6. SEDIMENTASI DALAM AIR LIMBAH

(1)

UNIT

SEDIMENTASI

Nieke Karnaningroem

Jurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITS Kampus Sukolilo, Surabaya – 60111

(2)

(3)

(4)

(5)

SEDIMENTASI I

 TUJUAN :_{TUJUAN :}

Meremoval partikel yang mudah mengendap dan benda yang terapung serta mengurangi kandungan suspended solid (Eddy& Metcalf, 2003)

 EFISIENSI REMOVAL : _{EFISIENSI REMOVAL :}

50% - 70% untuk TSS & 30% - 40% untuk BOD5

 Padatan terendap_dikumpulkan o/scrapper

(6)

PEMBAGIAN ZONA SEDIMENTASI I

ZONA SEDIMENTASI I DIBAGI ATAS :

a. ZONA INLET  tempat memperhalus transisi aliran

dari aliran influent ke aliran steady uniform di zona pengendapan

b. ZONA OUTLET  tempat memperhalus transisi dari

settling zone ke aliran effluent.

c. ZONA LUMPUR tempat menampung material yang

diendapkan berupa lumpur endapan

ZONA PENGENDAPAN  tempat berlangsungnya proses

pengendapan (pemisahan) partikel dari air baku,

sehingga harus bebas terlepas dari 3

(7)

BAK SEDIMENTASI I

a : zone inlet b : zone outlet c : ruang lumpur d : zone pengendapan

(8)

BENTUK :

 RECTANGULAR

 CIRCULAR

BAK SEDIMENTASI (CIRCULAR&RECTANGULAR) TERDIRI ATAS:

 Horizontal flow

 Solids contact

 Inclined surface

FAKTOR DESAIN :

1. Waktu Detensi (td)

2. Over Flow Rate (So)

td = V / Q

(9)

3. EFISIENSI REMOVAL (XR)

Xr = Vs / ( Q /A )

KETERANGAN :

As = luas permukaan (m2)

So = over flow rate (m/s)

V = Volume bak (m3)

Q = debit(m3/s)

Xr = efisiensi removal

(10)

KRITERIA DESAIN

1. Bentuk segi empat dengan panjang: lebar = 1:2 2. Kedalaman bak = 1-3 m

3.Jumlah bak = minimum 2 bak 4.Waktu detensi = 1-3 jam

5.Slope dasar saluran = 1-2%

6.Nre aliran < 2000 agar aliran laminer

7.NFr > 10-5 agar tidak terjadi aliran pendek

8.Nre partikel < 0,5 untuk pengendapan partikel 9.Vh < Vsc agar tidak terjadi penggerusan

10.Freeboard = 30-50 cm

11.Weir Loading = 9-13 m3/m.dt

(11)

Kriteria Disain Rectangular

Range (m) Tipikal

Kedalaman 3.05 – 4.6 m 3.66 m

Panjang 15.24 – 91.44 m 24.4 – 39.6 m

Lebar 3.05 – 24.4 m 4.88 – 9.75 m

Flight speed _{0.61 – 1.22 m/mnt} _{0.91 m}

KRITERIA DESAIN BP I RECTANGULER

(12)

KRITERIA DESAIN BP I CIRCULAR

Kriteria Disain Rectangular

Range (m) Tipikal Kedalaman 3.05 – 4.6 m 3.66 m

Diameter 3,05 – 60,96 m 12,2–45,72 m Slope Dasar 0,75 - 2,0 in/ft 1 in/ft

Flight Travel

speed 0.02 – 0.05 m/mnt 0. 03 m/mnt

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

TEST KOLOM

•TUJUAN Mengetahui efisiensi removal pengendapan

•KETENTUAN :

1. Diameter kolom = 20 cm 2. Tinggi kolom = 2 – 4 m 3. waktu detensi = 2 – 3 jam

(23)

TABEL CONTOH TEST KOLOM PRASEDIMENTASI

Lama Sampling

(jam) Kec. Pengendapan(mm/dt) Fraksi tersisa(%)

0.5

(24)

KURVA TEST KOLOM

KEC. MENGENDAP (MM/DT)

(25)

Contoh :

Dari kurva sebelumnya,

diambil contoh

dengan fraksi tersisa: 40%, 50% dan 60 %

Fraksi berat

(dxi) Kecepatan (Vxi) (dxi x Vxi)Luas Area Total Area

0,1 0,035 0,0035 0,0035

0,1 0,125 0,0125 0,016

0,1 0,18 0,018 0,034

0,1 0,29 0,029 0,063

0,1 0,47 0,047 0,11

0,1 0,74 0,074 0,184

(Sumber: Hasil Perhitungan)

(26)

Rumus Efisiensi pengendapan :

Vo

Vxi

dxi



.

