4.2.5 Pompa Air Baku ... 59
4.2.6 Clarifier ... 60
4.2.7 Filtrasi ... 63
4.2.8 Reservoir ... 64
4.2.9 Finish Water Pump (FWP)... 65
4.2.10 Sludge Lagoon ... 65
4.3. Material Pendukung ... 66
4.4. Sistem Monitoring (SCADA) ... 67
4.5. Sistem Distribusi IPA Sunggal... 68
4.6. Evaluasi Unit Eksisting IPA Sunggal ... 69
4.6.1 Evaluasi Intake ... 69
4.6.2 Evaluasi Bak Pengendap ... 71
4.6.3 Evaluasi Fungsi Clarifier ... 74
4.6.4 Evaluasi Filtrasi ... 75
4.6.5 Evaluasi Keseimbangan Air dan Reservoir... 83
4.6.6 Evaluasi Reservoir ... 86
4.6.7 Evaluasi Kualitas Mutu Air Produksi ... 88
4.6.8 Evaluasi Pembubuhan Zat Kimia ... 89
4.6.8 Evaluasi Pompa Air Baku ... 90
Bab V PENUTUP………. 97
5.1. Kesimpulan……… .. 97
5.2. Saran………. 98
DAFTAR PUSTAKA ………. ... ix
LAMPIRAN-LAMPIRAN………. ... x
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Siklus Hidrologi ... 5
Gambar 2.2. Komponen Unit IPA... 14
Gambar 2.3. Bagan Proses Pengolahan Air Sungai ... 15
Gambar 2.3.1. Intake Sungai ... 17
Gambar 2.3.2. Moody Diagram ... 20
Gambar 2.3.3. Proses Koagulasi Pada Clarifier Modern ... 21
Gambar 2.3.4. Elemen Pada Clarifier Modern ... 27
Gambar 2.3.5. Elemen Pada Clarifier Modern ... 28
Gambar 2.4. Head Loss Pada Pipa Secara Berangsur-Angsur ... 38
Gambar 2.5. Belokan Berangsur ... 39
Gambar 2.6. Kurva Pada Pompa ... 43
Gambar 2.7. Lokasi Penelitan IPA Sunggal... 45
Gambar 3.1. Flowchart Penelitian ... 47
Gambar 3.2. Skema Teknik Sampling Pada Penelitian... 50
Gambar 4.1. Lokasi Penelitian IPA Tirtanadi Sunggal ... 51
Gambar 4.2. Lokasi IPA Tirtanadi cabang Medan Sunggal ... 52
Gambar 4.3. Bendungan Pada IPA Sunggal ... 56
Gambar 4.4. Bangunan Intake IPA Sunggal ... 57
Gambar 4.5. Saluran ... 58
Gambar 4.6. Bak Pengendap (Raw Water Tank) ... 59
Gambar 4.7. Pompa Air Baku (Raw Water Pump) ... 59
Gambar 4.8. Bangunan Clarifier ... 61
Gambar 4.9. Unit Filtrasi ... 63
Gambar 4.10. Bangunan Reservoir ... 64
Gambar 4.11. Pompa Distribusi Air Bersih ... 65
Gambar 4.12. Sludge Lagoon ... 66
Gambar 4.13. Desain Bak Pengendap IPA Sunggal ... 73
Gambar 4.14. Elevasi Outlet Unit Filtrasi ... 80
Gambar 4.15. Grafik Keseimbangan Air ... 84
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Zat-Zat Pencemar Pada Air Baku ... 8
Tabel 2.2. Estimasi Pada Distribusi Air Di Bumi ... 9
Tabel 2.3. Parameter Biologi ... 11
Tabel 2.4. Parameter Kimia ... 11
Tabel 2.5. Standar Kebutuhan Air Bersih ... 13
Tabel 2.6. Sektor Perencanaan Pada Dinas (PU) ... 13
Tabel 2.7. Komponen Unit Pengolahan Air Bersih ... 15
Tabel 2.8. Kriteria Perencanaan Unit Flokulasi ... 23
Tabel 2.9. Kriteria Unit Sedimentasi Bak Pengendap... 25
Tabel 2.10. Voutchkov, N (Introduction To Clarifier Design) ... 26
Tabel 2.11. Kriteria Umum Sedimentasi... 27
Tabel 2.12. Koefisien Bentuk ( ) ... 29
Tabel 2.13. Kriteria Desain Saringan Pasir Cepat... 30
Tabel 2.14. Kekentalan Kinematik Air (v)... 36
Tabel 2.15. Koefisien Kekasaran Hazen-William... 36
Tabel 2.16. Kekasaran Rata-Rata Pipa Komersil ... 37
Tabel 2.17. Variasi Nilai Kc ... 39
Tabel 2.18. Kehilangan Tinggi Tekanan Pada Katup ... 40
Tabel 4.1. Daerah Pelayanan IPA Sunggal ... 53
Tabel 4.2. Fasilitas Daerah Pelayanan IPA Sunggal ... 55
Tabel 4.3. Data Jumlah Penduduk Daerah Pelayanan... 55
Tabel 4.4. Unit Pompa Air Baku ... 67
Tabel 4.5. Pembuangan Automatic Disludge IPA Sunggal... 61
Tabel 4.6. Diameter Pasir Pada Filter ... 64
Tabel 4.7. Fungsi Material Kimia ... 66
Tabel 4.8. Klasifikasi Saluran Distribusi ... 68
Tabel 4.9. Perbandingan Standar Kualitas Air Baku ... 69
Tabel 4.10. Perhitungan Waktu Detensi Untuk Debit Berbeda ... 71
Tabel 4.11. Perhitungan Untuk Waktu Endap Partikel ... 72
Tabel 4.12. Perhitungan Waktu Endap Partikel Diameter Berbeda ... 72
Tabel 4.13. Perhitungan Waktu Detensi Air ... 74
Tabel 4.14. Debit Penyaringan ... 77
Tabel 4.15. Hasil Perhitungan (va) ... 77
Tabel 4.16. Hasil Perhitungan Head Loss ( ) ... 78
Tabel 4.17. Perhitungan Kriteria Desain Filtrasi ... 79
Tabel 4.18. Tinggi Muka Air Di Atas Media Filter ... 80
Tabel 4.19. Ekspansi Media Filter ... 81
Tabel 4.20. Keseimbangan Air... 83
Tabel 4.21. Kapasitas Total Kebutuhan Debit Air Bersih ... 86
Tabel 4.22. Hasil Analisa Uji Laboratorium Air Pada Reservoir ... 89
Tabel 4.23. Hasil Jar Test IPA Sunggal ... 89
Tabel 4.24. Kapasitas Tawas Dengan Dosis Berbeda ... 90
Tabel 4.25. Spesifikasi Pada Pompa Air Baku ... 90
Tabel 4.26. Analisis Head Loss Pada Pipa ... 94
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Air bersih di daerah perkotaan menjadi sangat penting karena terdapat akitivitas kehidupan masyarakat kota yang sangat dinamis. Untuk memenuhi kebutuhan air bersih tersebut maka penduduk daerah perkotaan tidak dapat mengandalkan air dari sumber air langsung seperti air permukaan dan air hujan karena kedua sumber air tersebut sebagian besar telah tercemar baik secara langsung maupun tidak langsung dari aktivitas manusia. Saat ini, Air tanah dan Air PAM merupakan alternatif untuk memenuhi kebutuhan air bersih.
Dalam pengolahan air bersih dengan skala yang besar seperti Instalasi Pengolahan Air bersih (IPA) untuk memenuhi kebutuhan masyarakat perkotaan, diperlukan sumber air baku yang dapat menjamin suplai air baku setiap hari.
Sumber air baku dapat berasal dari air laut, air sungai dan juga air tanah.
