3. PENGOLAHAN TAHAP PERTAMA
3.4 Bak Sedimentasi
Gambar 3-15. Penentuan Volume yang Diperlukan
Sumber: Metcalf Edy, 2014
Rekayasa terhadap kecepatan aliran di Bak Sedimentasi merupakan kunci utama keberhasilan dalam penyisihan material padatan maupun organik. Namun, selain kecepatan aliran, pengaturan distribusi aliran air limbah domestik di dalam bak pengendapan juga memegang peranan penting untuk mengoptimalkan efisiensi pengolahan. Oleh karena itu, dalam perencanaan harus memerhatikan pola aliran air di dalam bak pengendapan yang akan mempengaruhi kebutuhan desain komponen inlet dalam pengaturan distribusi aliran air limbah domestik. Gambar 3-23 menunjukkan tipikal pola perilaku aliran yang dapat terjadi di dalam bak sedimentasi. Aliran air limbah bak sedimentasi yang ideal Gambar 3-24 (a)]
diharapkan dapat terjadi ketika air limbah domestik masuk melalui komponen inlet yang telah direncanakan. Beberapa komponen inlet yang harus diperhatikan agar distribusi aliran air limbah domestik dapat berjalan dengan baik yakni adanya bak perata dengan sistem distribusi sesuai dengan lebar bangunan bak pengendap dan sekat (baffle).
Gambar 3-17. Konsep Pengendapan di dalam Bak Pengendapan Sumber: Dimodifikasi dari Hammer, 2014
Keberadaan sekat (baffle) yang berjarak tertentu dari lubang distribusi inlet harus didesain secara seksama. Posisi sekat yang terlalu dalam berpotensi dapat menyebabkan aliran, yang cenderung dapat turbulen, pada zona ruang lumpur sehingga menyebabkan terangkat dan terbawanya lumpur keluar bak sedimentasi. Distribusi aliran air limbah domestik direncanakan dapat mengalir sesuai dengan desain bangunan bak pengendap sehingga dapat memenuhi waktu detensi sesuai dengan penghitungan. Salah satu jenis sekat yang dapat digunakan, yakni perforated plate. Sekat jenis ini dapat mendistribusikan aliran air baik secara akial maupun radial.
Unit pengolahan ini memiliki efisiensi penyisihan berkisar 50-70% untuk TSS (Qasim, 1985) dan 25-40% BOD5 (Metcalf, 1991). Efisiensi tersebut dipengaruhi langsung oleh faktor kecepatan permukaan atau overflow rate dan waktu detensi.
Selengkapnya, hubungan efisiensi terhadap overflowrate dan waktu detensi dapat dilihat pada Gambar 3-19. Bak Pengendap Pertama yang ditempatkan sebelum proses pengolahan biologi biasanya didesain dengan waktu detensi yang lebih pendek dan beban permukaan (surface loading) yang lebih besar. Pada sedimentasi kedua waktu detensi dan beban permukaan lebih besar karena harus mempertimbangkan faktor resirkulasi waste activated sludge (Metcalf & Eddy,1991).
Gambar 3-19. Hubungan Efisiensi BOD dan TSS terhadap Overflow Rate dan Waktu Detensi Sumber: Qasim,1994
Terdapat 3 (tiga) tipe unit pengendap yang biasa digunakan, yaitu:
a. horizontal flow (aliran horizontal) yaitu dalam bentuk persegi panjang;
b. radial flow (aliran radial) yaitu bak sirkular, air mengalir dari tengah menuju pinggir; dan
c. upward flow (aliran ke atas) yaitu aliran dari bawah keatas dan biasanya bak dalam bentuk kerucut menghadap ke atas.
3.4.2 Komponen-Komponen Bak Pengendap Pertama
Terdapat beberapa komponen utama dan pendukung yang harus diperhatikan dalam melakukan perencanaan bak pengendap pertama. Adapu komponen pendukung yang harus dipertimbangkan dalam perencanaan, yakni:
a. Skimmer, berfungsi untuk menyisihkan minyak dan lemak yang mengapung di atas permukaan. Terdapat pula saluran khusus yang menampung minyak dan lemak untuk selanjutya dibuang.
b. Scrapper sludge, berfungsi untuk mengumpulkan lumpur di dasar bak pengendapan menuju ke titik pembuangan baik menggunakan pompa maupun manual secara gravitasi (jika memungkinkan).
c. Pompa lumpur, berfungsi untuk memompa keluar lumpur menuju ke pengolahan lumpur.
d. Weir atau pelimpah, berfungsi untuk mengalirkan air permukaan atau overflow yang merupakan air yang telah mengalami proses sedimentasi.
Gambar 3-20. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Atas)
Gambar 3-21. Contoh Bak Sedimentasi Persegi Panjang (Tampak Samping)
Gambar 3-23. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 1)
Gambar 3-24. Contoh Bak Sedimentasi Berbentuk Lingkaran (Tampak Samping 2)
3.4.3 Kriteria Desain
Dalam perencanaan Bak Pengendap Pertama terdapat beberapa kriteria desain yang perlu dipenuhi. Adapun kriteria desain tersebut dapat dilihat pada Tabel 3-9.
