Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri
EVALUASI DAN DESAIN PENINGKATAN KAPASITAS
INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM
DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Evaluasi dan Desain
Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta
Industri adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Rizka Amalia
NIM F44090027
ABSTRAK
RIZKA AMALIA. Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi
Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri. Dibimbing oleh ARIEF
SABDO YUWONO dan ALLEN KUNIAWAN.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok
kebutuhan air Kota Cilegon. Mengingat permintaan akan pasokan air terus
bertambah, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500
liter/detik. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kondisi terkini instalasi
pengolahan air PT. KTI, serta mengkaji peningkatan kapasitas pengolahan
instalasi berdasarkan aspek proses dan desain. Penelitian dilakukan dengan dua
tahap, yaitu pengambilan data primer dan sekunder, serta analisis kalkulasi proses
dan desain. Unit pengolahan air di PT. KTI adalah bar screen, sand trap,
koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Unit bar screen didesain
dengan jumlah bar 40 buah dan lebar 6 mm. Pada unit sand trap, ketinggian bak
minimum menjadi 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan harus memenuhi
efisiensi sebesar 90%, bila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut,
penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Desain unit koagulasi
dilakukan dengan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Desain unit flokulasi
dilakukan dengan mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm. Pada unit
sedimentasi, plate settler didesain sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate
sebesar 0.05 m dan tinggi 1 m. Kesimpulan penelitian ini adalah hampir semua
unit memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain, dan desain
dibutuhkan pada unit bar screen, dan accelator.
Kata kunci: desain, evaluasi, kriteria desain, unit pengolahan air.
ABSTRACT
RIZKA AMALIA. Evaluation and Design of Increasing Drinking Water
Treatment Installation Capacity at PT. Krakatau Tirta Industri. Supervised by
ARIEF SABDO YUWONO and ALLEN KUNIAWAN.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT KTI) has a rule as supplier of Cilegon
Municipality’s water needs. Considering the demand for water supply continues
to grow, PT. KTI intends to increase its capacity up to 2500 liters/sec. This study
aims to evaluate current condition of water treatment plant of PT. KTI, and to
review the increasing of installation capacity by process and design aspects. The
study is conducted in two stages, namely collecting primary and secondary data
and analyzing process and design calculations. Water treatment plant at PT. KTI
are bar screen, sand trap, coagulation, flocculation, sedimentation, filtration, and
disinfection. Bar screen unit was designed with 40 pieces bar and width of 6 mm.
Sand trap unit has minimum height of 4.30 m. Three pumps must have an
efficiency of 90%. If the efficiency doesn’t reach that value, then the addition of
at least one pump unit is needed. Coagulation unit design is carried out by
hydraulic jump and mechanical mixing. Flocculation unit design is done by
changing the impeller rotation to 32 rpm. On sedimentation units, plate settlers as
much as 891 pieces is designed with inter-plate distance of 0.05 m and height of 1
m. Conclusions of this study are almost all units have parameters that don’t meet
the design criteria, and design takes on the unit bar screen, and accelator.
Keywords: design, design criteria, evaluation, water treatment plant
EVALUASI DESAIN PENINGKATAN KAPASITAS
INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM
DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan
Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri
Nama
: Rizka Amalia
NIM
: F44090027
Disetujui oleh
Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc.
Pembimbing I
Allen Kurniawan, S.T., M.T.
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Yudi Chadirin, S.T.P., M.Agr.
Plh. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah
pengolahan air, dengan judul Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi
Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono,
M.Sc. dan Bapak Allen Kurniawan, S.T., M.T. selaku pembimbing, serta Bapak
M. Budi Saputra, S.T, M.Eng. yang telah memberikan saran dan bantuan selama
penulis berada di lapangan.. Di samping itu, penulis menyampaikan penghargaan
kepada pihak-pihak yang telah membantu selama pengumpulan data. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada orang tua, seluruh keluarga, dan temanteman atas segala doa dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengembangan khasanah
pengetahuan di bidang pengolahan air minum. Saran dan masukan sangat
diharapkan guna memperbaiki kualitas dari karya ilmiah ini.
Bogor, Juni 2013
Rizka Amalia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
1
Ruang Lingkup Penelitian
1
METODOLOGI PENELITIAN
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Alat dan Bahan Penelitian
2
Tahapan Penelitian
2
Kualitas Air
3
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku
4
Kualitas Air
4
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
7
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
16
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
18
RIWAYAT HIDUP
30
DAFTAR TABEL
1 Alat dan bahan penelitian
2 Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI
3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air
3
8
9
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir penelitian
2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri
3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012
2
4
7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution
Chamber)
2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
3 Diagram alir perhitungan unit sand trap
4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump
5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik
6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi
7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi
8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi
9 Gambar desain unit bar screen
10 Gambar desain unit distribution chamber
11 Gambar desain unit accelator
12 Potongan A-A unit accelator
18
19
20
21
22
23
24
25
26
26
26
26
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok
kebutuhan air untuk kawasan industri dan PDAM Kota Cilegon. Perusahaan ini
sebelumnya merupakan unit penunjang kegiatan operasional PT. Krakatau Steel
(Persero) dalam bidang penyediaan air bersih. Kapasitas yang terpasang di unit
pengolahan air saat ini sebesar 2.000 liter/detik dengan penggunaan mencapai
60%.
Mengingat proyeksi kebutuhan air pada tahun 2017 mencapai 2300
liter/detik, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500
liter/detik. Penambahan debit tersebut diikuti oleh perubahan unit pengolahan
yang sesuai dengan debit air yang akan diolah. Atas dasar kondisi tersebut,
evaluasi kinerja instalasi diperlukan untuk mengetahui kondisi fisik instalasi.
Perumusan Masalah
Berdasarkan masalah tersebut di atas maka penulis membuat rumusan
masalah penelitian sebagai berikut :
1.
Apakah unit instalasi pengolahan air di PT. KTI dengan debit air saat ini
sudah memenuhi kriteria desain yang ditentukan?
2.
Apakah unit instalasi pengolahan air tersebut mampu mengolah air apabila
debit air sesuai dengan kapasitas awal sebesar 2000 liter/detik dan saat debit
air baku ditingkatkan menjadi 2500 liter/detik?
Tujuan Penelitian
1.
2.
Tujuan penelitian ini:
Mengevaluasi kondisi terkini unit Instalasi Pengolahan Air Minum PT. KTI.
Mengkaji desain peningkatan kapasitas pengolahan instalasi berdasarkan
aspek proses dan desain.
Manfaat Penelitian
1.
2.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini:
Sebagai dasar untuk melakukan perbaikan kinerja instalasi pengolahan air.
Memberikan rekomendasi teknis kepada PT. KTI dalam usaha peningkatan
debit air baku untuk pengolahan air bersih.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini difokuskan pada perbandingan kualitas air
berdasarkan baku mutu, perhitungan evaluasi dan desain unit instalasi pengolahan
air bersih. Perhitungan desain diharapkan tidak mengubah desain awal unit
instalasi pengolahan air bersih.
2
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di PT. KTI. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua
tahap, yaitu tahap pertama pengambilan data primer dan sekunder selama bulan
Februari-April 2013, serta tahap kedua berupa analisis proses desain selama bulan
Maret-Mei 2013.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera
pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
3
Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain:
Tabel 1 Alat dan bahan penelitian
Alat
Bahan
Current Meter
Bahan-bahan kimia
Kalkulator dan alat tulis
Data sekunder berupa:
Seperangkat komputer
Kualitas air baku dan produksi
Software Microsoft Office, Auto Cad 2007
Jumlah penduduk terlayani
Turbidity Meter
Debit air baku dan air produksi
pH Meter
Dimensi tiap unit
Spectrofotometer
Denah IPAM
Coductivity Meter
Flocculator
Peralatan gelas
Kualitas Air
Data kualitas air baku dan air bersih berupa data sekunder yang diambil dari
laboraturium PT. KTI. Data tersebut dibuat menjadi grafik perbandingan antara
kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu. Grafik tersebut dapat menunjukan
kesesuaian kualitas air baku dan air bersih terhadap baku mutu kualitas air bersih
yang telah ditetapkan oleh pemerintah.
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
Evaluasi yang dilakukan terhadap bangunan intake dilakukan dengan
mengukuran dimensi bar screen dan kapasitas pompa yang digunakan, serta
terhadap desain, headloss, dan head di atas weir pada unit sand trap. Pada unit
koagulasi, evaluasi dan desain dilakukan pada proses pencampuran menggunakan
metode terjunan (hydraulic jump) dan pengadukan mekanik. Nilai gradien
kecepatan (G) dapat diperkirakan berdasarkan ketinggian terjunan dan waktu
detensi (td).