Di Indonesia, dari berbagai sumber air baku yang tersedia, air permukaan yang paling umum digunakan untuk mensuplai air baku adalah air sungai. Namun, air sungai saat ini banyak tercemar oleh berbagai aktivitas manusia sehingga diperlukan proses pengolahan air bersih yang tepat sehingga dapat mengolah air baku menjadi air bersih yang memenuhi standar kualitas.
Pertumbuhan penduduk dan berbagai aktivitas manusia tentu memberikan dampak terhadap peningkatan kebutuhan kuantitas air bersih tersebut. Sehingga Instalasi Pengolahan Air (IPA) merupakan solusi tepat bagi penduduk kota saat ini agar tetap memperoleh air bersih yang dapat di konsumsi sehari-hari.
Penggunaan sumber air baku pada instalasi (IPA) Sunggal berasal dari sungai Belawan bagian tengah yang dimana dipengaruhi oleh lingkungan, iklim dan cuaca, yang dari waktu ke waktu kualitas air tersebut dapat berubah akibat adanya pencemaran selama alirannya.
Pada saat ini IPA Sunggal aktif beroperasi dengan sistem distribusi melalui pompa baik secara langsung dari instalasi (IPA) Sunggal ataupun reservoir.
Berdasarkan pada kondisi instalasi tesebut maka pada tugas akhir ini akan membahas tentang evaluasi proses pengolahan air bersih pada sistem jaringan eksisting daerah layanan instalasi (IPA) PDAM Tirtanadi cabang Medan Sunggal.
1.2. Rumusan Masalah
Di dalam suatu sistem jaringan instalasi pengolahan air biasanya terdapat permasalahan berupa kendala teknis pada jaringan yang meliputi proses pengolahan air bersih. Hal seperti ini memberikan dampak terhadap kualitas maupun kuantitas debit air yang dihasilkan. Oleh karena itu diperlukan evaluasi terhadap proses pengolahan pada instalasi untuk mengetahui bagaimana kondisi eksisting instalasi, cara pemeliharaan pada setiap unit instalasi, dan apakah instalasi pengolahan air masih dapat dioptimalkan.
1.3. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui permasalahan yang terdapat pada instalasi (IPA) Sunggal.
2. Memberikan solusi penyelesaian terhadap masalah yang terdapat pada instalasi (IPA) Sunggal.
3. Memberikan rekomendasi perbaikan dan optimalisasi berdasarkan hasil evaluasi instalasi (IPA) Sunggal untuk memenuhi kebutuhan air bersih bagi pelanggan.
1.4. Batasan Masalah
1. Evaluasi dilakukan pada instalasi (IPA) PDAM Tirtanadi Medan Sunggal dengan kapasitas debit air produksi maksimum 2.500 liter/detik terhadap kinerja dan kapasitas desain unit-unit pengolahan dari intake sampai dengan reservoir.
2. Tidak menghitung pengembangan instalasi.
3. Tidak membahas dan menghitung masalah pembiayaan.
1.5. Manfaat Penelitian
1. Mengetahui kinerja instalasi (IPA) Sunggal untuk meningkatkan produktivitas baik dari kualitas maupun kuantitas air produksi.
2. Menjadi masukan (solusi) untuk mengembangkan instalasi (IPA) Sunggal.
1.6. Metodologi 1. Sumber Data
Data yang digunakan untuk penyusunan tugas akhir ini merupakan data sekunder yang di peroleh dari Instalasi Pengolahan Air (IPA) Tirtanadi cabang Sunggal dengan data yang bersesuaian dengan pokok bahasan adalah sebagai berikut ini :
a. Gambaran Umum Kondisi Wilayah Studi.
b. Pengujian Laboratorium Kualitas Air bersih.
c. Proses Pengolahan Air bersih.
2. Proses Pengumpulan Data
Data pustaka di peroleh dengan meninjau berbagai literatur yang terdiri dari buku, jurnal, gambar teknis dan data kualitas pengolahan air bersih yang memiliki relevansi dengan topik tugas akhir ini, termasuk menghimpun data dengan observasi dan wawancara terhadap teknisi.
3. Analisa Data
Dari pengolahan data di peroleh kuantitas dan kualitas air yang dihasilkan oleh IPA Sunggal, sehingga dapat di evaluasi untuk memperoleh kesimpulan maupun solusi akhir yang berarti.
4. Evaluasi
Evaluasi dilakukan dari hasil studi yang berkaitan dengan metode pengolahan air, dimensi dan desain bangunan, kualitas air, maupun proses pengolahan dan perawatan dengan data kepustakaan maupun standar yang berlaku.
1.7. Sistematika Penulisan
Adapun sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut ini : 1. Pendahuluan
Pada bab ini akan di bahas latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat penelitian, metodologi dan sistematika dalam penulisan tugas akhir.
2. Tinjauan Pustaka
Pada bab ini menguraikan berbagai literatur yang berkaitan dengan penelitian. Yang didalamnya terdapat pembahasan siklus hidrologi, sumber- sumber air baku, metode pengolahan air baku, standar kualitas air bersih, dan teori yang berhubungan dengan unit instalasi pengolahan air.
3. Metodologi Penelitian
Pada bab metodologi penelitian ini akan menguraikan lokasi penelitian, konsep penelitian, dan metodologi penelitian.
4. Hasil Dan Pembahasan
Pembahasan khusus pada bab ini difokuskan pada desain dari unit bangunan Instalasi Pengolahan Air (IPA), kualitas air baku dan hasil dari pengolahan, perawatan dan mekanisme kerja dari unit IPA Tirtanadi cabang Medan Sunggal dan evaluasi hasil studi.
5. Kesimpulan Dan Saran
Kesimpulan dan saran di susun sesuai dengan hasil pembahasan berupa rekomendasi dalam bentuk langkah-langkah untuk solusi desain lebih lanjut.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Air
Air merupakan unsur penting dalam kehidupan, keberadaan air menutupi 70% permukaan bumi. Berdasarkan data yang di peroleh dari penelitian United Nations Environment Programme (UNEP) menyebutkan volume air pada bumi sebesar 1,4 Triliun . Dengan komposisi air asin sebesar 97,5% kemudian sisanya 2,5% terdistribusi untuk air sungai, air tanah, rawa, danau, gletser hingga salju.
2.1.1. Siklus Hidrologi
Siklus Hidrologi adalah suatu proses yang berkaitan, dimana air di angkut dari lautan ke atmosfer (udara), ke darat dan kembali lagi ke laut. Untuk lebih jelasnya dapat di lihat pada gambar (2.1) sebagai berikut ini :
Gambar 2.1. Siklus Hidrologi Sumber : Buku The Science Of Water
Air mengaliri bumi melalui siklus hidrologi (hidrology cyrcle). Sesuai dengan namanya, siklus artinya proses yang berulang, tidak mempunyai awalan maupun akhir. Dengan adanya siklus hidrologi maka kebutuhan air secara terus menerus dapat terpenuhi. Namun apabila pendistribusian yang dilakukan tidak teratur dengan kebutuhan air yang terus meningkat juga dapat mengakibatkan terjadinya kekurangan air. Siklus Hidrologi terdiri dari beberapa tahapan yaitu Evaporasi, Transpirasi, kondensasi, Presipitasi, Run Off, Perkolasi, Air Tanah dan Air permukaan.
1. Evaporasi adalah proses perubahan air dari bentuk cairan menjadi uap (penguapan) yang terjadi pada permukaan bumi dan laut.
2. Transpirasi adalah proses penguapan air ke atmosfir oleh tumbuh-tumbuhan dan tanaman hidup.
3. Kondensasi adalah proses pembekuan atau pelembaban uap air di awan yang mendingin kemudian menjadi butir-butir air.
4. Presipitasi adalah proses jatuhnya air dari atmosfer ke permukaan bumi sebagai hujan, embun, es, ataupun salju.
5. Run off adalah proses mengalirnya air di permukaan tanah.
6. Perkolasi adalah proses perembesan air ke dalam lapisan tanah yang berjalan sangat perlahan secara alamiah disebut juga infiltrasi.