Tabel 3-9. Kriteria Desain Bak Pengendap Pertama (Primary Sedimentation)
No Parameter Simbol Satuan Besaran Sumber
1 Overflow rate Debit rata-rata Debit Puncak
OR 30–50
70–130
m3/m2.hari Qasim, 1985 2 Waktu Detensi
td 1–2
1,5–2,5 jam Qasim, 1985
Metcalf & Eddy, 1991 3 Beban Permukaan
(Weir Loading) 124–496 m3/m2.hari Metcalf & Eddy, 1991
Dimemsi 4 Bentuk kotak (rectangular)
Qasim, 1985
Panjang p
l h
10–100 6–24 2,5–5 1–7,5D 4–2–25
m m m Lebar
Kedalaman Rasio p dan l Rasio p dan t
5 Bentuk lingkaran (circular)
Diameter d 3–60 m
Kedalaman h 3–6 m
6 Penyisihan SS 50–70 %
Metcalf & Eddy, 1991
7 Penyisihan BOD 25–40 %
8 Kemiringan Dasar S 1–2 % Qasim, 1985
3.4.4 Tahapan Penghitungan
Penghitungan unit sedimentasi dilakukan secara bertahap terhadap seluruh komponen-komponen yang dalam unit tersebut.
Adapun pada tahapan penghitungan yang harus dilakukan sebagai berikut.
A. Bangunan Utama
a. Penghitungan Dimensi Bangunan Utama
Luas Permukaan Tiap Bak Pengendap Pertama (As)
As = Q/OR ... Persamaan 3-21
Tinggi bak dapat dihitung dengan menentukan nilai dari kriteria tinggi pada Tabel 3-9. Nilai tinggi tersebut ditambahkan dengan ketinggian ruang bebas atau free board sehingga:
ketinggian total (h) = kedalaman air + free board ... Persamaan 3-24 Volume Total Tiap Bak Pengendap Pertama (V)
volume (V) = A x H ... Persamaan 3-25
b Kontrol Desain Penghitungan
Penghitungan untuk mengecek pemenuhan kriteria desain berdasarkan dimensi bangunan hasil penghitungan pada poin (a), yakni:
overflow rate (OR) = Q/A ... Persamaan 3-26
waktu detensi (td) = V/Q ... Persamaan 3-27
c. Penghitungan Pembentukan Lumpur
Analisis Persen Penyisihan BOD dan TSS
Persen penyisihan dapat ditentukan berdasarkan hubungan dari overflow rate dan waktu detensi pada poin (b) dan persen efisiensi pada Gambar 3-19.
Laju BOD dan TSS Influen
Laju BOD (kg/hari) = CBOD (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1 ... Persamaan 3-28 Laju TSS (kg/hari) = CTSS (g/m3) x Q (m3/hari) x (1.000 g/kg)-1 ... Persamaan 3-29 Karakteristik Primary Sludge (Lumpur Pengendapan Pertama)
Laju Pengendapan (Organik,BOD) = % Penyisihan BOD x Laju BOD (kg/hari) ... Persamaan 3-30 Laju Pengendapan (Suspended Solid) = % Penyisihan TSS x Laju TSS (kg/hari) ... Persamaan 3-31 Konsentrasi solid = 5%
Specific gravity = 1,03 Debit lumpur
debit lumpur = SS remove x 1.000 g/kg
5% x 1,03 g/cm3 x 106 cm3/m3 ... Persamaan 3-32 B. Komponen Inlet
a. Menghitung luas permukaan pipa inlet Apipa inlet = Q
vdalam pipa ... Persamaan 3-33
b. Menghitung diameter pipa inlet
C. Komponen Outlet
Di dalam penghitungan bagian sistem outlet atau efluen, terdapat beberapa parameter yang harus dihitung seperti dimensi weir, head, serta kedalaman yang melewati desain V-notch dan dimensi pembersih efluen. Penghitungan weir diawali dengan asumsi nilai beban weir pada debit puncak.
a. Menghitung panjang weir
Pweir = (Q puncak setiap bak per hari)
beban weir ... Persamaan 3-35
b. Hitung total panjang weir. Nilai beban weir dapat diasumsikan sebesar 120 m3/m/hari. Total panjang weir dihitung dengan persamaan:
Ptotal weir=2(P+L sebelum baffle)+2(P+L setelah ditambah baffle)-kotak efluen ... Persamaan 3-36
c. Hitung beban weir aktual
bebanweir = debit puncak per hari
Ptotal weir ... Persamaan 3-37
d. Hitung diameter pipa outlet, terlebih dahulu menentukan kecepatan aliran dalam pipa, v=0,5 m/detik. Luas penampang pipa dihitung menggunakan persamaan berikut:
Apipa outlet = Q
vdalam pipa ... Persamaan 3-38
e. Menghitung diameter pipa outlet diameter pipa oultet = Apipa outlet
0,25 π ... Persamaan 3-39