Proses flokulasi dan sedimentasi berada dalam satu bangunan berbentuk
sirkular yang disebut Accelator Clarifier. Evaluasi dapat dilakukan dengan
menghitung nilai gradien hidrolik (G) dan nilai bilangan Reynolds (NRe) (Qasim,
2000). Menurut Reynolds (1996), bilangan Reynolds (NRe), dan surface loading
(SL) perlu dievaluasi pada unit sedimentasi. Selain itu, Reynolds (1996)
menyatakan bahwa dalam evaluasi unit filtrasi perlu dilakukan perhitungan
headloss (hL) air yang melewati saringan (filter) menggunakan persamaan Rose.
Perhitungan hL membutuhkan data bilangan Reynolds (NRe) dan Drag Coefficient
(CD). Evaluasi dosis klorin (Cl2) pada unit desinfeksi dilakukan setelah evaluasi
unit filtrasi.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku
PT. KTI melakukan pengolahan air baku menjadi air bersih dengan air baku
yang dialirkan Sungai Cidanau dan Waduk Krenceng. Proses pengolahan dapat
dilihat pada Gambar 2. Pertama, unit distribution chamber berfungsi sebagai
sarana dalam proses pembubuhan koagulan aluminium sulfat (Al2(SO4)3) yang
akan mengalami turbulensi antara air baku dan koagulan. Jenis koagulan
aluminium sulfat atau besi sulfat umum digunakan untuk mengentalkan padatan
tersuspensi dalam air. Koagulan tersebut murah dan aman, serta lumpur yang
dihasilkan mudah ditangani (Ismail, et al. 2012). Kedua, unit accelator sebagai
perpaduan unit flokulasi dan sedimentasi. Di dalam unit ini, flok yang terbentuk
dari proses koagulasi akan bergabung membentuk ukuran yang lebih besar,
sehingga flok lebih mudah diendapkan pada zona sedimentasi. Ketiga, unit
penyaring (filter) berfungsi sebagai sarana untuk penyaringan partikel halus yang
terbawa dari accelator, serta menghilangkan warna, turbiditas, dan kekeruhan.
Keempat, unit netralisasi dan desinfeksi dilakukan pembubuhan kapur dan klorin
secara simultan. Dan kelima, reservoir berfungsi sebagai media bak penampung
air bersih yang akan didistribusikan ke konsumen.
Gambar 2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri
Kualitas Air
PT. KTI melakukan pengujian kualitas air secara rutin setiap minggu.
Parameter yang diuji sesuai dengan baku mutu dalam Keputusan Menteri
5
Kesehatan Nomor 416 Tahun 1990 tentang Syarat-Syarat dan Pengawasan
Kualitas Air. Suspended solid (SS) tidak terdapat di dalam baku mutu, namun
parameter tersebut tetap dimasukkan karena penting untuk diketahui. Pada
Gambar 3, grafik perbandingan kualitas air baku dari parameter SS, warna, pH,
besi, sulfat, nitrat, dan nitrit dibuat dalam waktu pengukuran tiap minggu pada
tahun 2012.
Konsentrasi SS (mg/l)
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
Minggu keAir Baku
Air Bersih
(a) Parameter SS
1600
1400
Warna (TCU)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
10
20
30
40
50
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(b) Parameter warna
Air Baku
60
pH
6
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
0
10
20
30
40
50
60
Minggu ke-
Air Baku
Air Bersih
Kep Menkes 416/90-max
Kep Menkes 416/90-min
(c) Parameter pH
Konsentrasi Besi (mg/l)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0
10
20
30
40
50
60
50
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
Air Baku
Konsentrasi Sulfat (mg/l)
(d) Parameter besi Kepmenkes
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(e) Parameter sulfat Kepmenkes
7
Konsentrasi Nitrat (mg/l)
12
10
8
6
4
2
0
-2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(f) Parameter nitrat Kepmenkes
Konsentrasi Nitrit (mg/l)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
-0.20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(g) Parameter nitrit Kepmenkes
Gambar 3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
Evaluasi unit pengolahan air bersih di PT. KTI dilakukan pada debit yang
telah diukur langsung, kecuali pada unit bar screen, sand trap, dan filtrasi
menggunakan debit sebesar 2 m3/detik. Desain pengolahan air setiap unit
menggunakan debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Diagram alir unit pengolahan
dari sand trap hingga filtrasi disajikan pada Lampiran 2-8. Kriteria desain dari
setiap unit dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil perhitungan evaluasi dan desain dari
setiap unit dapat dilihat pada Tabel 3.
8
Tabel 2. Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI
a. Unit bar screen
Sumber
Faktor Desain
Nilai
Kecepatan melalui bar
Lebar bar
Kedalaman bar
Qasim, et al.
Kemiringan bar dari sudut
(1998)
horizontal
Headloss diizinkan saat clogging
Headloss maksimum saat clogging
b. Unit sand trap
Sumber
0.30-0.60 m/detik
4-8 mm
25-50 mm
Gradien kecepatan (G)
Kondisi aliran
Waktu detensi (td)
Dosis Koagulan
d. Unit flokulasi
Faktor Desain
Gradien kecepatan (G)
Kondisi aliran
Waktu detensi (td)
e. Unit sedimentasi
Faktor Desain
Surface loading (SL)
Waktu detensi (td)
Kedalaman bak
150 mm
800 mm
Faktor Desain
Nilai
Kedalaman (d)
Panjang (p)
Qasim, et al.
Lebar (l)
(1998)
Rasio lebar/kedalaman
Rasio panjang/lebar
c. Unit koagulasi
Faktor Desain
45-60º
Qasim, et al.
(2000)
950 (1/dt)
20-30 detik
20 ppm
Qasim, et al.
(2000)
30 (1/dt)
30 menit
2-5 m
7.50-20 m
2.5-7
1:1-5:1
2.5:1-5:1
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
200-1000 (1/dt)
NRe > 10000
10000
8-12 menit
Delphos, et al.
(2004)
150-300 (1/dt)
30 detik
-
Delphos, et al.
(2004)
50 (1/dt)
18 menit
Qasim, et al.
(2000)
1.46 m/jam
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
0.50-1 m/jam
Willis, et al.
(2004)
1.20-3.70 m/jam
4 jam
>5 m
1-2 jam
2-5 m
600 detik
2.5 m
Surface loading (SL)
SL Pencucian air
Lama pencucian air
Ekspansi pencucian
Maksimum headloss (hL)
g. Unit desinfeksi
Sumber
Qasim, et al. (2000)
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
7-12 m/jam
15-25 m/jam
180-300 detik
20-50%
-
Faktor Desain
Castro, et al.
(2004)
5-7.5 m/jam
37-56 m/jam
60-300 detik
20-50%
-
Nilai
Dosis Optimum
0.2-4 mg/l
Tabel 3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air
Debit
Faktor Desain
Pers.