7. Air tanah adalah air yang terkumpul dan mengalir dalam lapisan tanah jenuh air yang terjadi secara ilmiah.
8. Air permukaan adalah air yang mengalir dan terkumpul di atas permukaan tanah sebagai sungai atau danau.
2.1.2. Manfaat Air Bagi Kehidupan a. Pembangkit listrik
Salah satu manfaat air bagi kehidupan manusia yaitu dapat digunakan untuk pemanfaatan Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) menjadi salah satu sumber utama pembangkit listrik. Di zaman ini manusia telah dibiasakan untuk menggunakan semua peralatan rumah tangga dengan listrik.
Sangat sulit apabila menghadapi persoalan jika tidak mendapatkan pasokan listrik yang cukup pada saat ini dan kembali ke zaman dimana hanya dapat menggunakan lilin, petromax ataupun diesel dari tenaga matahari.
b. Transportasi
Saat ini transportasi dapat dimanfaatkan pada darat laut dan udara. Indonesia yang sebagian besar pulau dipisahkan oleh perairan yang bermanfaat sebagai sarana transportasi masal bagi masyarakat yang ingin melakukan perjalanan.
c. Air sebagai tempat wisata
Saat ini banyak perairan yang dijadikan sebagai objek tempat wisata oleh masyarakat, hal ini dikarenakan keindahan alam yang memukau mata dan mampu membius para pendatang untuk bisa menghabiskan waktu dengan alam dengan berbagai kegiatan seperti diving dan melihat pemandangan bawah laut yang menakjubkan dengan berbagai jenis ikan dan karang.
d. Membantu mengatur iklim
Hidrosfer sangat mempengaruhi terjadinya pergeseran musim yang terjadi di bumi. Lembaga yang dapat melihat pergeseran cuaca adalah BMKG dimana mampu memprediksi berbagai kemungkinan yang terjadi dari gejala hidrosfer.
e. Keberlangsungan kehidupan bumi
Segala yang terdapat pada bumi ini membutuhkan air yaitu seluruh makhluk hidup. Air adalah faktor utama untuk mendukung keberlangsungan kehidupan di bumi.
f. Kebutuhan dasar manusia
Sumber daya air menjadi kebutuhan pokok manusia. Oleh karena itu kita semua perlu menjaga keseimbangan hidrosfer di bumi karena hidrosfer memiliki peran yang penting bagi berlangsungnya kehidupan di bumi.
2.1.3. Sumber-Sumber Air
Sumber air di Indonesia secara umum terbagi menjadi dua, yaitu :
a. Air tanah atau sumur air yang berasal dari dalam tanah, yang diambil dengan cara pengeboran lalu di sedot menggunakan pompa air. Air ini mempunyai kandungan kontaminan yang bervariatif seperti kandungan mangan, besi, nitrat dan nitrit sehingga sulit sekali di kontrol. Selain itu pula air tersebut banyak terkontaminasi oleh bakteri E-coli yang berasal dari kotoran hewan dan manusia.
b. Air PAM merupakan air yang diolah perusahaan air minum (PDAM) yang bersumber dari air sungai ataupun air tanah. Air ini diolah dengan maksud agar bakteri berbahaya terbunuh dan biasanya untuk dapat membunuh bakteri digunakan larutan kimia klorin. Akan tetapi klorin adalah senyawa kimia yang juga berbahaya apabila di konsumsi karena hasil turunannya yaitu THMs (Trihalomethane) dapat menyebabkan penyakit kanker dan ginjal.
Terdapat klasifikasi pada zat-zat pencemar dan sumber asalnya yang terdapat di dalam air adalah sebagai berikut ini :
Zat-zat pencemar Sumber
Partikel-partikel kasar dan halus Kotoran, karat pipa, tanah halus
Klorin Penambah air PAM
Klorofom, THMs Disinfeksi dari klorin
Zat-zat kimia Pestisida, herbisida, timbal, merkuri
Protozoa Kista (cryptosporidium, giardia)
Bakteri/Virus Penyebab penyakit
Tabel 2.1. Zat-Zat Pencemar Pada Air Baku Sumber : Buku Water Supply Engineering
Jenis-jenis sumber air di tinjau dari asalnya :
Seperti kita ketahui bahwa sumber air merupakan komponen penting di dalam penyediaan air bersih karena tanpa sumber air maka suatu sistem penyediaan air bersih tidak akan berfungsi. Beberapa jenis sumber air minum yang dapat digunakan adalah sebagai berikut ini :
1. Air Hujan
Cara menjadikan air hujan sebagai air minum hendaknya jangan saat air hujan baru mulai turun, karena masih mengandung banyak kotoran. Air hujan juga mempunyai sifat agresif terutama terhadap pipa-pipa penyalur maupun bak-baik reservoir sehingga hal ini akan mempercepat terjadinya korosi atau karatan. Air hujan juga mempunyai sifat lunak sehingga akan boros terhadap pemakaian sabun.
2. Air Permukaan
Air permukaan adalah air yang mengalir pada perbukaan bumi, pada umumnya air permukaan ini akan mendapat pengotoran selama pengalirannya, misalnya oleh lumpur, batang kayu, daun, kotoran industri dan lainnya. Untuk meminumnya harus melewati proses pembersihan yang sempurna.
3. Air Tanah
Air tanah adalah air yang berada di bawah tanah di dalam zona jenuh dimana tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer (Suryono,1993:1). Adapun estimasi pada distribusi air di bumi berdasarkan research institute adalah sebagai berikut ini :
Sumber Air Volume Air tawar
Volume Air asin Dan es (mmᵌ)
Persentase Air Bersih
Persentase Air Bumi
Danau, rawa 24.600 102.500 0.29% 0.008%
Sungai 509 2.120 0.006% 0.0002%
Total air bersih 8.404.000 35.030.000 100% 2.5%
Total air dibumi 332.500.000 1.386.000.000 - 100%
Dari data tersebut dapat terlihat bahwa jumlah air tawar di bumi sangat sedikit bila dibandingkan dengan air asin dan es.
2.2. Air Bersih
Air bersih merupakan salah satu jenis sumber daya berbasis air yang bermutu baik dan dimanfaatkan manusia. Untuk mengkonsumsi air diperlukan instansi kesehatan dan juga persyaratan air sebagai acuan. Karena terdapat resiko pencemaran bakteri Escherichia coli walaupun di masak hingga suhu 100°C.
Banyak zat berbahaya terutama logam yang terdapat pada kualitas tersebut.
Berbagai syarat dan standar merupakan satu kesatuan yang harus dipenuhi secara keseluruhan. Sehingga bila ada satu syarat yang tidak terpenuhi, dapat di ambil keputusan air tersebut tidak layak untuk di konsumsi.
2.2.1. Standar Kualitas Air Bersih Dan Minum
Kualitas air di atur dan di susun standarnya berdasarkan PERMENKES yang terbagi menjadi dua yaitu :
a. Air bersih (PERMENKES Nomor 32 Tahun 2017). Air bersih adalah air yang layak digunakan untuk kebutuhan sehari-hari seperti mandi, mencuci pakaian, mencuci baju dan sejenisnya.
b. Air minum (PERMENKES Nomor 32 Tahun 2017). Air memiliki standar layak dikonsumsi sebagai air minum dengan ketentuan batas-batas yang telah ditetapkan oleh PERMENKES tentang batas syarat kandungan kontaminan seperti mangan, besi dan sebagainya.