Tabel Perhitungan Efisiensi PengendapandxixVxi

Fraksi tersisa Vo XT

40 0,35 0,063 78

50 0,57 0,11 69

60 0,92 0,184 60

(Sumber: Hasil Perhitungan)

 dxixVxi

(27)

Kurva 5.2 Efsiensi Pengendapan

Dari kurva tersebut dipilih efsiensi design sebesar 75% sehingga diperoleh kecepatan

pengendapan pada bangunan pengendap yang diharapkan adalah 0,42 mm/dt

KURVA EFISIENSI PENGENDAPAN

(28)

PERENCANAAN SEDIMENTASI

TAHAP I

Berdasarkan efisiensi pengendapan yang diinginkan

yaitu 75% dengan kecepatan pengendapan sebesar 0.42 mm/dt maka berdasarkan “Performance curves for

settling basin of varying effectiveness “ - Fair dan Geyer, 1998 - diperoleh nilai sebesar 1.8

(29)

Direncanakan :

• jumlah bak = 2 bak

• Q total= 180 L/dt = 0. 18 m3/dt

• Q per-bak = 0. 18/2 = 9. 10-2 m3/dt

1. ZONA INLET

a. saluran Pembawa Q = 0.18 m3/dt V = 0,6 m/dt

Lebar (b) :Tinggi (h) = 2 : 1 Tinggi saluran = 0,6 m

A =  A = b.H = 2h.h 0,3 = 2h2

h = 0,4 m, b = 0,8 m

3 , 0 6

, 0

18 , 0

 

(30)

SALURAN PEMBAWA

DIMENSI BAK

Q per-bak = 9. 10-2 m3/dt dan Q_A  2,33.104m/ dt

A = Q = 9. 10-2 m3/dt = 386 m2 2,33.10-4 2,33 . 10-4

t/td = 1,8  t = S / V td = t / 1,8

= 4000 / 0,42 = 2,6 jam / 1,8

(31)

VOLUME :

V = Q x td

= 9. 10-2 m3/dt X 1,44 jam X 3600 detik/jam = 466 m3/detik

L : B = 2 : 1  A = panjang X lebar = L X B

= 2B X B = 2B2

386 = 2B2 _ B = 13,89 ≈ 14 m

 L = 2B = 2 X 14 m = 28 m H air Volume = 466 = 1,2…...Ok!

Luas 386

 freeboard = 0,3 m

 Sehingga, h air = 1,2 + 0,3 = 1,5 m

Sehingga, dimensi Bak Sedimentasi I  Panjang = 28 m

(32)

KECEPATAN HORIZONTAL (V_H)

V_H= L / td = 28 m / 1,44 jam = 19,44 m/jam ≈ 0,0054 m/s

KONTROL NRE ALIRAN :

Asumsi :T air = 30°C  = 0,803 . 10-6 m2/dt

g = 9,81 m/dt

Nre aliran = Vh= kecepatan horisontal (m/s) R = jari-jari hidrolis (m)

= Luas basah / keliling basah = ( b.h ) / ( b + 2h)

= ( 14 X 1,2 ) / ( 14 + 2 (1,2)) R = 1,02 m

N_Re = 0,0054 X 1,02 = 6859,3 ...> 2000  Tidak memenuhi

0,803 . 10-6



(33)

KONTROL NFR :

=

NFr =

R

g

V

_h

.

