5 sedimentasi dalam air minum

UNIT

SEDIMENTASI

Nieke Karnaningroem

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

TUJUAN SEDIMENTASI



pemisahan solid-liquid

menggunakan pengendapan

secara gravitasi untuk

APLIKASI SEDIMENTASI

PADA PAM

1. Pada pengendapan air permukaan untuk

1. penyisihan partikel diskret, pengendapan flok hasil

koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat

2. Pengendapan lumpur hasil pembubuhan soda-kapur pada proses penurunan

kesadahan pengendapan presipitat pada penyisihan besi dan mangan dengan

TYPICAL DIMENSIONS

OF SEDIMENTATION TANKS

______________________________________________________ Description Dimensions

Range Typical ______________________________________________________ Rectangular

Depth, m 3 5‑ 3.5 Length, m 15 90 25 40 ‑ ‑

Width, m 3 24 6 10‑ ‑

Circular

Diameter, m 4 60 12 45‑ ‑

Depth, m 3 5 4.5‑

Bottom Slope, mm/m 60 160 80‑

TIPE SEDIMENTASI

 SETTLING TIPE I:

pengendapan partikel diskrit,partikel mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel

 SETTLING TIPE II:

pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah

 SETTLING TIPE III:

pengendapan pada proses biologis, dimana gaya antar-partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap

 SETTLING TIPE IV:

CLASSIFICATION OF SUSPENDED

PARTICLES

SUSPENDED PARTICLES IN WATER AND

WASTEWATER HAVE BEEN CATEGORIZED INTO THREE GENERAL CLASSES:

1 ‑ DISCRETE PARTICLES:

Particles that will not readily flocculate, independent , settling rate is independent of concentration, and flow rate is critical (see Figure bellow class 1). ‑

Examples of discrete particles are sand, gravel washing, and silt.

2 ‑ FLOCCULENT PARTICLES :

PARTIKEL FLOKULEN

WAKT

U

KOMPRESI

PERTIKEL TERTAHAN

PARTIKEL DISKRET

AIR JERNIH

KEDALAM

AN

3.Hindered particles : Particles with high

suspended concentrations (as in

sludge thickening), their settling is

affected by mixing and the duration of

detention time

(see Figure bellow class 3).

‑

OVERFLOW RATE

Q

_ovr

= Q/A

Area A

SOLIDS LOADING RATE

Q * C

Area A

PENGENDAPAN TIPE I

GAYA YANG BEKERJA PADA PARTIKEL DI AIR



GAYA IMPELLING:

FI = FG - FB =mg - mw g = (S - ) g V

 F

I = gaya impelling

 _s = densitas massa partikel  _ = densitas massa liquid  V = volume partikel

 g = percepatan gravitasi



GAYA DRAG:

F

D

= C

D

A

c



(V

s2

/2)

 F

D = gaya drag

 C

D = koef. Drag

 A

c = luas potongan melintang partikel

 V

DRAG COEFFICIENT:

DRAG COEFFICIENT:

EQUATIONS

EQUATIONS

DRAG COEFFICIENT:

DRAG COEFFICIENT:

EQUATIONS

EQUATIONS

LAMINAR FLOW N_RE < 1

LAMINAR FLOW N_RE < 1

TRANSITIONAL FLOW 1 < N_RE < 104

TRANSITIONAL FLOW 1 < N_RE < 104

FULLY TURBULENT FLOW , N_RE > 104

FULLY TURBULENT

FLOW , N_RE > 104 _{0 4}

GENERAL EQUATION

Hitung kecepatan pengendapan

partikel berdiameter 0,05 cm dan

specific gravity 2,65 pada air

PENYELESAIAN

1. Asumsikan pola aliran laminer, gunakan persamaan

Stoke’s dengan _ = 998,2 kg/m3 dan _ = 1,002 10-3

N.detik/m2 pada temperatur air 20oC.

2. Cek bilangan Reynold:

4. Hitung kecepatan pengendapan

5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 hingga diperoleh

kecepatan pengendapan yang relatif sama dengan perhitungan sebelumnya (metoda iterasi).

6. Hasil akhirnya adalah

COLUMN SETTLING TEST



Besarnya partikel yang mengendap

diuji dengan

column settling test



V

_o

= H/t

PENGENDAPAN PARTIKEL DISKRIT



Besarnya fraksi pengendapan partikel total

dihitung dengan:

(

1-F

_o

) = fraksi partikel dg. kecepatan > V

_o

= fraksi partikel dg. kecepatan < V

_o

v_l

v_s<v_o

v_s<v_o

v_l

STATEMENT PENTING !!



Partikel yang mempunyai kecepatan

pengendapan lebih besar dari V

_o

, maka

100% akan mengendap dalam waktu yang

sama.



Partikel yang mempunyai kecepatan

pengendapan lebih kecil dari V

_o

, maka

Contoh

CONTOH SOAL

Suatu kolom pengendapan setinggi 150 cm dipakai untuk mengendapkan partikel diskret. Pada kedalaman 120 cm terdapat titik sampling untuk mengambil sampel pada waktu tertentu. Data tes yang diperoleh adalah sebagai berikut

Apabila TSS awal = 600 mg/L

Berapakah % total removal / pemisahan partikel diskret pada over flow rate 0,025 m3/detik-m2 ?

Waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0

Kadar TSS (mg/L)

PENYELESAIAN

1. Hitung kecepatan pengendapan tiap

pengambilan sampel dengan rumus:

1.

h = kedalaman titik sampling (120 cm)

t = waktu pengendapan (waktu pengambilan sampel)

Waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0

Kecepatan pengendapan

(m/detik) 0,04 0,02 0,01 0,005 0,003 0,002

Kadar TSS (mg/L) 336 288 222 114 30 12

Fraksi konsentrasi

partikel (TSS) tersisa 0,56 0,48 0,37 0,19 0,05 0,02

3. Hitung total removal pada kecepatan pengendapan

0,025 m/detik dengan persamaan:

a. Cari F

_o

dari V

_o

yang diketahui

Kecepatan pengendapan (m/detik)

b. Cari luas daerah di atas kurva. Kurva dibagi

menjadi beberapa segmen dan dibuat dalam bentuk

segi empat

0 Kecepatan pengendapan (m/detik)

c. Hitung luas daerah di atas kurva sebagai berikut:



V dF

=



V dF

= 0,00401

dF V V dF

0,04 0,002 0,00008

0,04 0,0025 0,0001

0,08 0,003 0,00024

0,08 0,005 0,0004

0,08 0,0075 0,0006

0,08 0,01 0,0008

0,06 0,014 0,00084

0,05 0,019 0,00095

d. Jadi penyisihan total adalah:



PENGENDAPAN TIPE II ADALAH

pengendapan partikel flokulen dalam

suspensi, di mana selama pengendapan

terjadi saling interaksi antar partikel.



Kecepatan pengendapan partikel

tidak

bisa

ditentukan dengan

pers. Stoke's



Besarnya partikel yang mengendap diuji

dengan

column settling test

dengan

MULTIPLE WITHDRAWAL PORTS

H



Sampling dilakukan pada setiap port pada

interval waktu tertentu, dan data

REMOVAL

(penyisihan) partikel diplot pada grafik

H



Tentukan waktu untuk mencari total



TOTAL REMOVAL:



Tentukan waktu (yang lain) untuk mencari

total removal pada waktu tersebut (ulangi

langkah di atas dua kali)



Buat grafik hubungan total removal dengan

waktu pengendapan



Buat grafik hubungan total removal dengan

overflow rate

CONTOH SOAL

Direncanakan sebuah bak pengendap dengan

debit 7500 m

3

/hari untuk mengendapkan air baku

dari sungai dengan SS 350 mg/l. Uji laboratorium

dilakukan terhadap air tersebut dengan kolom

pengendapan berdiameter 20 cm dan tinggi 300

cm. Pada setiap 60 cm terdapat port (sampling

point).

Keterangan:

Hasil tes yang tercatat pada tabel tersebut adalah

kadar SS dalam mg/l

Tentukan :

•

1. Waktu detensi dan

surface loading

agar diperoleh

•

65 % pengendapan

•

2. Diameter dan kedalaman bak

Kedalaman (cm)

Waktu (menit)

PENYELESAIAN

 _{Ubah data laboratorium menjadi % removal:}

Keterangan: ~ pada kedalaman 300 cm, terjadi akumulasi lumpur.

Kedalaman (cm)

Waktu (menit)

10 20 30 45 60 90

60 31 51 64 71 86 89

120 23 44 53 57 69 83

180 21 29 39 54 61 74

240 19 31 36 46 56 64

300 ~ ~ ~ ~ ~ ~

awal

t awal

SS

SS

SS

removal

_





Ambil waktu tertentu dan hitung



Dengan cara yang sama , tentukan

removal total pada t (waktu) yang lain,

misal: 25, 40, 55, dan 80 menit. Hasilnya

adalah:

Waktu (menit) % RT

16 33,3

25 43,3

40 51,2

55 61,0

 PLOT HUBUNGAN % R_T VS t

Untuk mendapatkan 65% pengendapan, diperlukan waktu 64 menit (lihat gambar di atas).0

10 20 30 40 50 60 70 80

0 20 40 60 80 100

Waktu (menit)

%

 Hitung surface loading (overflow rate) pada waktu-waktu di atas

dengan rumus SL = H/t, di mana SL adalah surface loading, H

adalah tinggi kolom, dan t adalah waktu yang dipilih.

 Plot hubungan % RT VS surface loading

Waktu (menit)

Surface loading

(M3/hari-m2) % R

T

16 270 33,3

25 172,8 43,3

40 108 51,2

55 78,5 61,0

 PLOT HUBUNGAN % R_T VS SURFACE LOADING

 Surface loading yang diperlukan untuk menghasilkan pengendapan 65% adalah 62 m3/hari-m20.

10 20 30 40 50 60 70 80

0 50 100 150 200 250 300

Surface loading (m₃/hari-m2)

%



Berdasarkan pengolahan data dari hasil

percobaan diperoleh:



td

= 64 menit



Vo

= 62 m

3

/hari-m

2



Untuk disain, nilai dari hasil percobaan dikalikan

dengan faktor scale up.

Jadi:

td

= 64 menit x 1,75 = 112 menit

Luas permukaan bak

A_S = Q/V_o = (7500 m3/hari)/ 40,3 m3/hari-m2

= 186 m2

Bila bak berbentuk lingkaran, maka diameternya adalah 15,4 m

Kedalaman bak = Volume bak / luas permukaan = td. Q / A

=( 112 menit x 7500 m3/hari) /186 m2 x 1hari/1440 menit