Tabel (2.3) parameter biologi dan (2.4) kimia dalam standar baku mutu kesehatan lingkungan untuk media air yang higienis adalah sebagai berikut ini :
No. Parameter Wajib Unit Standar Baku Mutu
(Kadar Maksimum)
1. Kekeruhan NTU 25
2. Warna TCU 50
3. Zat Padat Terlarut (Total Dissolved Solid)
mg/l 1000
4. Suhu °C Suhu udara ± 3
5. Rasa - Tidak berasa
6. Bau - Tidak berbau
7. Total coliform CFU/100ml 50
8. E.Coli CFU/100ml 0
Tabel 2.3. Parameter Biologi Dalam Standar Baku Mutu
No. Parameter Wajib Unit Standar Baku Mutu
(Kadar Maksimum)
1. pH mg/l 6.5 – 8.5
2. Besi mg/l 1
3. Fluorida mg/l 1.5
4. Kesadahan mg/l 500
5. Mangan mg/l 0.5
6. Nitrat, sebagai N mg/l 10
7. Nitrit, sebagai N mg/l 1
8. Sianida mg/l 0.1
9. Deterjen mg/l 0.05
10. Pestisida total mg/l 0.1
Tambahan
1. Air raksa mg/l 0.001
2. Arsen mg/l 0.05
3. Kadmium mg/l 0.005
4. Kromium (valensi 6) mg/l 0.05
5. Selenium mg/l 0.01
6. Seng mg/l 15
7. Sulfat mg/l 400
8. Timbal mg/l 0.05
Tabel 2.4. Parameter Kimia Dalam Standar Baku Mutu
2.2.2. Standard Kualitas Fisik Air Bersih
Berdasarkan syarat fisik air bersih, terdapat 5 (lima) unsur yang di tinjau pada kualitas air bersih. Dalam hal ini, kelima unsur ini sangat besar pengaruhnya terhadap kesehatan. Adapun unsur-unsur tersebut yaitu sebagai berikut ini :
A. Suhu
Temperature air mempengaruhi penerimaan konsumen atas air tersebut dan mempengaruhi reaksi kimia dalam pengelolaan terutama apabila temperatur sangat tinggi. Pada saluran pipa, jenis daripada sumber air akan mempengaruhi secara langsung pertumbuhan mikroorganisme dan virus. Pengaruh temperature dalam kelarutan tergantung pada efek panas secara keseluruhan pada larutan.
Tidak semua standar air bersih mencantumkan suhu untuk parameter persyaratan standar. Sehingga temperature pada air memiliki fungsi sebagai berikut ini : a. Menjaga derajat toksisitas dan kelarutan bahan pelarut pada air.
b. Menjaga temperatur air.
B. Warna
Pengelolaan air bersih ditujukan untuk mengolah air yang berwarna tidak layak (terindikasi kotor) menjadi warna sesuai standar. Intensitas warna dalam air di ukur dengan satuan unit warna standar, yang dihasilkan oleh 1 mg/liter platina.
Intensitas warna yang ditetapkan oleh standar internasional dari WHO maupun standar nasional dari Indonesia besarnya 5 – 15.
C. Bau dan Rasa
Bau dan rasa disebabkan adanya material organik yang membusuk. Bau dan rasa terjadi secara bersamaan disebabkan oleh adanya material organik yang membusuk dan senyawa kimia seperti phenol yang berasal dari berbagai sumber.
D. Kekeruhan (Turbidity)
Air dapat dikatakan keruh apabila kondisinya mengandung banyak partikel bahaya yang tersuspensi sehingga memberikan warna seperti lumpur dan kotor.
Kekeruhan bukan merupakan sifat dari air yang membahayakan secara langsung, namun kurang memuaskan untuk penggunaan rumah tangga, industri, tempat ibadah, dan lainnya. Standar yang ditetapkan untuk kekeruhan ini ≤ 5 ppm.
2.2.3. Standar Kebutuhan Air Bersih
Kategori Kota Jumlah Penduduk
Penyediaan Air (Liter/orang/Hari)
Kehilangan Air (%)
SR HU
Metropolitan > 1.000.000,00 190 30 20
Besar 500.000-1.000.000 170 30 20
Sedang 100.000-500.000 150 30 20
Kecil 20.000-100.000 130 30 20
IKK < 20.000 100 30 20
Tabel 2.5. Standar Kebutuhan Air Bersih Sumber : Kementerian Pekerjaan Umum 2.2.4. Kebutuhan Air Bersih
Kebutuhan air non domestik untuk wilayah kota menurut kriteria perencanaan berdasarkan Dinas Pekerjaan Umum (PU) adalah sebagai berikut ini :
Sektor Nilai Satuan
Sekolah 10 Liter/murid/hari
Rumah Sakit 200 Liter/bed/hari
Puskesmas 2000 Liter/unit/hari
Masjid 3000 Liter/unit/hari
Kantor 10 Liter/pegawai/hari
Pasar 12000 Liter/hektar/hari
Hotel 150 Liter/bed/hari
Rumah Makan 100 Liter/orang/hari
Komplek Militer 60 Liter/orang/hari
Kawasan Industri 0.2 - 0.8 Liter/detik/hektar Kawasan Pariwisata 0.1 - 0.3 Liter/detik/hektar Tabel 2.6. Sektor Perencanaan Pada Dinas Pekerjaan Umum (PU)
Sumber : Kriteria Perencanaan Ditjen Cipta Karya
2.3. Proses Pengolahan Air Bersih
Pada umumnya, instalasi pengolahan air bersih merupakan suatu sistem yang di desain untuk menghasilkan air yang layak untuk di konsumsi masyarakat bagaimanapun kondisi cuaca dan lingkungan. Selain itu instalasi yang di desain harus sederhana, efektif, tahan lama, dan murah dalam pembiayaan.
Beberapa fasilitas yang dimiliki dalam proses pengolahan air bersih pada instalasi pengolahan air bersih diantaranya adalah intake, menara air, clarifier, pulsator, filter, dan reservoir. Semua peralatan tersebut dioperasikan melalui sistem komputer. Selain berbagai macam peralatan, instalasi juga menggunakan bahan kimia seperti kaporit dan tawas dalam proses pengolahan air bersih. Air produksi kemudian di uji kualitasnya di laboratorium sehingga air yang di produksi memenuhi standar kesehatan air bersih.
Gambar 2.2. Komponen Unit Instalasi Pengolahan Air (IPA) Sumber : SNI 6773-2008
Komponen pada unit pengolahan berdasarkan SNI 6773-2008 sebagai berikut ini :
No. Komponen Jenis
1. Komponen Utama
Unit pengambilan air baku Air permukaan, Air tanah Pengukuran aliran Ambang tajam, turbin, pitot, Pembubuh larutan kimia Pompa dosing, gravitasi
Mixer Mekanis, hidrolis, compressor
Koagulasi Hidrolis, mekanis
Flokulasi Hidrolis, mekanis
Sedimentasi Gravitasi, floating
Filtrasi Saringan pasir cepat
Desinfeksi Pompa dosing
2. Komponen Penunjang
Penampung Reservoar
Distribusi Gravitasi, pemompaan
Tabel 2.7. Komponen Unit Pengolahan Air Bersih Sumber : SNI 6773-2008
Air sungai digunakan sebagai air baku karena kuantitas dan kontinuitas air sungai yang relatif stabil setiap tahunnya. Air yang berasal dari sungai merupakan hulu (upstream side) sebab bebas kontaminasi. Selain itu, air sungai umumnya walaupun telah tercemar dengan berbagai unsur namun pencemaran tersebut pada sebagian besar sungai masih dapat di olah untuk memenuhi kriteria air minum yang dipersyaratkan. Adapun proses pengolahan air sungai umumnya adalah sebagaimana ditunjukkan pada bagan sebagai berikut ini :
Gambar 2.3. Bagan Proses Pengolahan Air Sungai
Berdasarkan daripada spesifikasi unit paket instalasi (IPA) air bersih yang di susun oleh Dirjen Cipta Karya, terdapat peralatan ukur aliran yang digunakan untuk mengukur debit air baku diantaranya sebagai berikut ini :
a. Water meter b. V-notch c. Flowmeter d. Floating meter A. Intake
Kondisi intake sangat berpengaruh dalam suplai air yang akan di olah.