Awal
2 m3/detik
2.5 m3/detik
75
60
Kemiringan dari
sumbu horizontal, ⁰
-
Bar Screen
-
Jarak antar bar, mm
-
-
20
50
Jumlah bar
-
-
75
40
Lebar bar, mm
1
-
10
6
Kedalaman sebelum
bar (d1), m
2
-
2.03
2.03
Kecepatan sebelum
bar (v1), m/detik
2
-
0.6
0.55
Kedalaman saat
melewati bar (d2), m
3
-
2.04
2.04
Kecepatan saat
melewati bar (v2),
m/detik
3
-
0.43
0.54
Headloss(hL), mm
-
-
16.71
4.8
Kedalaman setelah
melewati bar (d3), m
4
-
2.02
2.04
Kecepatan saat
4
-
0.44
0.54
10
melewati bar (v3),
m/detik
Kedalaman saat
clogging 50% (d2'), m
5
-
2.37
2.19
Kecepatan saat
clogging 505 (v2'),
m/detik
5
-
0.37
0.5
Headloss saat clogging
50% (hL), mm
6
-
108
82.86
Kedalaman aliran (d),
m
-
Sand Trap
-
2.7
2.7
Panjang saluran (p), m
-
-
13.5
13.5
Lebar saluran (l), m
-
-
6.44
6.44
Luas permukaan
saluram (A), m2
7
-
86.94
86.94
Volume saluran (V),
m3
8
-
234.74
234.74
Kecepatan aliran (v),
m/detik
9
-
0.12
0.14
Waktu detensi (td),
detik
10
-
119.37
93.9
Headloss influent (hL),
m
11
-
0.01
0.01
Head di atas weir (H),
m
12
-
0.43
0.5
Luas melintang bak
(A), m2
13
Koagulasi
2.8
2.8
2.8
Volume bak, m3
14
7.42
7.42
7.42
Waktu detensi (td),
detik
15
16.62-25.57
11.67
8.90
Gradien kecepatan
(G), detik-1
16
261-324
700
700
-
0.36
0.36
0.36
Jari-jari hidrolik (R),
m
11
Kondisi aliran (NRe)
17
4.80x104-7.59x104
1.02x105
1.27x105
Headloss (hL), m
16
0.15
0.47
0.37
Volume bak, m
25
Flokulasi
476.93
476.93
476.93
Putaran impeller (n),
rpm
28
1.5
32
32
Tenaga (P), Watt
28
6.03x10-4
951.47
951.47
Waktu detensi (td),
menit
26
17.80-27.40
11.92
9.53
Gradien kecepatan
(G), detik-1
27
0.04
50
50
Kondisi aliran (NRe)
29
1.05 106
1.32 109
1.32 109
3
Sedimentasi
% Removal
30
92.97-98.23
98
98
Desain SL,
m3/m2.hari
30
23.29-46.78
69.32
86.65
Surface Loading
(SL), m3/m2.jam
32
0.99-2.10
2.95
3.68
Waktu detensi (td),
jam
33
3.97-7.98
2.68
2.14
Bilangan Reynolds
(NRe)
34
1075.51-2282.48
3208.42
4010.53
Bilangan Froude
(NFr)
35
2.44
10-9-1.10
10-8
10-8
2.17
10-8
3.40
Lebar plate (B), m
-
-
Disesuaikan
Disesuaikan
Tinggi plate (H),
m
-
-
1
1
Jarak antar plate (w),
m
-
-
0.05
0.05
Jumlah plate
-
-
891
891
Jari-jari hidrolik (R),
m
-
-
0.025
0.025
12
36
-
4.61 10-3
5.77 10-3
Bilangan Reynolds
(NRe)
-
-
25.54
31.92
Bilangan Froude
(NFr)
-
-
8.68 10-5
1.36 10-4
Jumlah pelimpah
-
1488
1488
1488
37
0.14-0.28
0.42
0.52
-
Filtrasi
-
6
6.25
Headloss pasir (hLP),
40
-
8.05
8.42
Headloss kerikil
(hLK), m
40
-
1.01
2.13
Headloss Total (hLT),
40
-
8.15
8.63
Pencucian:
Porositas akhir
filtrasi (Po'), m
41
-
0.25
0.25
Porositas ekspansi
(Pe), m
42
-
0.42
0.42
Tinggi ekspansi (Le),
43
-
0.78
0.78
% Ekspansi
43
-
30.09
30.09
Headloss pencucian
(hLb), m
44
-
0.74
0.74
Kecepatan horizontal
(vh), m/detik
Kecepatan aliran di
outlet, m/detik
Hydraulic rate,
m/jam
m
m
m
13
Debit pencucian
3
(Qb), m /detik
45
-
0.67
0.67
Waktu detensi
pencucian (td), detik
-
-
900
900
Volume air
3
pencucian (Vb), m
45
-
600
600
-
Desinfeksi
-
1.16
0.93
Dosis desinfektan,
mg/l
Tujuan utama dari penggunaan bar screen adalah untuk memisahkan objek
yang besar, seperti kertas, plastik, logam, dan semacamnya (Qasim, 1998). Unit
bar screen di PT. KTI dilengkapi sistem pembersihan secara manual dengan
kemiringan dari sumbu horizontal () sebesar 75o. Desain awal bar screen dengan
debit 2 m3/detik memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain (Tabel
2), seperti kemiringan bar dari sudut horizontal, jarak antar bar, dan lebar bar.
Sand trap pada PT. KTI berfungsi sebagai bak pengendap pasir dan lumpur
yang ukurannya besar. Unit ini didirikan untuk mengurangi beban kekeruhan yang
diolah oleh unit selanjutnya. Hasil perhitungan waktu detensi (td) untuk debit 2
m3/detik dan 2.5 m3/detik belum memenuhi kriteria desain sebesar 120-300 detik.
Agar memenuhi kriteria desain, ketinggian air untuk debit 2 m3/detik perlu
ditingkatkan minimum menjadi 2.80 m, sedangkan ketinggian air untuk debit 2.5
m3/detik ditingkatkan minimum menjadi 3.50 m. Dengan demikian, ketinggian
bak minimum adalah 4.30 m (ditambah tinggi jagaan sebesar 0.80 m).
Empat buah pompa Centrifugal Horizontal (tiga pompa bekerja secara
paralel dan satu pompa sebagai cadangan) terletak pada Pump Station I Cidanau
berfungsi untuk mengambil air dari sungai Cidanau untuk diolah menjadi air
bersih. Kapasitas pompa 1000-3500 m3/jam dengan daya listrik 420-1000 kW.
Apabila ketiga pompa digunakan, air akan terhisap sebesar 0.83-2.92 m3/detik.
Untuk peningkatan debit mencapai 2.50 m3/detik, pompa tersebut sedikitnya harus
memiliki efisiensi sebesar 90%. Bila efisiensi pompa tidak mencapai 90%, maka
penambahan satu unit pompa sangat diperlukan, sehingga efisiensi pompa
minimal mencapai 65%. Performansi pompa dapat dievaluasi dari informasi yang
tertera pada kurva karakteristik oleh pabrik pembuat (Qasim, 2000).
Pada PT. KTI, unit koagulasi berada pada distribution chamber melalui
pencampuran menggunakan terjunan dengan ketinggian sebesar 3.50 m. Debit
yang masuk ke dalam tiap bak ditentukan, yaitu pada bak kesatu, kedua, dan
ketiga berturut-turut sebesar 0.29 m3/detik; 0.45 m3/detik; dan 0.37 m3/detik.
Distribusi aliran yang merata pada setiap bak dapat menyeragamkan nilai G dan t d
pada unit koagulasi. Yan, et al. (2009) menyatakan bahwa peningkatan intensitas
pengadukan (berhubungan dengan gradien hidrolik) hingga batas maksimum akan
meningkatkan penurunan nilai turbiditas (turbidity removal). Perhitungan untuk
peningkatan kapasitas air bersih dilakukan dengan tidak mengubah dimensi.
Perhitungan dengan impeller dilakukan sebagai alternatif proses pencampuran
14
untuk peningkatan kapasitas air bersih. Pengaduk yang digunakan berjenis radial
flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20) dengan nilai tenaga (Np) sebesar
3.30 dan diameter sebesar 0.70 m. Nilai G dan td yang digunakan sama seperti
proses hydraulic jump karena dimensi bak tidak berubah. Tenaga pengaduk untuk
kedua debit bernilai sama, yaitu sebesar 186.49 kW, sehingga putaran pengaduk
untuk kedua debit sebesar 14369 rpm. Menurut Sincero (2003), pengaduk kecil
memiliki putaran berkisar antara 1150-1750 rpm dan pengaduk besar sebesar 400800 rpm. Putaran impeller dari perhitungan ini belum memenuhi kriteria desain
menurut Sincero (2003), sehingga tidak memungkinkan untuk digunakan. Kondisi
ini disebabkan oleh saluran yang sempit, sehingga diameter pengaduk juga relatif
kecil.
Uji Jar (Jar Test) dilakukan setiap delapan jam untuk mengetahui dosis
optimum koagulan pada proses koagulasi. Setiap dosis yang digunakan akan
mempengaruhi pH dan turbiditas air. Dosis paling optimum berada pada kisaran
50-60 ppm untuk tahun 2011, dan 60-70 ppm untuk tahun 2012. Penetapan dosis
optimum dapat diketahui dari turbiditas yang relatif rendah dengan pH mendekati
netral. Selain itu, pemberian dosis yang semakin tinggi akan menyebabkan pH air
akan semakin rendah. Hal ini sesuai dengan penelitian Mirwan (2012) yang
menyebutkan bahwa penambahan koagulan aluminium sulfat akan menaikkan pH
pada dosis rendah dan akan menurunkan pH setelah pemberian dosis di atas 25
ppm. Dosis optimum yang digunakan PT. KTI berada pada rentang 50-70 ppm
belum memenuhi dosis berdasarkan penelitian Baghvand, et al. (2010), Zemmouri,
et al. (2012), dan Haydar, et al. (2010).
