PEMILIHAN PROSES PENGOLAHAN, DIAGRAM ALIR DAN PRELIMINARY
SIZING
A. Pemilihan Proses Pengolahan Air Minum
1. Persyaratan Kualitas Air Minum, Kualitas Air Baku;
2. Matrik Pengolahan air Minum;
3. Diagram alir;
4. Dasar Pemilihan Proses Pengolahan;
Standar/Persyaratan Kualitas Air Minum
No Per. Men.Kes Tentang Ciri
1. 416/MEN.KES/PER/IX/1990 Syarat-syarat Dan Pengawasan Kualitas
Air Air Bersih dan Air
Minum
2. 907/MENKES/SK/VII/2002 Syarat-syarat Dan Pengawasan Kualitas
Air Minum Bakteriologis, Kimia,
Fisik
3. 492/MENKES/PER/IV/2010 Persyaratan Kualitas Air Minum Parameter Wajib dan Parameter tambahan
Kualitas Air Minum
Kualitas Air Baku
Air Permukaan:
Review 5 ~ 10 tahun terhadap karakteristik air baku:
fisik, kimia, microbiologi, and radiologi .
Melakuakn kajian resiko potensi kontaminasi.
Melakukan kajian perkembangan tataguna lahan di Daerah Aliran Sungai (DAS).
Air Tanah:
Idem air permukaan.
Kajian kondisi Geologi, water tables, penurunan air
tanah akibat pumping, intrusi air laut, potensi rembesan air limbah industri, air limbah domestic, agricultural
chemicals, and fertilizers ke dalam air tanah.
Material dari air baku yang harus dipisahkan di IPA
Partikel tersuspensi
Clay, silt
Microorganisme: bacteria, algae, virus, protozoa, dll.
Partikel Organik; fat, oil, and grease
Partikel Colloidal (10
-9~ 10
-6m)
Partikel Dissolved/Terlarut
Humic acids [natural organic matter (NOM)]
Dissolved organic and inorganic compounds
Toxic organic compounds (benzene, toluene, TCE
(Trichloroetilene)
, PCB
(Polychlorinatred Biphenyls), PAHs
(Polysiklic Aromatic Hidrocarbon), etc.)
Heavy metals (Hg, Pb, As, Zn, Fe, Mn, Mg, etc.)
Kualitas Air Baku
B. Matrik Pengolahan Air
Contaminants and Removal Methods
Suspended particles
Bacteria, viruses Protozoa
Taste and odor causing compounds
Toxic organic compounds Heavy metals
THMs Inorganic compounds
Salts
Conventional treatment Chemical oxidation
Ozonation Chlorination Ultraviolet MF/UF
NF/reverse osmosis GAC/PAC
Ion exchange
Conventional Two-stage Direct In-line complete filtration filtration filtration Turbidity (NTU) < 5,000 < 50 < 15 < 5 Color (apparent) < 3,000 < 50 < 20 < 15 Coliform (#/mL) < 10
7< 10
5< 10
3< 10
3Algae (ASU/mL) < 10
5< 5 × 10
3< 5 × 10
2< 10
2Asbestos fiber (#/mL) < 10
10< 10
8< 10
7< 10
7Taste and odor (TON) < 30 < 10 < 3< 3
• The criteria shown are a general condition.
• If the raw water turbidity exceeds 1,000 NTU, a
presedimentation process is required for all conventional complete treatment processes.