Untuk menjamin suplai air cukup, intake diletakkan di lokasi yang mudah di capai dan direncanakan untuk mensuplai jumlah kuantitas air pada kualitas optimal yang memungkinkan. Pemilihan site untuk intake pada sungai didasarkan pada :
a. Perolehan kualitas air baku terbaik yang dapat di suplai ke pengolahan air.
b. Prediksi kemungkinan perubahan arah dan kecepatan aliran sungai.
c. Meminimalkan efek dari banjir, kotoran mengapung dan gelombang aliran.
d. Tersedia akses mudah untuk perbaikan dan perawatan.
e. Fleksibel terhadap kenaikan dan penurunan muka air.
f. Didapatkan kondisi geologi terbaik.
Berdasarkan persyaratan spesifikasi unit paket Instalasi Pengolahan Air (IPA) pusat penelitian dan pengembangan pemukiman balitbang kementerian pekerjaan umum, kualitas air baku yang di olah dengan (IPA) adalah sebagai berikut ini :
a. Kekeruhan, maksimum 600 NTU atau 400 mg/L SiO2.
b. Kandungan warna asli sebagai apparent colour tidak melebihi 100 Pt Co.
c. Warna sementara mengikuti kekeruhan air baku.
d. Dalam hal air sungai daerah tertentu mempunyai kandungan warna, besi atau bahan organik melebihi syarat di atas namun kekeruhan rendah < 50 NTU digunakan IPA system DAF (Dissolved Air Flotation) atau sistem lain yang dapat dipertanggungjawabkan.
Gambar 2.3.1. Intake Sungai Sumber : Water Supply Engineering Book
Kriteria umum intake menurut (Qasim, Motley & Zhu, 2000) untuk kecepatan aliran pada saringan kasar < 0,08 m/s dengan persamaan (2.1) yaitu :
v =
Dimana :
V = Kecepatan (m/s) Q = Debit aliran (m3/s) A = Luas bukaan (m2)
Kecepatan aliran (Qasim, Motley & Zhu, 2000) pada saringan halus < 0,2 m/s dengan persamaan (2.2) yaitu :
v =
Dimana :
v = Kecepatan (m/s) Q = Debit aliran (m3/s) A = Luas bukaan (m2)
Eff = Efisiensi saringan (0.5 – 0.6)
Diameter saringan kasar : 5 – 8 cm Kecepatan aliran pada pintu intake : < 0,08 m/s Diameter saringan halus : ± 5 cm
Pada unit intake terdapat bar screen yang berfungsi menahan benda-benda berukuran besar. Secara berkala diperlukan pembersihan karena hal tersebut menyebabkan peningkatan kehilangan tekanan. Proses pembersihan dilakukan secara manual atau otomatis tergantung pada beban. Bila beban sedikit maka pembersihan dapat dilakukan secara manual dan sebaliknya.
Kriteria desain untuk bar screen (Qasim, Motley & Zhu, 2000) yaitu : - Lebar batang (w) : 0,8 – 1 inchi
- Jarak antar batang, b : 1 – 2 inchi - Kemiringan batang, θ : 30 – 60°
- Kecepatan aliran sebelum melalui batang (v) : 0,3 – 0,75 m/s - Head loss maksimum, (hl): 6 inchi
B. Prasedimentasi
Air dari unit intake dialirkan menuju bak prasedimentasi untuk membuang pasir, lempung, jenis partikel non koloid lainnya secara gravitasi. Hal ini menghindari kerusakan peralatan mekanis seperti pompa dan mixer lalu menghindari akumulasi sedimen air baku untuk pengolahan awal. Selanjutnya air dialirkan menuju penampungan air baku.
Agar proses prasedimentasi berlangsung efektif maka harus dipastikan agar kecepatan endap partikel (wo) harus lebih besar dibandingkan kecepatan aliran horizontal air (vo).
Kecepatan aliran horizontal tidak boleh lebih besar dari 0,3 m/s untuk menjamin butiran pasir mengendap (Twort,C,Alan, Don D. Ratnayaka and Malcolm J. Brandt, 2006 : 275 – 276).
Kecepatan aliran horizontal (vo) = Q / b x d………..….(2.3) Waktu detensi/aliran horizontal (t1) = L x b x d / Q………...(2.4) Waktu partikel mencapai dasar bak (t2) = d / wo………....….(2.5) Dimana :
Q : Debit aliran yang melalui bak prasedimentasi (m³/detik) b : Lebar bak prasedimentasi (m)
d : Kedalaman atau tinggi bak prasedimentasi (m/detik) wo : Kecepatan endap partikel (m/detik)
Proses sedimentasi berjalan efektif apabila waktu detensi aliran horizontal (t1) lebih besar dari waktu partikel mencapai dasar bak (t2). Berdasarkan teori Frank R. Spellman (2008) dalam bukunya The Science Of Water Concepts And Applications menjelaskan bahwa kecepatan endap partikel dapat dipengaruhi oleh bilangan reynolds (Re). Untuk menghitung bilangan Reynold (Re) pada bak prasedimentasi digunakan persamaan (2.6) berikut ini :
Re =
Dimana :
: Rapat massa air, 1000 (kg/ ) : Kecepatan endap partikel
: Viscositas dinamik air (Untuk 20°C = 1,01 x (N detik/ ) d : Diameter partikel mengendap (m)
Re : Bilangan Reynold
Untuk Re < 2, berlaku persamaan stokes sebagai berikut ini :
wo =
Dimana :
: Rapat massa air, 1000 (kg/ ) : Kecepatan endap partikel (m/detik) g : Percepatan gravitasi
: Viscositas dinamik air (Untuk 20°C = 1,01 x (N detik/ ) d : Diameter partikel mengendap (m)
: Rapat massa partikel, 2650 (kg/
Untuk Re > 200.000 dan Cd = 0,1 dipastikan tidak terjadi pengendapan partikel. Untuk mencegah partikel yang telah mengendap di dasar bak agar tidak terangkat kembali, maka kecepatan aliran pada bak pengendap harus dibatasi. Ada kesepakatan umum menyatakan agar pengendapan sedimen berlangsung tidak terpengaruh aliran turbulen, kecepatan maksimum tidak boleh lebih dari 0,3 m/detik (Twort,C.Alan, Don D. Ratnayaka and Malcolm J.Brandt,2006:275).
Gambar 2.3.2. Moody Diagram
Kriteria desain dari bak air baku adalah sebagai berikut ini : - Dapat berbentuk bulat maupun persegi panjang.
- Overflow berupa pipa atau pelimpah diperlukan untuk mengatasi terjadinya tinggi muka air yang melebihi kapasitas bak. Pipa overflow harus dapat mengalirkan air minimum 0,2 x debit inflow.
C. Koagulasi
Gambar 2.3.3.
Proses Koagulasi, Flokulasi Dan Sedimentasi Pada Clarifier Modern Koagulasi merupakan proses destabilisasi muatan koloid dan padatan terlarut. Koagulan yang umum untuk digunakan di Indonesia adalah alumunium sulfat. Hasil koagulasi yang baik sangat tergantung dari kondisi hidrolik yang baik yaitu pengadukan secara intensif (60 – 180 rpm) dan konstan serta penerapan dosis koagulan yang tepat. Saat ini instalasi (IPA) difokuskan pada pembangunan clarifier modern dimana proses koagulasi, flokulasi dan sedimentasi berlangsung pada satu bangunan. Menurut Frank L. Spellman, koagulan yang umum digunakan yaitu aluminum sulfate, sodium aluminate, ferric sulfate, ferrous sulfate, ferric chloride, dan polimer.