Unit flokulasi pada PT. KTI berada pada bangunan accelator bersama
dengan unit sedimentasi. Proses pengadukan pada unit flokulasi dilakukan secara
mekanik dengan impeller. Unit flokulasi berbentuk kerucut terpotong dengan
tinggi kerucut besar (t1) sebesar 7.95 m dan kerucut kecil (t2) 4.04 m. Jari-jari
kerucut besar (r1) sebesar 7.83 m dan kerucut kecil (r2) sebesar 5.25 m. Pada
bagian atas kerucut terdapat tambahan volume berbentuk tabung dengan tinggi (t)
0.96 m. Berdasarkan hasil perhitungan (Tabel 3), nilai G yang dihasilkan belum
memenuhi kriteria desain (Tabel 2) dan penelitian Cheng, et al. (2011).
Peningkatan putaran impeller dapat menaikkan nilai G hingga memenuhi kriteria
desain yang berlaku. Perhitungan peningkatan kapasitas air bersih dilakukan
dengan tidak mengubah desain yang telah ada. Perubahan yang dilakukan hanya
pada putaran impeller (n).
Air yang telah mengalami proses flokulasi akan diendapkan dalam proses
sedimentasi. Unit sedimentasi berbentuk sirkular dengan diameter atas sebesar 45
m dan diameter bawah sebesar 36.10 m, serta kedalaman sebesar 5.50 m. Debit
pada masing-masing accelator berturut-turut sebesar 806.40 m3/jam, 948.67
m3/jam; dan 1619.71 m3/jam. Nilai NRe dan NFr belum memenuhi kriteria desain
(Tabel 2), sehingga penempatan plate settler pada unit sedimentasi sangat
dibutuhkan.
Proses filtrasi pada PT. KTI berada pada Unit Green Leaf Filter. Penurunan
debit pencucian hingga batas kriteria desain sebesar 300 detik akan membuat
volume air pencucian menjadi 201 m3. Hydraulic loading rate pada unit filtrasi
disesuaikan oleh debit yang masuk sebesar 6 m/jam untuk debit 2 m3/detik dan
6.25 m/jam untuk 2.5 m3/detik, sehingga termasuk dalam saringan pasir cepat
(rapid sand filtration) (Castro, et al., 2004). Headloss yang dihasilkan dari
15
perhitungan lebih kecil dari penelitian Cakmakci, et al. (2008). Headloss yang
didapatkan langsung dari pengukuran dilapangan sebesar 0.50 m berbeda dengan
hasil perhitungan. Kondisi tersebut dapat disebabkan oleh media yang telah jenuh.
PT. KTI menggunakan klorin (Cl2) sebagai desinfektan. Unit desinfeksi
tidak memiliki bangunan khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada
pemberian dosis desinfektan. Selain itu, klorin dapat juga berfungsi sebagai
pengontrol rasa, bau, dan bau, pengkondisi media penyaring, penghilang besi,
mangan, hydrogen sulfide, dan warna (Qasim, et al., 2000). Klorin diberikan
dalam dua tahap. Tahap pertama diberikan secara terus menerus (continue
chlorine) untuk desinfeksi pada pipa setelah bak filtrasi dengan dosis sebesar 8,33
kg/jam. Tahap kedua berupa shock chlorine yang diberikan pada unit bak
distribusi, kanal setelah accelator, dan pipa setelah bak filtrasi. Dosis yang
diberikan sebesar 16,67 kg/jam selama satu jam. Betancourt (2004) menyatakan
bahwa dibutuhkan waktu dan dosis klorin yang lebih tinggi untuk membunuh
kista.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. PT. KTI memiliki unit pengolahan air mulai dari bar screen, sand trap,
koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Hasil evaluasi unit
bar screen menun jukkan bahwa kemiringan bar, jarak antar bar, serta lebar
bar masih belum memenuhi kriteria desain. Headloss saat terjadi clogging
sebesar 108 mm masih memenuhi kriteria desain sebesar 150 mm. Pada unit
sand trap, seluruh hasil perhitungan telah sesuai dengan kriteria desain,
kecuali td sebesar 900 detik yang masih di atas kriteria desain sebesar 300
detik. Tiga buah unit pompa digunakan untuk menghasilkan debit sebesar
0.83-2.92 m3/detik. Debit tersebut telah sesuai untuk peningkatan kapasitas
hingga 2.5 m3/detik. Pada unit koagulasi, nilai G sebesar 241.97-406.20 detik-1
telah memenuhi kriteria desain sebesar 150-1000 detik-1. Dosis optimum yang
digunakan sebesar 50-70 ppm. Pada unit flokulasi, nilai G yang dihasilkan
sebesar 0.04 detik-1 jauh berada di bawah kriteria desain sebesar 10-100 detik-1.
Pada unit sedimentasi, semua parameter telah memenuhi kriteria desain,
kecuali nilai td yang lebih besar dari kriteria desain. Pada unit filtrasi, semua
parameter telah memenuhi kriteria desain, kecuali nilai td pencucian yang
lebih besar dari kriteria desain. Unit desinfeksi tidak memiliki bangunan
khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada pemberian dosis
desinfektan. Dosis yang diberikan sebesar 1.16 mg/l masih memenuhi kriteria
desain.
2. Pada unit bar screen, sand trap, filtrasi, dan desinfeksi, desain untuk debit 2.5
m3/detik, sedangkan unit koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi dilakukan pada
debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Headloss pada bar screen saat terjadi
clogging sebesar 82.86 mm. Pada unit sand trap tinggi aliran minimum dibuat
menjadi 3.50 agar td sesuai dengan kriteria desain, sehingga ketinggian bak
minimum sebesar 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan pada unit pompa
harus memenuhi efisiensi sebesar 90% agar dapat memenuhi kebutuhan air
16
hingga 2.5 m3/detik. Apabila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut,
maka penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Pada unit koagulasi
digunakan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Gradien hidrolik yang
digunakan sebesar 700 detik-1. Pada pengadukan mekanik, impeller yang
digunakan berjenis radial flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20)
dengan nilai tenaga (Np) sebesar 3.30 dan diameter sebesar 0.70 meter.
Tenaga pengaduk yang dihasilkan sebesar 186.49 kW, sehingga putaran
pengaduk sebesar 14369 rpm. Desain unit flokulasi dilakukan dengan
mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm, sehingga nilai G menjadi 50
detik-1.Desain unit sedimentasi dilakukan dengan mengasumsikan
nilai %removal sebesar 98%. Nilai NRe dan NFr lebih besar dari kriteria desain,
sehingga pemasangan plate settler perlu dilakukan. Plate settler yang
digunakan sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate sebesat 0.05 m, tinggi
1 meter, dan lebar yang dapat disesuaikan dengan lebar bak. Pada unit filtrasi
dilakukan perhitungan untuk debit 2.5 m3/detik tanpa mengubah desain dan
susunan filter. Dosis yang diberikan pada unit desinfeksi sebesar 0.93 mg/l.
Saran
Penelitian lanjutan diperlukan untuk mengkaji penambahan plate settler
pada unit accelator. Penelitian ini berupa pembuatan reaktor sedimentasi dengan
dan tanpa plate settler untuk membandingkan % removal total padatan hasil
proses pengendapan dan mengetahui nilai surface loading. Reaktor tersebut dapat
dibuat dengan diameter sebesar 20 cm dan ketinggian sebesar 2 m.
DAFTAR PUSTAKA
Baghvand, A., Zand, A.B., Mehrdadi, N., Karbassi, A. 2010. Optimizing
Coagulation Process for Low to High Turbidity Waters Using Aluminum
and Iron Salts. American Journal of Environmental Sciences 6 (5): 442448, ISSN 1553-345X
Betacourt, W. Q., Rose, J. B. 2004. Drinking Water Treatment Processes for
Removal of Cryptosporidium and Giardia. Veterinary Parasitology 126
(219-234), doi:10.1016/j.vetper.09.002
Cakmakci, M., Kayuncu, I., Kinaci, C. 2008. Effects of Concentration, Filter
Hydraulic Loading Rates, and Porosities on Iron Removal by Rapid Sand
Filtration. Environmental Engineering Science 25 (5), doi:
10.1089/ees.0060
Castro, K, Logsdon, G, Martin, SR. 2004. High-Rate Granular Media Filtration.
Di dalam: American Water Works Association/American Society of Civil
Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. Amerika Serikat:
McGraw-Hill. hlm. Chapter 8.
Cheng, WP., Chang JN., Chen, PH., Yu, RF., Huang, YW. 2011. Turbidity
Fluctuation as a Measure of Floc Size in a Coagulation Pilot Study.