Pengolahan Air Minum berdasarkan Kualitas Air Baku
14
Constituent Proses Pemisahan
Algae Straining, coagulation-sedimentation, coagulation-flotation, oxidation-filtration
Bacteria, pathogenic Coagulation-sedimentation, adsorption, ultrafiltration
Calcium Precipitation-sedimentation, ion exchange, reverse osmosis Chloroform Adsorption, gas stripping, reverse osmosis
Clays Coagulation-sedimentation, ultrafiltration Fluoride Precipitation-sedimentation, adsorption
Humic acids Coagulation-sedimentation, adsorption, nanofiltration, reverse osmosis
Iron, ferrous Oxidation-filtration, reverse osmosis
Mercury Coagulation-sedimentation, adsorption, ion exchange Nitrate Ion exchange, biological reduction, reverse osmosis
Phenol Oxidation, adsorption
Salts, dissolved Distillation, freezing, ion exchange, reverse osmosis Sulfate Ion exchange, precipitation-sedimentation
Alternative pemisahan konstituent
15
Separation of clays, bacteria, algae
Reduction of Gibbs interfacial free
energy, size Unconsolidated inert
solids Granular
media filtration
Lime-soda softening, Fe and Mn removal Nucleation,
insolubility of solid Chemical oxidant, excess
precipitant, pH Precipitation
Dewatering of sludge Water evaporation
and diffusion Heat
Drying of solids
Demineralization Diffusion
Semipermeable membrane and pressure gradient
Reverse osmosis
Water softening, removal of nitrate Chemical
equilibria Solid exchange resin
Ion
exchange
Removal of organics, trace metals
Different in Gibbs free energy
Solid adsorbent Adsorption
Addition of CO2, Cl2, O3 to water
Phase equilibria Nonvolatile liquid (e.g.,
H2O) Absorption
Removal of dissolved gases (H2S, CH4, NH3) Phase equilibria
Noncondensible gas (e.g., air)
Stripping
Desalination Vapor pressure
Heat Distillation
Examples in Water Treatment/ Reuse Principle of
Separation Separating Agent
Process
Proses pemisahan secara Fisika-Kimia
16
Process Separating Agent Principle of
Separation Examples in Water Treatment/Reuse Ultrafiltration Membrane and pressure Molecular size Organic removal
Sedimentation Gravity Size, density Solid-liquid separation Flotation Gravity, rising or
attached air bubbles Size, density Solid-liquid separation
Thickening Gravity Size, density and
structure Liquid-solids
separation, e.g., alum sludge
Centrifuge Centrifugal force Size, density Dewatering of sludges Cake filtration Cloth or metal
membrane, vacuum or mechanical pressure
Size Dewatering of sludges
Screening Metal screen, various size
openings Size Microstrainers for algae
removal
lanjutan
C. Dasar Memilih Alternatif Pengolahan
1. Kualitas output memenuhi persyaratan air minum.
2. Kemudahan operasi dan pemeliharaan (teknologi)
3. Biaya investasi
4. Umur bangunan
5. Luas yang diperlukan
6. Biaya operasi dan pemeliharaan
7. Kemudahan mendapatkan suku cadang
8. Kebutuhan tenaga operasional
Perbandingan Alternatif Pengolahan
Parameter Alternatif 1 Alternatif 2
1. Kualitas output memenuhi persyaratan air minum.
2. Kemudahan OM (teknologi) 3. Biaya investasi
4. Biaya operasi dan pemeliharaan 5. Luas yang diperlukan
6. Kemudahan mendapatkan suku cadang 7. Kebutuhan tenaga operasional
8. Umur bangunan
Alternatif Pengolahan
1. Alternatif sistem pengolahan:
1. Pengolahan konvesional
2. Saringan Pasir Lambat/Saringan Pasir Cepat 3. Membran teknologi
4. Filtrasi Langsung
2. Alternatif berdasarkan Energi aliran:
1. Tipe Hidrolis
2. Tipe Mekanis, Pneumatis 3. Pressure filter
3. Alternatif berdasarkan Konfugurasi:
1. Bentuk bangunan (persegi, lingkaran) 2. Arah aliran Down flow, upflow
4. Alternatif per unit Bangunan:
1. Tipe Pengaduk Lambat 2. Tipe Clarifier
3. Tipe Filter
4. Tipe Desinfektan
Perbandingan Alternatif juga perlu
dilakukan tentang keuntungan dan
kerugian (kelebihan dan
kekurangannya) pada setiap unit utama
(sedimentasi, pengaduk cepat/lambat,
filter, desinfeksi), secara objektif.