Pada clarifier modern, lama keberadaan air (waktu detensi) pada proses pengadukan cepat (tr) yaitu perbandingan kapasitas (volume) unit pengadukan cepat dengan debit air yang masuk ke unit pengadukan cepat dengan persamaan (2.4) sebagai berikut ini :
=
Dimana :
tr : Waktu detensi air di unit pengadukan cepat (s) : Jari-jari unit pengadukan cepat (m)
: Tinggi unit pengadukan cepat (m)
Q : Debit air masuk ke unit pengadukan cepat ( /s)
D. Flokulasi
Flokulasi adalah tahapan pengadukan lambat (5 – 30 rpm) yang mengikuti dispersi koagulan melalui pengadukan lambat. Tujuannya untuk mengakselerasi pembentukan flok. Pembentukan flok ini akan berlangsung dengan baik apabila saat penambahan koagulan dalam air disertai pengadukan cepat yang dilanjutkan pengadukan lambat. Diharapkan flok yang terbentuk mengikat partikel koloid dan dapat menuju filtrasi. Menurut Frank L. Spellman mempersyaratkan waktu detensi 15 – 45 menit untuk proses flokulasi yang efektif. Waktu detensi untuk proses flokulasi dan sedimentasi pada clarifier IPA merupakan hasil pengurangan volume clarifier dengan volume unit pengadukan cepat kemudian di bagi dengan debit aliran.
= = =
Dimana :
: Waktu detensi flokulasi dan sedimentasi (detik) r : Jari-jari clarifier (m)
h : Tinggi clarifier (m)
: Jari-jari unit pengadukan cepat (m) : Tinggi unit pengadukan cepat (m)
Q : Debit air masuk ke unit pengadukan cepat ( /s)
Kriteria perencanaan unit flokulasi adalah sebagai tabel (2.8) berikut ini :
Kriteria umum Flokulator hidrolis
Flokulator mekanis Flokulator clarifier Sumbu horizontal
dengan pedal
Sumbu vertikal dengan bilah G (gradien
kecepatan) 1/detik
60 – 5 60 – 10 70 – 10 100 – 10
Waktu tinggal (menit)
30 – 45 30 – 40 20 – 40 20 – 100
Tahap flokulasi 6 – 10 3 – 6 2 – 4 1
Pengendalian energy
Bukaan pintu/sekat
Kecepatan putaran
Kecepatan putaran
Kecepatan aliran air Kecepatan aliran
max (m/detik)
0,9 0,9 1,8 – 2,7 1,5 – 0,5
Luas bilah/pedal dibandingkan luas bak (%)
- 5 – 20 0,1 – 0,2 -
Kecepatan perputaran sumbu (rpm)
- 1 – 5 8 – 25 -
Tinggi (m) - - - 2 – 4
Faktor-faktor yang perlu dipertimbangkan pada flokulasi yaitu : a. Kekeruhan air baku dan partikel-partikel terlarut dalam air b. Suhu air baku
c. Jenis aliran pengolahan
d. Jenis system koagulasi yang digunakan e. Kondisi lokal
E. Sedimentasi
Sedimentasi di rancang untuk membuang partikel tersuspensi yang telah berbentuk flok yang dihasilkan dari proses koagulasi dan flokulasi, menggunakan penurunan secara gravitasi oleh partikel itu sendiri. Menurut Frank Spellman diperlukan waktu 2 – 6 jam untuk proses sedimentasi yang efektif. Sedangkan American Water Works Association memberikan waktu detensi yang lebih cepat yaitu 30 menit untuk flokulasi dan sedimentasi.
Aplikasi utama daripada sedimentasi adalah sebagai berikut ini :
1. Pengendapan awal dari air permukaan sebelum pengolahan oleh unit saringan pasir cepat.
2. Pengendapan air yang telah melalui proses koagulasi dan flokulasi sebelum memasuki unit saringan pasir cepat.
3. Pengendapan air yang telah melalui proses koagulasi dan flokulasi pada instalasi yang menggunakan sistem pelunakan air oleh kapur soda.
4. Pengendapan air pada instalasi pemisah besi dan mangan.
Kriteria yang digunakan dalam perhitungan sedimentasi menurut (Qasim, Motley
& Zhu, 2000) adalah sebagai berikut ini : - Rasio panjang-lebar bak : p/l
- Surface loading rate (vt) : Q/A
- Kecepatan aliran pada tube settler (Montgomery, 1985) : Q / A x Sin α Dimana :
Vo = Kecepatan aliran pada settler (m/s) Q = Debit air bak ( /s)
A = Luas permukaan bak ( ) α = Kemiringan settler = 60˚
- Weir loading rate (w) : Q/L Dimana :
w = ( /m hari)
Q = Debit bak ( /hari) L = Panjang total Weir (m)
- Bilangan Reynold dan freud (Montgomery, 1985) : R = A/P
Re = Fr =
- Waktu dimensi Bak (T) : Vb/Q - Waktu detensi settler (T) : Vs/Q
Dimana :
T = Waktu detensi (s) vb = Volume bak ( ) vs = Volume settler ( ) Q = Debit bak ( /s)
Kriteria desain (Montgomery, 1985) :
- Surface loading rate : (60 – 150) / /hari - Weir loading rate : (90 – 160) / /hari - Waktu detensi bak : 2 jam
- Waktu detensi settler : (6 – 25) menit - Rasio panjang terhadap lebar : 3/1 atau 5/1 - Kecepatan pada settler : (0,05 – 0,13) m/menit - Reynold number < 2000
- Fraude Number >
Kriteria Umum Clarifier
Beban Permukaan 0,5 – 1,5
Kedalaman (m) 0,5 – 1,0
Waktu tinggal (jam) 2 – 2,5
Lebar / Panjang
Beban Pelimpah (m3/m/jam) 7,2 – 10
Bilangan Reynold < 2000
Bilangan Fraude >
Kecepatan vertical (cm/menit) < 1
Sirkulasi Lumpur
Kemiringan dasar bak (tanpa scraper) 45° – 60°
Periode antar pengurasan lumpur (jam) 12 – 24
Kemiringan Tube / Plate 30°/60°
Tabel 2.9. Kriteria Umum Sedimentasi Sumber : SNI 6774-2008
Berdasarkan pada buku Water Supply Engineering terdapat perbandingan pada bangunan clarifier persegi (rectangular clarifier) dengan clarifier melingkar (circular clarifier) yang dilampirkan pada tabel (2.8) sebagai berikut ini :
No. Item Clarifier Persegi Clarifier Melingkar 1. Keuntungan a. Hanya memerlukan lahan
unit yang sedikit untuk unit konstruksi
b. Hemat biaya karena biasanya digunakan dinding pada tank individual
c. Rerata kapasitas sungai yang lebih tinggi dapat ditampung. Saringan untuk endapannya lebih baik
a. Pada waktu detensi yang lebih lama untuk menyaring endapan dapat digunakan bangunan clearator ke- 2 (secondary clarifier) b. Bagian pengendap
(sludge) secara keseluruhan lebih sederhana
c. Akomodasi pada ruang tanki flokulasi lebih mudah, ini bermanfaat untuk pengendapan d. Secara keseluruhan
perawatan yang diperlukan sederhana e. Lebih mudah dalam
mengangkat endapan yang keras
2. Kerugian a. Pada waktu detensi yang lebih lama dalam mengangkat endapan tidak baik untuk aliran air limbah yang membusuk b. Kurang efektif untuk
kondisi pemampatan yang tinggi
a. Distribusi aliran head losses lebih tinggi b. Small circular tanks
membutuhkan ukuran pipa yang lebih besar daripada clearator persegi dengan dimensi yang hampir sama
Tabel 2.10. Voutchkov, N (Introduction To Clarifier Design)
Gambar 2.3.4. Elemen Pada Clarifier Modern Sumber : Clarifier Basic And State Point Analysis
Kriteria Umum Clarifier
Beban Permukaan 0,5 – 1,5
Kedalaman (m) 0,5 – 1,0
Waktu tinggal (jam) 2 – 2,5
Lebar / Panjang
Beban Pelimpah (m3/m/jam) 7,2 – 10
Bilangan Reynold < 2000
Bilangan Fraude >
Kecepatan vertical (cm/menit) < 1
Sirkulasi Lumpur
Kemiringan dasar bak (tanpa scraper) 45° – 60°
Periode antar pengurasan lumpur (jam) 12 – 24
Kemiringan Tube / Plate 30°/60°
Tabel 2.11. Kriteria Umum Sedimentasi Sumber : SNI 6774-2008
F. Filtrasi
Gambar 2.3.5. Unit Filtrasi Saringan Cepat
Filtrasi merupakan proses dalam pengolahan air bersih. Tahapan ini penting untuk mencapai kualitas air dalam kondisi yang baik. Meski kurang lebih 90% kekeruhan dan warna dipisahkan dalam koagulasi dan sedimentasi, namun sejumlah flok masih terbawa keluar dan memerlukan pemisahan lebih lanjut.