Desalination and Water Treatment. 30 (98-104), doi: 10.5004/dwt.1878
17
Darmasetiawan, Martin. 2001. Teori dan Perencanaan Instalasi Pengolahan Air.
Bandung: Yayasan Suryono.
Delphos, P.J., Wesner, G.M. 2004. Mixing, Coagulation, and Flocculation. Di
dalam: American Water Works Association/American Society of Civil
Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. New York:
McGraw-Hill. Chapter 6.
Haydar, S., Ahmad, H., Aziz, J.A. 2010. Optimization of CoagulationFlocculation in The Treatment of Canal Water. Environmental
Engineering and Management Journal 9 ( 11), 1563-1570.
Qasim, S.R. 1998. Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and
Operation. Boca Raton-Florida: CRC Press.
Qasim, S.R., Motley, E.M., Zhu, G. 2000. Water Works Engineering Planning,
Design, & Operation. Dallas-Texas: Prentice-Hall.
Reynolds, T.D., Rizhards, P.A. 1996. Unit Operation and Processes in
Environmental Engineering. Boston : PWS Publishing Company.
Sincero, Arcadio P., Sincero, Gregoria A. 2003. Physical-chemical Treatment of
Water and Wastewater. Boca Raton-Florida : IWA Publishing.
Willis, Jhon F. 2004. Clarification. Di dalam: American Water Works
Association/American Society of Civil Engineers. Water Treatment Plant
Design fourth edition. New York: McGraw-Hill. Chapter 7.
Yan, Mungquan, Liu, Hailong, Wang, Dongsheng, Ni, Jinren, Qu, Jiuhui. 2009.
Natural Organic Matter Removal by Coagulantion: Effect of Kinetics and
Hydraulic Power. Water Science & Technology: Water Supply-WSTWS
9.1.
Zemmouri, H., Drouiche, M., Sayeh, A., Lounici, H., Mameri, N. 2012.
Coagulation Flocculation Test of Keddara’s Water Dam Using Chitosan
and Sulfate Alumunium. Procedia Engineering, 33 (254-260),
doi:10.1016/j.proeng.01.1202.
18
Lampiran 1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution
Chamber)
a. Diagram pengujian Jar Test
b. Diagram pengukuran debit
19
Lampiran 2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
20
Lampiran 3 Diagram alir perhitungan unit sand trap
21
Lampiran 4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump
22
Lampiran 5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik
23
Lampiran 6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi
24
Lampiran 7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi
25
Lampiran 8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi
26
Lampiran 9 Gambar desain unit bar screen
Lampiran 10 Gambar desain unit distribution chamber
27
28
Lampiran 11 Gambar desain unit accelator
Lampiran 12 Potongan A-A unit accelator
29
30
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dengan nama Rizka Amalia pada 13 Februari 1992 di
Kota Jakarta. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dengan ayah
bernama Abdul Rachman dan ibu Sumiati. Penulis merupakan lulusan dari
Sekolah Menengah Pertama Negeri 7 Jakarta dan Sekolah Menengah Atas Negeri
26 Jakarta. Setelah lulus SMA, penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian
Bogor dengan jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan.
INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM
DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Evaluasi dan Desain
Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta
Industri adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2013
Rizka Amalia
NIM F44090027
ABSTRAK
RIZKA AMALIA. Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi
Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri. Dibimbing oleh ARIEF
SABDO YUWONO dan ALLEN KUNIAWAN.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok
kebutuhan air Kota Cilegon. Mengingat permintaan akan pasokan air terus
bertambah, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500
liter/detik. Penelitian ini bertujuan untuk mengevaluasi kondisi terkini instalasi
pengolahan air PT. KTI, serta mengkaji peningkatan kapasitas pengolahan
instalasi berdasarkan aspek proses dan desain. Penelitian dilakukan dengan dua
tahap, yaitu pengambilan data primer dan sekunder, serta analisis kalkulasi proses
dan desain. Unit pengolahan air di PT. KTI adalah bar screen, sand trap,
koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Unit bar screen didesain
dengan jumlah bar 40 buah dan lebar 6 mm. Pada unit sand trap, ketinggian bak
minimum menjadi 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan harus memenuhi
efisiensi sebesar 90%, bila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut,
penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Desain unit koagulasi
dilakukan dengan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Desain unit flokulasi
dilakukan dengan mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm. Pada unit
sedimentasi, plate settler didesain sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate
sebesar 0.05 m dan tinggi 1 m. Kesimpulan penelitian ini adalah hampir semua
unit memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain, dan desain
dibutuhkan pada unit bar screen, dan accelator.
Kata kunci: desain, evaluasi, kriteria desain, unit pengolahan air.
ABSTRACT
RIZKA AMALIA. Evaluation and Design of Increasing Drinking Water
Treatment Installation Capacity at PT. Krakatau Tirta Industri. Supervised by
ARIEF SABDO YUWONO and ALLEN KUNIAWAN.
PT. Krakatau Tirta Industri (PT KTI) has a rule as supplier of Cilegon
Municipality’s water needs. Considering the demand for water supply continues
to grow, PT. KTI intends to increase its capacity up to 2500 liters/sec. This study
aims to evaluate current condition of water treatment plant of PT. KTI, and to
review the increasing of installation capacity by process and design aspects. The
study is conducted in two stages, namely collecting primary and secondary data
and analyzing process and design calculations. Water treatment plant at PT. KTI
are bar screen, sand trap, coagulation, flocculation, sedimentation, filtration, and
disinfection. Bar screen unit was designed with 40 pieces bar and width of 6 mm.
Sand trap unit has minimum height of 4.30 m. Three pumps must have an
efficiency of 90%. If the efficiency doesn’t reach that value, then the addition of
at least one pump unit is needed. Coagulation unit design is carried out by
hydraulic jump and mechanical mixing. Flocculation unit design is done by
changing the impeller rotation to 32 rpm. On sedimentation units, plate settlers as
much as 891 pieces is designed with inter-plate distance of 0.05 m and height of 1
m. Conclusions of this study are almost all units have parameters that don’t meet
the design criteria, and design takes on the unit bar screen, and accelator.
Keywords: design, design criteria, evaluation, water treatment plant
EVALUASI DESAIN PENINGKATAN KAPASITAS
INSTALASI PENGOLAHAN AIR MINUM
DI PT. KRAKATAU TIRTA INDUSTRI
RIZKA AMALIA
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik
pada
Departemen Teknik Sipil dan Lingkungan
DEPARTEMEN TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi : Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi Pengolahan
Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri
Nama
: Rizka Amalia
NIM
: F44090027
Disetujui oleh
Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono, M.Sc.
Pembimbing I
Allen Kurniawan, S.T., M.T.
Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr. Yudi Chadirin, S.T.P., M.Agr.
Plh. Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya, sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Februari 2013 ini ialah
pengolahan air, dengan judul Evaluasi dan Desain Peningkatan Kapasitas Instalasi
Pengolahan Air Minum di PT. Krakatau Tirta Industri.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Ir. Arief Sabdo Yuwono,
M.Sc. dan Bapak Allen Kurniawan, S.T., M.T. selaku pembimbing, serta Bapak
M. Budi Saputra, S.T, M.Eng. yang telah memberikan saran dan bantuan selama
penulis berada di lapangan.. Di samping itu, penulis menyampaikan penghargaan
kepada pihak-pihak yang telah membantu selama pengumpulan data. Ungkapan
terima kasih juga disampaikan kepada orang tua, seluruh keluarga, dan temanteman atas segala doa dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pengembangan khasanah
pengetahuan di bidang pengolahan air minum. Saran dan masukan sangat
diharapkan guna memperbaiki kualitas dari karya ilmiah ini.