Pengolahan
konvensional
Pengolahan
konvensioanl
Alternatif Pengolahan Air
I
II
III
Conventional Water Treatment Process
Flocculatio n
Sedimentatio
n Filtration
Coagulatio n
A lk ali ch em ic a l
Filter wash waste Sludge to disposal
C oa gu la n ts P A C P o ly m e r (a nio nic ) C l
2or P A C P o ly m e r ( m u ltim ed ia on ly ) C l
2A lk ali o r c o rro sio n in h ib ito r
C l
2Filtrasi langsung
Pengolahan dengan teknik
membrane
Cluster Plant Layout
Chemical &
Control Building Clear Wells
Floc/Sed Tanks Floc/Sed Tanks
Filters
Floc/Sed Tanks Chemical
& Control
Building Filters Clear
Wells
Process Diagram
D. Prilimanary Sizing
1. Siapkan kriteria disain (Beban Permukaan dan waktu detensi)
2. Tentukan kriteria disain tersebut
3. Hitung Luas permukaan bak dan lahan keseluruhan
4. Hitung volume bak.
Preliminary sizing
Unit Kriteria disain Volume (m3) Luas (m2)
Intake Td = 20 menit,
Kedalaman = Vol = Q. td As = Vol/H
Prased. Td= 3 – 5 jam, SL = Kedalaman = 3-4 m Sedimentasi Td = 1,5 – 3 jam
Beban permukaan:
0,8 -2,5 m3/m2/jam Kedalaman: 3-6 m Pengaduk
Cepat Td < 20 detk Pengaduk
lambat Td = 20 – 45 menit Kedalaman :
Tipe : Mekanis/hidrolis Filter Fil.rate = 5 – 10
m3/m2/jam
Reservoir 20% Q hari maks
Kriteria perencanaan unit
flokulasi (pengaduk lambat)
Kriteria perencanaan unit flotasi
(pengapungan)
Kriteria perencanaan unit
sedimentasi (pengendap)
Kriteria perencanaan unit filtrasi
(saringan cepat)
1. Koagulan
2. Kriteria koagulan
Kriteria koagulan adalah sebagai berikut :
a)
jenis koagulan yang digunakan;
aluminium sulfat/tawas, Al
2(SO
4)
3.l4(H
2O) diturunkan dalam bentuk cair konsentrasi sebesar (5 — 20) %.
PAC, poly aluminium chloride (Al
10(OH)
15Cl
15) kualitas PAC ditentukan oleh kadar aluminium oxide (Al
2O
3) yang terkait sebagai pac dengan kadar (10 — 11)%.
b)
dosis koagulan ditentukan berdasarkan hasil percobaan jar test terhadap air baku .
c)
pembubuhan koagulan ke pengaduk cepat dapat dilakukan secara gravitasi atau pemompaan
Kriteria perencanaan pembubuhan bahan
kimia
2. Bak koagulan
Kriteria bak koagulan adalah sebagai berikut :
a) Bak koagulan harus dapat menampung larutan selama 24 jam;
b) Diperlukan 2 buah bak yaitu 1 buah bak
pengaduk manual atau mekanis dan 1 buah bak pembubuh;
c) Bak harus dilindungi dari pengaruh luar dan
tahan terhadap bahan koagulan.
3. Netralisan
3.1. Kriteria netralisasi
a) harus berupa bahan alkalin;
kapur (CaO), dibubuhkan dalam bentuk larutan
dengan konsentrasi larutan 5 % sampai dengan 20%;
soda abu (Na
2CO
3) dibubuhkan dalam bentuk larutan, dengan konsentrasi larutan 5% sampai dengan 20%;
soda api (NaOH), dibubuhkan dalam bentuk larutan, dengan konsentrasi larutan maksimum 20%;
b) dosis bahan alkalin ditentukan berdasarkan percobaan;
c) pembubuhan bahan alkalin secara gravitasi atau pemompaan, dibubuhkan sebelum dan atau
sesudah pembubuhan koagulan
4. Bak Netralisan
bak dapat menampung larutan selama 8 jam sampai dengan 24 jam;
diperlukan 2 buah bak yaitu 1 buah bak pengaduk manual atau mekanis dan 1buah bak pembubuh
bak harus dilindungi dari pengaruh luar dan tahan
terhadap beban alkalin
5. Desinfektan
Kriteria desinfektan
a) jenis densifektan yang digunakan
• gas klor (Cl
2), kandungan klor aktif minimal 99%;
• kaporit atau kalsium hipoklorit (CaOCl
2) x H2O kandungan klor aktif (60 — 70) %;
• sodium hipoklorit (NaOCl), kandungan klor aktif 15%;
b) b) dosis klor ditentukan berdasarkan dpc yaitu jumlah klor yang dikonsumsi air besarnya tergantung dari
kualitas air bersih yang di produksi serta ditentukan
dari sisa klor di instalasi (0,25 – 0,35) mg/l.
Pembubuhan desinfektan
gas klor disuntikan langsung ke instalasi pengolahan air bersih, pembubuhan gas menggunakan peralatan tertentu yang memenuhi ketentuan yang berlaku;
kaporit atau sodium hipoklorit dibubuhkan ke
instalasi pengolahan air bersih secara gravitasi
atau mekanis.
Keperluan perlengkapan desinfeksi
a)
a) pembubuhan gas klor
peralatan gas klor disesuaikan minimal 2, lengkap dengan tabungnya;
tabung gas klor harus ditempatkan pada ruang khusus yang tertutup;
ruangan gas klor harus terdapat peralatan pengamanan terhadap kebocoran gas klor;
alat pengamanan adalah pendeteksi kebocoran gas klor dan sprinkler air otomatik atau manual.
harus disediakan masker gas pada ruangan gas klor.
b)
b) bak kaporit
1) bak dapat menampung larutan selama 8 sampai dengan 24 jam;
2) diperlukan 2 buah bak yaitu bak pengaduk manual/mekanis dan bak pembubuh;
c)
bak harus dilindungi dari pengaruh luar dan tahan terhadap kaporit.
Jumlah pompa pembubuh larutan kimia dan motor pengaduk unit koagulasi maupun flokulasi
paket instalasi pengolahan air minimal 2 buah berkapasitas sama.