Proses filtrasi dilakukan dengan melewatkan air hasil pengolahan dari clarifier melalui media filter dengan ukuran dan kedalaman tertentu.
Rapid Sand Filter adalah tipe yang umum untuk digunakan pada filtrasi di Indonesia, dengan menggunakan pasir (Ø 0,4 – Ø 0,9 mm), antrasit (Ø 0,85 – 1,55 mm) dan kerikil (Ø 4,76 – 38,1 mm) diharapkan dapat menangkap flok yang terbawa keluar. Untuk hasil efektif, aliran saat filtrasi di jaga agar laminar dengan bilangan Reynolds, Re < 1000.
Untuk menghitung head loss saat penyaringan digunakan Kazeny-Carman, Persamaan ini digunakan bila aliran laminar bilangan reynold (Re < 1000) dengan persamaan (2.5) sebagai berikut ini :
=
Dimana :
: Head loss (m)
: Viskositas kinetik air (Untuk 20°C = 1,01 x /s) : Koefisien bentuk berkisar 0,6 – 0,95.
Po : Porositas
D : Diameter media filter (m) G : Percepatan gravitasi (9,81 m/d²)
Debit filtrasi di hitung dengan persamaan (2.6) sebagai berikut ini : N = 1,2 Q0,5
Debit masing-masing filter (Qf) diperhitungkan dengan menggunakan persamaan (2.7) sebagai berikut ini :
Qf = Q/N
Dimana, N adalah jumlah filter yang dibutuhkan, Q adalah debit air input, Qf
adalah debit masing-masing filter.
Luas filter di hitung dengan persamaan (2.8) sebagai berikut ini : Af = Qf/v
Dimensi bak filter :
Af = p x l
Dimana, Af adalah luas filter, p adalah panjang, l adalah lebar.
Material Sphericity
Ottawa sand 0.95
Rounded sand 0.83
Coal duet 0.73
Flint sand 0.65
Crushed glass 0.65
Mica flakes 0.28
Tabel 2.12. Koefisien Bentuk ( )
Bilangan Reynold di hitung dengan persamaan (2.9) sebagai berikut ini : Re =
Dimana :
Re : Bilangan Reynolds
d : Diameter pasir atau kerikil media filter (m) v : Kecepatan air melalui media filter (m/s)
: Viskositas kinetic air, untuk 20°C = 1,01 x ( /s) Kriteria desain saringan pasir cepat (rapid sand filter) yaitu :
Karakteristik Satuan Nilai
Rentang Tipikal Antrasit
Kedalaman cm 45.27 - 60.96 60.96
Ukuran Efektif mm 0.9 - 1.1 1.0
Koefisien Keseragaman 1.6 - 1.8 1.7
Pasir
Kedalaman cm 15.24 - 20.32 15.24
Ukuran Efektif mm 0.45 - 0.55 0.5
Koefisien Keseragaman 1.5 - 1.7 1.6
Laju Filtrasi 176 - 469.35 293.34
Tabel 2.13. Kriteria Desain Saringan Pasir Cepat
G. Desinfektan dan Pengaturan pH
Desinfeksi air bersih dilakukan untuk menonaktifkan bakteri pathogen untuk memenuhi baku air minum. Karena ukuran mikroorganisme sangat kecil maka tidak mungkin menjamin koagulasi dan filtrasi dapat memisahkan secara sempurna. Tujuan proses ini yaitu membunuh mikroorganisme pathogen.
Zat desinfektan yang umum digunakan di Indonesia adalah khlorin dan kaporit sebagai cadangan. Di negara maju telah dikembangkan penggunaan ozon
dan sinar ultraviolet untuk mensterilkan air minum. Penggunaan zat desinfektan dapat membuat pH air tidak stabil bahkan cenderung menurun.
Maka perlu ditambahkan zat kapur atau soda ash agar pH air tetap pada kisaran 6,5 – 8,5 sesuai standar kesehatan berdasarkan kemenkes 907/Menkes/SK/VII 2017. Kriteria Desain (Qasim, Motley, & Zhu, 2000) :
Waktu detensi : 10 – 120 menit Dosis khlor : 0,2 – 4 mg/L Sisa khlor : 0,5 – 1 mg/L
H. Reservoir
Reservoir berasal dari bahasa perancis (reservoa) yang berarti tempat penampungan persediaan air. Istilah ini tentunya sangat akrab, baik itu ground reservoir (di tanah) ataupun elevated reservoir (menara). Kegunaan reservoir untuk menampung air saat pemakaian di bawah rata-rata dari debit yang dialirkan IPA dan saat jam puncak air yang telah tertampung tadi dialirkan ke pelanggan.
Tujuan pembuatan reservoir adalah menampung air baku dari hasil pemompaan.
Selain itu reservoir juga berfungsi sebagai tempat pengolahan air baku sehingga aman untuk di konsumsi yaitu di beri desinfektan, kemudian air siap untuk didistribusikan. Perencanaan reservoir harus mencukupi kebutuhan air yang dibutuhkan baik di musim hujan maupun kemarau. Volume reservoir dihitung dengan dua cara yaitu :
a. Volume reservoir di hitung sebesar 20% dari kebutuhan air harian maksimum.
b. Volume reservoir di hitung sebesar 20% dari kolam tandon harian (KTH).
Untuk mengetahui besarnya kapasitas volume dimensi pada reservoir yang dibutuhkan untuk menghasilkan produksi yang besar maka dapat menggunakan persamaan (2.10) sebagai berikut ini :
V = P x L x D Dimana :
V : Volume
P : Panjang (m) D : Kedalaman (m)
Dengan melalui data distribusi ke pelanggan maka dapat diperhitungkan kapasitas reservoir yang dibutuhkan dengan persamaan (2.11) yaitu :
Volume defisit = Ʃ (f devisit - 1) x Q rata-rata Volume surplus = Ʃ (f surplus - 1) x Q rata-rata Dimana :
- Volume surplus adalah volume saat jam di bawah rata-rata sedangkan volume defisit adalah volume pada saat jam puncak.
- F merupakan faktor pengali (Fp) yang di peroleh dari pembagian Q distribusi dengan Q rata-rata.
Pada reservoir juga dilengkapi dengan Finish Water Pump (FWP) yang berfungsi memompa air bersih ke pelanggan. FWP difungsikan sebagai backwash terhadap unit penyaringan. Untuk mengetahui jumlah pelanggan yang mampu di layani oleh kapasitas reservoir (IPA) dapat digunakan persamaan (2.12) sebagai berikut ini :
Jumlah Pelanggan =
Tandon merupakan komponen yang penting, oleh karena itu ketersediaan air di tandon pada setiap periode (jam) mutlak diperlukan. Analisa keseimbangan air di tandon dilakukan sebagai cara untuk menilai kemampuan sistem penyediaan air. Indikator untuk menilai kemampuan sistem penyediaan adalah ketersediaan air dalam tandon pada setiap periode dengan cara ini akan dapat diteliti jumlah periode defisit yang terjadi pada tandon.