Bogor, Juni 2013
Rizka Amalia
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
1
Tujuan Penelitian
1
Manfaat Penelitian
1
Ruang Lingkup Penelitian
1
METODOLOGI PENELITIAN
2
Waktu dan Tempat Penelitian
2
Alat dan Bahan Penelitian
2
Tahapan Penelitian
2
Kualitas Air
3
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
4
Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku
4
Kualitas Air
4
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
7
SIMPULAN DAN SARAN
15
Simpulan
15
Saran
16
DAFTAR PUSTAKA
16
LAMPIRAN
18
RIWAYAT HIDUP
30
DAFTAR TABEL
1 Alat dan bahan penelitian
2 Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI
3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air
3
8
9
DAFTAR GAMBAR
1 Diagram alir penelitian
2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri
3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012
2
4
7
DAFTAR LAMPIRAN
1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution
Chamber)
2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
3 Diagram alir perhitungan unit sand trap
4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump
5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik
6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi
7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi
8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi
9 Gambar desain unit bar screen
10 Gambar desain unit distribution chamber
11 Gambar desain unit accelator
12 Potongan A-A unit accelator
18
19
20
21
22
23
24
25
26
26
26
26
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
PT. Krakatau Tirta Industri (PT. KTI) memiliki fungsi sebagai pemasok
kebutuhan air untuk kawasan industri dan PDAM Kota Cilegon. Perusahaan ini
sebelumnya merupakan unit penunjang kegiatan operasional PT. Krakatau Steel
(Persero) dalam bidang penyediaan air bersih. Kapasitas yang terpasang di unit
pengolahan air saat ini sebesar 2.000 liter/detik dengan penggunaan mencapai
60%.
Mengingat proyeksi kebutuhan air pada tahun 2017 mencapai 2300
liter/detik, PT. KTI berencana melakukan peningkatan kapasitas menjadi 2500
liter/detik. Penambahan debit tersebut diikuti oleh perubahan unit pengolahan
yang sesuai dengan debit air yang akan diolah. Atas dasar kondisi tersebut,
evaluasi kinerja instalasi diperlukan untuk mengetahui kondisi fisik instalasi.
Perumusan Masalah
Berdasarkan masalah tersebut di atas maka penulis membuat rumusan
masalah penelitian sebagai berikut :
1.
Apakah unit instalasi pengolahan air di PT. KTI dengan debit air saat ini
sudah memenuhi kriteria desain yang ditentukan?
2.
Apakah unit instalasi pengolahan air tersebut mampu mengolah air apabila
debit air sesuai dengan kapasitas awal sebesar 2000 liter/detik dan saat debit
air baku ditingkatkan menjadi 2500 liter/detik?
Tujuan Penelitian
1.
2.
Tujuan penelitian ini:
Mengevaluasi kondisi terkini unit Instalasi Pengolahan Air Minum PT. KTI.
Mengkaji desain peningkatan kapasitas pengolahan instalasi berdasarkan
aspek proses dan desain.
Manfaat Penelitian
1.
2.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini:
Sebagai dasar untuk melakukan perbaikan kinerja instalasi pengolahan air.
Memberikan rekomendasi teknis kepada PT. KTI dalam usaha peningkatan
debit air baku untuk pengolahan air bersih.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup dari penelitian ini difokuskan pada perbandingan kualitas air
berdasarkan baku mutu, perhitungan evaluasi dan desain unit instalasi pengolahan
air bersih. Perhitungan desain diharapkan tidak mengubah desain awal unit
instalasi pengolahan air bersih.
2
METODOLOGI PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di PT. KTI. Pelaksanaan penelitian dilakukan dua
tahap, yaitu tahap pertama pengambilan data primer dan sekunder selama bulan
Februari-April 2013, serta tahap kedua berupa analisis proses desain selama bulan
Maret-Mei 2013.
Tahapan Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan melalui beberapa tahapan, seperti yang tertera
pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir penelitian
3
Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain:
Tabel 1 Alat dan bahan penelitian
Alat
Bahan
Current Meter
Bahan-bahan kimia
Kalkulator dan alat tulis
Data sekunder berupa:
Seperangkat komputer
Kualitas air baku dan produksi
Software Microsoft Office, Auto Cad 2007
Jumlah penduduk terlayani
Turbidity Meter
Debit air baku dan air produksi
pH Meter
Dimensi tiap unit
Spectrofotometer
Denah IPAM
Coductivity Meter
Flocculator
Peralatan gelas
Kualitas Air
Data kualitas air baku dan air bersih berupa data sekunder yang diambil dari
laboraturium PT. KTI. Data tersebut dibuat menjadi grafik perbandingan antara
kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu. Grafik tersebut dapat menunjukan
kesesuaian kualitas air baku dan air bersih terhadap baku mutu kualitas air bersih
yang telah ditetapkan oleh pemerintah.
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
Evaluasi yang dilakukan terhadap bangunan intake dilakukan dengan
mengukuran dimensi bar screen dan kapasitas pompa yang digunakan, serta
terhadap desain, headloss, dan head di atas weir pada unit sand trap. Pada unit
koagulasi, evaluasi dan desain dilakukan pada proses pencampuran menggunakan
metode terjunan (hydraulic jump) dan pengadukan mekanik. Nilai gradien
kecepatan (G) dapat diperkirakan berdasarkan ketinggian terjunan dan waktu
detensi (td).
Proses flokulasi dan sedimentasi berada dalam satu bangunan berbentuk
sirkular yang disebut Accelator Clarifier. Evaluasi dapat dilakukan dengan
menghitung nilai gradien hidrolik (G) dan nilai bilangan Reynolds (NRe) (Qasim,
2000). Menurut Reynolds (1996), bilangan Reynolds (NRe), dan surface loading
(SL) perlu dievaluasi pada unit sedimentasi. Selain itu, Reynolds (1996)
menyatakan bahwa dalam evaluasi unit filtrasi perlu dilakukan perhitungan
headloss (hL) air yang melewati saringan (filter) menggunakan persamaan Rose.
Perhitungan hL membutuhkan data bilangan Reynolds (NRe) dan Drag Coefficient
(CD). Evaluasi dosis klorin (Cl2) pada unit desinfeksi dilakukan setelah evaluasi
unit filtrasi.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambaran Umum Proses Pengolahan Air Baku
PT. KTI melakukan pengolahan air baku menjadi air bersih dengan air baku
yang dialirkan Sungai Cidanau dan Waduk Krenceng. Proses pengolahan dapat
dilihat pada Gambar 2. Pertama, unit distribution chamber berfungsi sebagai
sarana dalam proses pembubuhan koagulan aluminium sulfat (Al2(SO4)3) yang
akan mengalami turbulensi antara air baku dan koagulan. Jenis koagulan
aluminium sulfat atau besi sulfat umum digunakan untuk mengentalkan padatan
tersuspensi dalam air. Koagulan tersebut murah dan aman, serta lumpur yang
dihasilkan mudah ditangani (Ismail, et al. 2012). Kedua, unit accelator sebagai
perpaduan unit flokulasi dan sedimentasi. Di dalam unit ini, flok yang terbentuk
dari proses koagulasi akan bergabung membentuk ukuran yang lebih besar,
sehingga flok lebih mudah diendapkan pada zona sedimentasi. Ketiga, unit
penyaring (filter) berfungsi sebagai sarana untuk penyaringan partikel halus yang
terbawa dari accelator, serta menghilangkan warna, turbiditas, dan kekeruhan.
Keempat, unit netralisasi dan desinfeksi dilakukan pembubuhan kapur dan klorin
secara simultan. Dan kelima, reservoir berfungsi sebagai media bak penampung
air bersih yang akan didistribusikan ke konsumen.
Gambar 2 Proses pengolahan air di PT. Krakatau Tirta Industri
Kualitas Air
PT. KTI melakukan pengujian kualitas air secara rutin setiap minggu.
Parameter yang diuji sesuai dengan baku mutu dalam Keputusan Menteri
5
Kesehatan Nomor 416 Tahun 1990 tentang Syarat-Syarat dan Pengawasan
Kualitas Air. Suspended solid (SS) tidak terdapat di dalam baku mutu, namun
parameter tersebut tetap dimasukkan karena penting untuk diketahui. Pada
Gambar 3, grafik perbandingan kualitas air baku dari parameter SS, warna, pH,
besi, sulfat, nitrat, dan nitrit dibuat dalam waktu pengukuran tiap minggu pada
tahun 2012.