Pompa pembubuh dan motor pengaduk
Kriteria bak penampung air minum/Reservoir/Clearwell Bak penampung air minum diberi sekat-sekat yang
dilengkapi dengan:
a) ventilasi;
b) tangga;
c) pelimpah air;
d) lubang pemeriksaan dan perbaikan;
e) alat ukur ketinggian air;
f) pinstalasi pengolahan air penguras
Kriteria perencanaan untuk perlengkapan unit paket instalasi pengolahan air dapat dilihat pada Tabel 6
Kriteria perencanaan perlengkapan unit
paket instalasi pengolahan air
Catu daya
Penyediaan daya listrik
Penyediaan daya listrik terdapat 2 sumber, yaitu a) PLN b) genset.
Pemilihan sumber daya sesuai Tabel 7 berikut
ini:
Diesel generator, pompa air baku, pompa pembubuh, pengaduk cepat dan lambat harus
dilengkapi panel yang sesuai kebutuhan.
Kriteria panel
Jenis bangunan
Jenis Bangunan yang diperlukan adalah:
a) Bangunan Instalasi Pengolahan Air;
b) Bangunan penunjang Instalasi Pengolahan Air;
1) ruang pembubuh;
2) ruang jaga;
3) ruang pompa; ruang genset,
4) ruang laboratorium;
5) ruang gudang;
6) ruang penyimpan bahan kimia
c) Sarana pembuangan lumpur dari hasil
pengurasan bak pengendap dan pencucian saringan.
Kriteria bangunan
Bahan dan bangunan pelengkap harus memenuhi ketentuan berikut :
a) struktur bangunan instalasi pengolahan air dan
bangunan penampung air minum dari beton bertulang, baja atau bahan lainnya berdasarkan pertimbangan kondisi lapangan.
b) ruang genset harus kedap suara, tahan getaran dan tidak mudah terbakar, dilengkapi dengan peralatan
pemeliharaan yang memenuhi ketentuan yang berlaku;
Bahan dan bangunan
pelengkap
c) ruang pembubuh dan penyimpan bahan kimia
dilengkapi exhaust fan, drainase dan perlengkapan pembersihan;
d) bangunan penunjang lainnya menggunakan bahan bangunan yang memenuhi ketentuan yang berlaku;
e) pondasi bangunan sesuai dengan kondisi setempat yang memenuhi ketentuan yang berlaku.
Bahan dan bangunan
pelengkap
Perbandingan Tipe unit pengolah
Comparison Table
62
High energy efficiency (less hp req.)
Low shear (lower variation in G)
Compact flocs
Less settling at the bottom Vertical impeller flocculator
(axial)
Low energy efficiency (high hp req.)
High shear (greater variation in G)
Larger flocs
More settling at the bottom Horizontal paddle flocculator
(axial)
Comparison of Sedimentation and DAF
Horizontal flow Radial flow Upflow Settlers DAF(rectangular) (circular) clarifier Sedimentation regime Unhindered Unhindered Unhindered/ Unhindered Unhindered hindered hindered by air
Appropriate for heavy Yes Yes Yes if bottom Yes No silts and lime precipitates scraped
as well as light floc
Appropriate for algae- No No No No Yes laden water
Turbidity > 100 NTU Yes Yes Yes Yes No
Rapid turbidity change Good Poor Poor Excellent Poor Water temp. < 4°C Fair Poor Poor Fair Good
Ease of startup and EasyEasyEasy for Quick but some Quick but some on/off operation unhindered skill needed skill needed
Skill level of operation Low Low Medium High High Retention timeHighHigh Medium Low Low
Capital cost High-medium High-medium Medium Medium-low Medium-low Operating cost Medium-low Medium-low Medium-low Medium Medium
Coagulation and flocculation effectiveness: little difference among the processes above if adequately designed and properly operated.
63
Comparison of Flocculation Processes
Baffled channels Mechanical flocculactors Horiz./paddle Vert./blades Flocculation Good to excellent Good to excellent Good to excellent
Reliability Good Fair to good Good
Operator flexibility Moderate to poor Good Good
Capital cost Low Moderate to high Moderate to high
Construction Easy Moderate Easy to moderate
Maintenance Low Moderate Low to moderate
Flow condition Near plug flow Short circuiting Short circuiting Advantages
Simple and effective
Low O&M costs No moving parts
Good floc formation Effective mixing No headloss
High energy input Low maintenance No headloss
Disadvantages
Mixing function of flow rate
Approx. 2~3 ft headloss
Precise install. req.
High shear at paddle Limited energy input High maintenance
Many units req.
Shear at blade
Inadequate amount of turbulence & eddy