Kriteria desain reservoir (Qasim, Motley & Zhu, 2000) : - Jumlah unit atau kompartemen : > 2
- Kedalaman (H) : (3-6) meter - Tinggi jagaan (Hj) : > 30 cm
- Tinggi air minimum (H min) : 15 cm
- Waktu tinggal (td) : > 1 jam
2.4. Kapasitas Dan Fluktuasi Kebutuhan Air Bersih
Penentuan kebutuhan air mengacu pada kebutuhan air harian maksimum (Q maksimum) serta kebutuhan air jam maksimum (Q peak) dengan referensi kebutuhan air rata-rata :
a. Kebutuhan air rata-rata harian (QAV) yaitu jumlah air yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan domestik, non domestik dan kehilangan air.
b. Kebutuhan air harian maksimum merupakan jumlah air terbanyak yang diperlukan pada satu hari dalam kurun waktu satu tahun berdasarkan nilai Q rata-rata harian. Diperlukan faktor fluktuasi kebutuhan harian maksimum dalam perhitungannya.
= x
Dimana :
: Kebutuhan air harian maksimum (liter/detik) : Faktor harian maksimum (1 < 1,5)
: Kebutuhan air rata-rata harian (liter/detik)
Kebutuhan air jam maksimum adalah jumlah air terbesar yang diperlukan pada jam-jam tertentu. Faktor fluktuasi kebutuhan jam maksimum (f) diperlukan dalam perhitungannya adalah sebagai berikut ini :
= x
Dimana :
: Kebutuhan air jam maksimum (liter/detik) : Faktor fluktuasi jam maksimum (1,5 – 2,5)
: Kebutuhan air harian maksimum (liter/detik)
Banyak faktor yang mempengaruhi fluktuasi pada penggunaan air per jam dan untuk memperoleh data-data ini diperlukan survei dan penelitian terhadap aktivitas, kebiasaan serta kebutuhan air konsumen.
Selain kapasitas produksi pada unit pengolahan, perlu diperhitungkan juga faktor yang dapat mempengaruhi perencanaan unit pengolahan. Kehilangan air yaitu selisih antara jumlah air yang di produksi di unit pengolahan dengan jumlah air yang dikonsumsi dari jaringan distribusi.
2.4.1. Debit Aliran
Jumlah zat cair yang mengalir melalui tampang lintang aliran tiap satu satuan waktu disebut debit aliran dan diberi notasi Q (Bambang, 1993). Debit aliran di ukur dalam volume zat cair tiap satuan waktu, sehingga satuannya adalah meter kubik per detik. Di dalam zat cair ideal, dimana tidak terjadi gesekan, kecepatan aliran (v) adalah sama pada setiap titik pada tampang lintang. Apabila tampang aliran tegak lurus pada arah aliran adalah A, maka debit aliran diberikan di hitung dengan persamaan (2.13.) sebagai berikut ini :
Q = V x A Dimana :
Q : Debit Aliran ( ) V : Kecepatan Aliran (m/s) A : Luas penambang aliran
Dalam persamaan kontinuitas, zat cair yang tak kompresibel mengalir kontinu melalui pipa ataupun saluran terbuka dengan tampang aliran konstan ataupun tidak konstan maka volume zat cair yang lewat tiap satuan waktu adalah semua tampang (Bambang,1993).
Untuk aliran satu dimensi, kecepatan rata dan tampang lintang titik 1 dan 2 adalah V1 dan V2. Sehingga persamaan kontinuitas melalui medan aliran ditunjukkan pada persamaan (2.14) berikut ini :
=
2.4.2. Aliran Melalui Pipa
Pipa pada umumnya berpenampang lingkaran, berfungsi mengalirkan zat cair maupun gas. Pipa di anggap saluran tertutup jika zat cair yang dialirkan memenuhi pipa. Namun apabila zat cair dialirkan tidak memenuhi pipa dengan kata lain terdapat rongga udara pada pipa maka aliran digolongkan aliran pada saluran terbuka dikarenakan tekanan dalam pipa sama dengan tekanan atmosfer.
2.4.3. Aliran Laminer dan Turbulen
Aliran laminer merupakan aliran fluida bergerak dengan kondisi lapisan membentuk garis alir dan tak berpotongan. Alirannya relatif mempunyai kecepatan rendah dan fluidanya bergerak sejajar (laminer) mempunyai batasan yang berisi aliran fluida. Aliran laminar mempunyai batasan yang berisi aliran fluida. Aliran laminer mempunyai bilangan reynold < 2300.
Aliran turbulen merupakan aliran fluida yang partikel-partikelnya bergerak secara acak dan tidak stabil dengan kecepatan berfluktuasi yang saling interaksi.
Akibat dari hal tersebut garis alir antar fluidanya saling berpotongan. Reynolds menunjukkan aliran laminer dan turbulen diklasifikasikan berdasarkan angka tertentu yang disebut dengan bilangan reynold (Re). Aliran laminer terjadi jika Re
< 2000, aliran turbulen terjadi jika Re > 4000, sedangkan jika 2000<Re<4000 aliran yang terjadi digolongkan pada aliran transisi. Bilangan reynold dapat ditentukan melalui persamaan (2.15) sebagai berikut ini :
Re =
Dimana :
Re : Bilangan Reynold V : Kecepatan aliran (m/s) D : Diameter pipa (m)
v : Kekentalan kinematik
Kekentalan kinematik air (v) menurut temperatur yaitu :
Temperature Air (°c) 0 5 10 15 20 25
v (m²/s) x 1,79 1,52 1,31 1,15 1,01 0,9
Tabel 2.14. Kekentalan Kinematik Air (v)
Sumber : Twort, C. Alan, Don D. Ratnayaka and Malcolm J.Brandt (2006) 2.4.4. Kehilangan Energi (Head loss) Pada Pipa
Head loss adalah penurunan tekanan pada fluida yang mengalir di dalam pipa. head loss pada instalansi pipa disebabkan beberapa hal, secara garis besar di bagi menjadi 2 yaitu major head loss disebabkan oleh gesekan antara fluida yang mengalir dengan pipa dan juga minor head loss disebabkan beberapa hal antara lain aliran masukan fluida ke dalam pipa (inlet), aliran keluar dari pipa (outlet), sambungan pipa (fitting) atau sambungan pipa tanpa fitting (but fission), dan yang terakhir katup (valve) dengan rumus persamaan (2.16) dari Hazen-Williams :
Hf = x L
Jenis Pipa Koefisien c
Pipa Sangat halus 140
Pipa halus, semen, besi tuang 130
Pipa Baja las halus 120
Pipa Baja dikeling halus 110
Pipa besi tuang tua 100
Pipa baja dikeling tua 95
Pipa tua 60 – 80
Tabel 2.15. Koefisien Kekasaran Hazen-William, C (Bambang, 1993) Untuk perhitungan instalasi pipa yang terdapat fitting (percabangan) ataupun valve perhitungan ditambahkan nilai koefisien minor head loss dengan persamaan (2.16) Darcy-Wisbach sebagai berikut ini :
Hf = k x x L/D
Untuk perhitungan tekanan head loss digunakan persamaan (2.17) berikut ini : P = 0,0981 x Hf x g
Dimana :
Hf : Head loss (m)
C : Koefisien pipa (PVC, PE, PPR = 150) Q : Debit air (liter/detik)
L : Panjang instalasi pipa (m) K : Minor head loss
v : Kecepatan aliran (m/s) p : Tekanan (bar)
g : Gravitasi (9,81) m/
Material (Kondisi Baru)
Turbidity
Ft Mm
Baja keeling 0,003 – 0,03 0,9 – 9,0
Beton 0,001 – 0,01 0,3 – 3,0
Bilah Tahang Kayu 0,0006 – 0,003 0,18 – 0,9
Besi Cor 0,00085 0,26
Besi Bersalut seng 0,0005 0,15
Besi Cor Aspal 0,0004 0,12
Baja Komersial 0,00015 0,046
Tabung / Pipa Tank 0,000005 0,0015
Kaca Halus Halus
Tabel 2.16. Kekasaran Rata-Rata Pipa Komersil Sumber : Frank L. Spellman, 1986.
Besarnya kerugian minor dirumuskan pada persamaan (2.18.) sebagai berikut ini : Hm =
Dimana :