2

02 ,

1 . 81 ,

9

) 10

. 4 , 5

( 3 2

= 2,914. 10-6 < 10-5 (Tidak Memenuhi Kriteria)

Agar Nre dan NFr sesuai kriteria & agar aliran dapat bersifat LAMINER

bak pra sedimentasi dilengkapi dengan perforated wall

(34)

PERFORATED WALL

14 m

1,2 m

Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m, Lebar perforated Wall = 1,2 m

Diameter lubang perforated (d) = 0.2 m 

Luas @ lubang(A1) = ¼ = 0.0314m2

Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2

A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m2

(35)

Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m Lebar perforated Wall = 1,2 m

Diameter lubang perforated (d) = 0.2 m  Luas @ lubang(A1) = ¼ π D2

= 0.0314m2

Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2

A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m2

Jumlah lubang (n)= = = 214 lubang

Rencana perforated wall : 27 baris (tiap baris berisi 5 lubang) Jarak horizontal = = 0,5 m

Jarak vertikal = = 0,24 m

1 2

A A

0314 ,

0

72 , 6

1 27

14



1 5

2 , 1



Jarak horizontal

(36)

JARAK ANTAR LUBANG

Kontrol NRe partikel

(37)

Nre partikel = = = 0,01  < 0,5…Ok!

NRe partikel Ok Vs = 0,42 m/s

dapat digunakan untuk mengecek efisiensi pengendapan

KONTROL KEC.PENGGERUSAN (VSC) :

(38)

KONTROL APABILA 1 BAK DICUCI

Q per bak = 0,18 m3/s

Q per lubang perforated wall = 0,18 m3/s = 8,41 .10-4

214

NRe aliran = Q per lubang = 8,41.10-4

π.d.ν π.0,2.0,803.10-6

= 1667< 2000..Ok!

(39)

2. ZONA PENGENDAPAN 2. ZONA PENGENDAPAN

Direncanakan:

Efisiensi removal = 75,5%

Konsentrasi Suspended Solid = 200 mg/l

Diskret dan grit = 90% x Konsentrasi Suspended Solid

= 180 mg/l

Berat jenis sludge = 1,02 kg/l

Partikel terendapkan = 75,5% x 180 mg/l

= 135,9 mg/l

(40)

Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan = 0,09 m3/dt x 0,1359 kg/m3

= 0,0122 kg/dt = 1056,76 kg/hari

Volume sludge = volume solid + volume air

= , Ms : Ma = 95 :5  Ma = 19 Ms

=

= 20,5 m3/hari

Direncanakan periode pengurasan = 3 hari sekali

(41)

6 m

Luas Bawah (A1) direncanakan B = 3 m

L = 2 m sehingga A1 = 6 m2

Luas Atas (A2) direncanakan B = 6 m

L = 14 m sehingga A2 =84 m2

Volume Ruang Lumpur (V) adalah:

V =

(42)

b

t_w

h 0,4 m

Penampang weir

(43)

Lay Out Weir

Lw = (2.0,2) + B +(2.0,5) +4.K 36 = 0,4 + 13,6 + 1+ 4.K

K = 5,3 m

Tinggi muka air weir: Q = 1,84.b.h3/2

(44)

PERENCANAAN INTAKE TAHAP II

Jumlah bak = 2 bak

Q total = 250 L/dt

= 0,25 m3/dt

Q per-bak = 0,125 m3/dt

Saluran Pembawa Rencana desain:

Q = 0.25 m3/dt V = 0,6 m/dt

Lebar(b)= 0,8 m(sesuai tahap I) Tinggi saluran (h) = 0,6 m

A = Q / h

= 0,25 m3/dt / 0,6 m A = 0.42 m2 _ A = b . H

air  0,42 = 0,8 . H_air

 Hair = 0,525 m

(45)

PERFORATED WALL

Kontrol Nre aliran

NRe = = 1158  < 2000, Ok!

Kontrol Kecepatan Penggerusan (VSC)

(46)

Kontrol Nre partikel

Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan = 0,125 m3/dt x 0,1359 kg/m3

= 0,017 kg/dt = 1467,72 kg/hari Volume sludge = volume solid + volume air

(47)

LANGKAH-LANGKAH PERENCANAAN BP I CIRCULAR

1. Analisa Lab :

• Ditentukan tes kolom pengendapan dari analisa laboratorium • Dibuat grafik isoremoval

• Diperoleh nilai :

td = td x faktor desain ( 1,75 ) (Fyer,Geyer & Okun)

Vo = Vo x faktor desain ( 0,65 ) (Fyer,Geyer & Okun)

• Dicari Vo tiap % removal Vo = H / tc→

• Dicari td tiap % removal

• Dicari total fraksi tiap removal

Rt = Re ±

Dibuat grafik :

Fraksi removal vs td Fraksi removal vs OFR

OFR (Vs) & waktu detensi dapat diperoleh dari kriteria desain.