Konsentrasi SS (mg/l)
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
50
60
Minggu keAir Baku
Air Bersih
(a) Parameter SS
1600
1400
Warna (TCU)
1200
1000
800
600
400
200
0
0
10
20
30
40
50
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(b) Parameter warna
Air Baku
60
pH
6
9.5
9.0
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
0
10
20
30
40
50
60
Minggu ke-
Air Baku
Air Bersih
Kep Menkes 416/90-max
Kep Menkes 416/90-min
(c) Parameter pH
Konsentrasi Besi (mg/l)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0
10
20
30
40
50
60
50
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
Air Baku
Konsentrasi Sulfat (mg/l)
(d) Parameter besi Kepmenkes
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
0
10
20
30
40
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(e) Parameter sulfat Kepmenkes
7
Konsentrasi Nitrat (mg/l)
12
10
8
6
4
2
0
-2
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(f) Parameter nitrat Kepmenkes
Konsentrasi Nitrit (mg/l)
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
-0.20
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
Minggu keKep Menkes 416/90
Air Bersih
(g) Parameter nitrit Kepmenkes
Gambar 3 Perbandingan kualitas air baku, air bersih, dan baku mutu tahun 2012
Evaluasi dan Desain Unit Pengolahan Air Bersih
Evaluasi unit pengolahan air bersih di PT. KTI dilakukan pada debit yang
telah diukur langsung, kecuali pada unit bar screen, sand trap, dan filtrasi
menggunakan debit sebesar 2 m3/detik. Desain pengolahan air setiap unit
menggunakan debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Diagram alir unit pengolahan
dari sand trap hingga filtrasi disajikan pada Lampiran 2-8. Kriteria desain dari
setiap unit dapat dilihat pada Tabel 2. Hasil perhitungan evaluasi dan desain dari
setiap unit dapat dilihat pada Tabel 3.
8
Tabel 2. Kriteria desain unit pengolahan air di PT. KTI
a. Unit bar screen
Sumber
Faktor Desain
Nilai
Kecepatan melalui bar
Lebar bar
Kedalaman bar
Qasim, et al.
Kemiringan bar dari sudut
(1998)
horizontal
Headloss diizinkan saat clogging
Headloss maksimum saat clogging
b. Unit sand trap
Sumber
0.30-0.60 m/detik
4-8 mm
25-50 mm
Gradien kecepatan (G)
Kondisi aliran
Waktu detensi (td)
Dosis Koagulan
d. Unit flokulasi
Faktor Desain
Gradien kecepatan (G)
Kondisi aliran
Waktu detensi (td)
e. Unit sedimentasi
Faktor Desain
Surface loading (SL)
Waktu detensi (td)
Kedalaman bak
150 mm
800 mm
Faktor Desain
Nilai
Kedalaman (d)
Panjang (p)
Qasim, et al.
Lebar (l)
(1998)
Rasio lebar/kedalaman
Rasio panjang/lebar
c. Unit koagulasi
Faktor Desain
45-60º
Qasim, et al.
(2000)
950 (1/dt)
20-30 detik
20 ppm
Qasim, et al.
(2000)
30 (1/dt)
30 menit
2-5 m
7.50-20 m
2.5-7
1:1-5:1
2.5:1-5:1
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
200-1000 (1/dt)
NRe > 10000
10000
8-12 menit
Delphos, et al.
(2004)
150-300 (1/dt)
30 detik
-
Delphos, et al.
(2004)
50 (1/dt)
18 menit
Qasim, et al.
(2000)
1.46 m/jam
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
0.50-1 m/jam
Willis, et al.
(2004)
1.20-3.70 m/jam
4 jam
>5 m
1-2 jam
2-5 m
600 detik
2.5 m
Surface loading (SL)
SL Pencucian air
Lama pencucian air
Ekspansi pencucian
Maksimum headloss (hL)
g. Unit desinfeksi
Sumber
Qasim, et al. (2000)
Nilai
Darmasetiawan
(2001)
7-12 m/jam
15-25 m/jam
180-300 detik
20-50%
-
Faktor Desain
Castro, et al.
(2004)
5-7.5 m/jam
37-56 m/jam
60-300 detik
20-50%
-
Nilai
Dosis Optimum
0.2-4 mg/l
Tabel 3 Hasil perhitungan evaluasi desain unit pengolahan air
Debit
Faktor Desain
Pers.
Awal
2 m3/detik
2.5 m3/detik
75
60
Kemiringan dari
sumbu horizontal, ⁰
-
Bar Screen
-
Jarak antar bar, mm
-
-
20
50
Jumlah bar
-
-
75
40
Lebar bar, mm
1
-
10
6
Kedalaman sebelum
bar (d1), m
2
-
2.03
2.03
Kecepatan sebelum
bar (v1), m/detik
2
-
0.6
0.55
Kedalaman saat
melewati bar (d2), m
3
-
2.04
2.04
Kecepatan saat
melewati bar (v2),
m/detik
3
-
0.43
0.54
Headloss(hL), mm
-
-
16.71
4.8
Kedalaman setelah
melewati bar (d3), m
4
-
2.02
2.04
Kecepatan saat
4
-
0.44
0.54
10
melewati bar (v3),
m/detik
Kedalaman saat
clogging 50% (d2'), m
5
-
2.37
2.19
Kecepatan saat
clogging 505 (v2'),
m/detik
5
-
0.37
0.5
Headloss saat clogging
50% (hL), mm
6
-
108
82.86
Kedalaman aliran (d),
m
-
Sand Trap
-
2.7
2.7
Panjang saluran (p), m
-
-
13.5
13.5
Lebar saluran (l), m
-
-
6.44
6.44
Luas permukaan
saluram (A), m2
7
-
86.94
86.94
Volume saluran (V),
m3
8
-
234.74
234.74
Kecepatan aliran (v),
m/detik
9
-
0.12
0.14
Waktu detensi (td),
detik
10
-
119.37
93.9
Headloss influent (hL),
m
11
-
0.01
0.01
Head di atas weir (H),
m
12
-
0.43
0.5
Luas melintang bak
(A), m2
13
Koagulasi
2.8
2.8
2.8
Volume bak, m3
14
7.42
7.42
7.42
Waktu detensi (td),
detik
15
16.62-25.57
11.67
8.90
Gradien kecepatan
(G), detik-1
16
261-324
700
700
-
0.36
0.36
0.36
Jari-jari hidrolik (R),
m
11
Kondisi aliran (NRe)
17
4.80x104-7.59x104
1.02x105
1.27x105
Headloss (hL), m
16
0.15
0.47
0.37
Volume bak, m
25
Flokulasi
476.93
476.93
476.93
Putaran impeller (n),
rpm
28
1.5
32
32
Tenaga (P), Watt
28
6.03x10-4
951.47
951.47
Waktu detensi (td),
menit
26
17.80-27.40
11.92
9.53
Gradien kecepatan
(G), detik-1
27
0.04
50
50
Kondisi aliran (NRe)
29
1.05 106
1.32 109
1.32 109
3
Sedimentasi
% Removal
30
92.97-98.23
98
98
Desain SL,
m3/m2.hari
30
23.29-46.78
69.32
86.65
Surface Loading
(SL), m3/m2.jam
32
0.99-2.10
2.95
3.68
Waktu detensi (td),
jam
33
3.97-7.98
2.68
2.14
Bilangan Reynolds
(NRe)
34
1075.51-2282.48
3208.42
4010.53
Bilangan Froude
(NFr)
35
2.44
10-9-1.10
10-8
10-8
2.17
10-8
3.40
Lebar plate (B), m
-
-
Disesuaikan
Disesuaikan
Tinggi plate (H),
m
-
-
1
1
Jarak antar plate (w),
m
-
-
0.05
0.05
Jumlah plate
-
-
891
891
Jari-jari hidrolik (R),
m
-
-
0.025
0.025
12
36
-
4.61 10-3
5.77 10-3
Bilangan Reynolds
(NRe)
-
-
25.54
31.92
Bilangan Froude
(NFr)
-
-
8.68 10-5
1.36 10-4
Jumlah pelimpah
-
1488
1488
1488
37
0.14-0.28
0.42
0.52
-
Filtrasi
-
6
6.25
Headloss pasir (hLP),
40
-
8.05
8.42
Headloss kerikil
(hLK), m
40
-
1.01
2.13
Headloss Total (hLT),
40
-
8.15
8.63
Pencucian:
Porositas akhir
filtrasi (Po'), m
41
-
0.25
0.25
Porositas ekspansi
(Pe), m
42
-
0.42
0.42
Tinggi ekspansi (Le),
43
-
0.78
0.78
% Ekspansi
43
-
30.09
30.09
Headloss pencucian
(hLb), m
44
-
0.74
0.74
Kecepatan horizontal
(vh), m/detik
Kecepatan aliran di
outlet, m/detik
Hydraulic rate,
m/jam
m
m
m
13
Debit pencucian
3
(Qb), m /detik
45
-
0.67
0.67
Waktu detensi
pencucian (td), detik
-
-
900
900
Volume air
3
pencucian (Vb), m
45
-
600
600
-
Desinfeksi
-
1.16
0.93
Dosis desinfektan,
mg/l
Tujuan utama dari penggunaan bar screen adalah untuk memisahkan objek
yang besar, seperti kertas, plastik, logam, dan semacamnya (Qasim, 1998). Unit
bar screen di PT. KTI dilengkapi sistem pembersihan secara manual dengan
kemiringan dari sumbu horizontal () sebesar 75o. Desain awal bar screen dengan
debit 2 m3/detik memiliki parameter yang belum memenuhi kriteria desain (Tabel
2), seperti kemiringan bar dari sudut horizontal, jarak antar bar, dan lebar bar.