  1  ...

2

  

 c E D

D R R

H H R

(48)

2. Kriteria Desain :

 OFR = 40 m3_/m2_.hari

 Solid loading = 1,5 – 34 kg/m2_.hari

 Kedalaman = 3 – 6 m  Diameter = 3 – 60 m

 Kedalaman analisa settling > 1,5 m

3. Debit (Q) :

Direncanakan : ∑ bak = 4 buah

Q total (Qave) = 0,224 m3_/s

Q tiap bak = 0,056 m3/s

4. Luas Permukaan (A surface) A surface = Q tiap bak / OFR

= 0,056 m3_{/detik / (40 m}3_/m2_{.hari / 86400 detik/hari)}

= 120,96 ≈ 121 m2

(49)

5. Menentukan diameter bak pengendap : As = ¼ . Π. D2 __{121 m}2_{= ¼ Π. D}2

__{D = 12,4 m}

6. Cek OFR

OFR = Q tiap bak / A

OFR dicocokkan dengan kriteria desain yang sudah ada, if OK=real dimension

7. Menentukan volume bak

Volume = Q x td ( td yang dipakai adalah td desain )

( ket : td yg digunakan bisa dari analisa kolom settling atau dari kriteria desain)

Contoh : digunakan td = 1 jam  volume = 0,056 m3/dt x 3600 dt/jam

= 201,6 m3

8. Menentukan Kedalaman Bak (H) H = Volume / Asurface

= 201,6 m3 _{/ 121 m}2

= 1,66 m

(50)

 

9. MENENTUKAN DIAMETER PARTIKEL TERKECIL YANG

DAPAT MENGENDAP

keterangan :

Vs = kecepatan pengendapan partikel = viskositas

g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/s2 )

Ss = Specific gravity

10. Menentukan Kecepatan Scouring ( Vsc )

(51)

11. Menentukan kecepatan horizontal pada belokan ( vh ) A. Kecepatan aliran yang melewati bukaan bawah sumur

inlet

SISTEM INLET CLARIFIER

Q = 0,056 m3/detik

Direncanakan :

v = 0,6 m/detik



m

2

(52)

SISTEM

EFFLUENT CLARIFIER

Direncanakan : effluen dengan V-notch

pada weir (

_

= 90o)

yang dipasang di sekeliling clarifier.

Q = 0,056 m3/dt = 4838,4 m

3

/hari

PANJANG WEIR TOTAL :

L weir=

_

x D

=

_

x 12,4 m = 38,9 m

(53)

(54)

(55)

SALURAN OUTLET PENAMPANG :

Direncanakan lebar saluran = 0,3 m, maka kedalaman saluran:

friiboard = 0,3 m, h total = 0,6 m + 0,3 m =

0,9 m

PIPA PENGURAS LUMPUR / SLUDGE

Misal Q lumpur yg teremoval = 5 m3/hari

(56)

Q dalam pipa =

V = 1 m/s 

Diameter pipa (D) :

m = 150 mm

Cek Kecepatan (V) :

(57)

DIRENCANAKAN PANJANG PIPA (L) SLUDGE 20 M, MAKA :

VOLUME RUANG LUMPUR (V) ADALAH:

V =

61,5 =  t = 1,5 m

(58)

Zona Outlet

Direncanakan:

Wiir Loading Rati = 9 m3/m.jam = 2,5.10-3

m3/m.jam

Lebar Weir (b) = 0,2 m

Tinggi weir = 0.4 m

Tebal dinding wiir (tw)= 0,05 m

Lw = (2.0,2) + B +(2.0,5) +4.K 36 = 0,4 + 13,6 + 1+ 4.K

K = 5,3 m (TAHAP I)

Tinggi muka air wiir: Q = 1,84.b.h3/2

h =

= 0,34 m (memenuhi tinggi weir tahap I)

2 , 0 . 84 , 1

125 ,

(59)