Sand trap pada PT. KTI berfungsi sebagai bak pengendap pasir dan lumpur
yang ukurannya besar. Unit ini didirikan untuk mengurangi beban kekeruhan yang
diolah oleh unit selanjutnya. Hasil perhitungan waktu detensi (td) untuk debit 2
m3/detik dan 2.5 m3/detik belum memenuhi kriteria desain sebesar 120-300 detik.
Agar memenuhi kriteria desain, ketinggian air untuk debit 2 m3/detik perlu
ditingkatkan minimum menjadi 2.80 m, sedangkan ketinggian air untuk debit 2.5
m3/detik ditingkatkan minimum menjadi 3.50 m. Dengan demikian, ketinggian
bak minimum adalah 4.30 m (ditambah tinggi jagaan sebesar 0.80 m).
Empat buah pompa Centrifugal Horizontal (tiga pompa bekerja secara
paralel dan satu pompa sebagai cadangan) terletak pada Pump Station I Cidanau
berfungsi untuk mengambil air dari sungai Cidanau untuk diolah menjadi air
bersih. Kapasitas pompa 1000-3500 m3/jam dengan daya listrik 420-1000 kW.
Apabila ketiga pompa digunakan, air akan terhisap sebesar 0.83-2.92 m3/detik.
Untuk peningkatan debit mencapai 2.50 m3/detik, pompa tersebut sedikitnya harus
memiliki efisiensi sebesar 90%. Bila efisiensi pompa tidak mencapai 90%, maka
penambahan satu unit pompa sangat diperlukan, sehingga efisiensi pompa
minimal mencapai 65%. Performansi pompa dapat dievaluasi dari informasi yang
tertera pada kurva karakteristik oleh pabrik pembuat (Qasim, 2000).
Pada PT. KTI, unit koagulasi berada pada distribution chamber melalui
pencampuran menggunakan terjunan dengan ketinggian sebesar 3.50 m. Debit
yang masuk ke dalam tiap bak ditentukan, yaitu pada bak kesatu, kedua, dan
ketiga berturut-turut sebesar 0.29 m3/detik; 0.45 m3/detik; dan 0.37 m3/detik.
Distribusi aliran yang merata pada setiap bak dapat menyeragamkan nilai G dan t d
pada unit koagulasi. Yan, et al. (2009) menyatakan bahwa peningkatan intensitas
pengadukan (berhubungan dengan gradien hidrolik) hingga batas maksimum akan
meningkatkan penurunan nilai turbiditas (turbidity removal). Perhitungan untuk
peningkatan kapasitas air bersih dilakukan dengan tidak mengubah dimensi.
Perhitungan dengan impeller dilakukan sebagai alternatif proses pencampuran
14
untuk peningkatan kapasitas air bersih. Pengaduk yang digunakan berjenis radial
flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20) dengan nilai tenaga (Np) sebesar
3.30 dan diameter sebesar 0.70 m. Nilai G dan td yang digunakan sama seperti
proses hydraulic jump karena dimensi bak tidak berubah. Tenaga pengaduk untuk
kedua debit bernilai sama, yaitu sebesar 186.49 kW, sehingga putaran pengaduk
untuk kedua debit sebesar 14369 rpm. Menurut Sincero (2003), pengaduk kecil
memiliki putaran berkisar antara 1150-1750 rpm dan pengaduk besar sebesar 400800 rpm. Putaran impeller dari perhitungan ini belum memenuhi kriteria desain
menurut Sincero (2003), sehingga tidak memungkinkan untuk digunakan. Kondisi
ini disebabkan oleh saluran yang sempit, sehingga diameter pengaduk juga relatif
kecil.
Uji Jar (Jar Test) dilakukan setiap delapan jam untuk mengetahui dosis
optimum koagulan pada proses koagulasi. Setiap dosis yang digunakan akan
mempengaruhi pH dan turbiditas air. Dosis paling optimum berada pada kisaran
50-60 ppm untuk tahun 2011, dan 60-70 ppm untuk tahun 2012. Penetapan dosis
optimum dapat diketahui dari turbiditas yang relatif rendah dengan pH mendekati
netral. Selain itu, pemberian dosis yang semakin tinggi akan menyebabkan pH air
akan semakin rendah. Hal ini sesuai dengan penelitian Mirwan (2012) yang
menyebutkan bahwa penambahan koagulan aluminium sulfat akan menaikkan pH
pada dosis rendah dan akan menurunkan pH setelah pemberian dosis di atas 25
ppm. Dosis optimum yang digunakan PT. KTI berada pada rentang 50-70 ppm
belum memenuhi dosis berdasarkan penelitian Baghvand, et al. (2010), Zemmouri,
et al. (2012), dan Haydar, et al. (2010).
Unit flokulasi pada PT. KTI berada pada bangunan accelator bersama
dengan unit sedimentasi. Proses pengadukan pada unit flokulasi dilakukan secara
mekanik dengan impeller. Unit flokulasi berbentuk kerucut terpotong dengan
tinggi kerucut besar (t1) sebesar 7.95 m dan kerucut kecil (t2) 4.04 m. Jari-jari
kerucut besar (r1) sebesar 7.83 m dan kerucut kecil (r2) sebesar 5.25 m. Pada
bagian atas kerucut terdapat tambahan volume berbentuk tabung dengan tinggi (t)
0.96 m. Berdasarkan hasil perhitungan (Tabel 3), nilai G yang dihasilkan belum
memenuhi kriteria desain (Tabel 2) dan penelitian Cheng, et al. (2011).
Peningkatan putaran impeller dapat menaikkan nilai G hingga memenuhi kriteria
desain yang berlaku. Perhitungan peningkatan kapasitas air bersih dilakukan
dengan tidak mengubah desain yang telah ada. Perubahan yang dilakukan hanya
pada putaran impeller (n).
Air yang telah mengalami proses flokulasi akan diendapkan dalam proses
sedimentasi. Unit sedimentasi berbentuk sirkular dengan diameter atas sebesar 45
m dan diameter bawah sebesar 36.10 m, serta kedalaman sebesar 5.50 m. Debit
pada masing-masing accelator berturut-turut sebesar 806.40 m3/jam, 948.67
m3/jam; dan 1619.71 m3/jam. Nilai NRe dan NFr belum memenuhi kriteria desain
(Tabel 2), sehingga penempatan plate settler pada unit sedimentasi sangat
dibutuhkan.
Proses filtrasi pada PT. KTI berada pada Unit Green Leaf Filter. Penurunan
debit pencucian hingga batas kriteria desain sebesar 300 detik akan membuat
volume air pencucian menjadi 201 m3. Hydraulic loading rate pada unit filtrasi
disesuaikan oleh debit yang masuk sebesar 6 m/jam untuk debit 2 m3/detik dan
6.25 m/jam untuk 2.5 m3/detik, sehingga termasuk dalam saringan pasir cepat
(rapid sand filtration) (Castro, et al., 2004). Headloss yang dihasilkan dari
15
perhitungan lebih kecil dari penelitian Cakmakci, et al. (2008). Headloss yang
didapatkan langsung dari pengukuran dilapangan sebesar 0.50 m berbeda dengan
hasil perhitungan. Kondisi tersebut dapat disebabkan oleh media yang telah jenuh.
PT. KTI menggunakan klorin (Cl2) sebagai desinfektan. Unit desinfeksi
tidak memiliki bangunan khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada
pemberian dosis desinfektan. Selain itu, klorin dapat juga berfungsi sebagai
pengontrol rasa, bau, dan bau, pengkondisi media penyaring, penghilang besi,
mangan, hydrogen sulfide, dan warna (Qasim, et al., 2000). Klorin diberikan
dalam dua tahap. Tahap pertama diberikan secara terus menerus (continue
chlorine) untuk desinfeksi pada pipa setelah bak filtrasi dengan dosis sebesar 8,33
kg/jam. Tahap kedua berupa shock chlorine yang diberikan pada unit bak
distribusi, kanal setelah accelator, dan pipa setelah bak filtrasi. Dosis yang
diberikan sebesar 16,67 kg/jam selama satu jam. Betancourt (2004) menyatakan
bahwa dibutuhkan waktu dan dosis klorin yang lebih tinggi untuk membunuh
kista.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
1. PT. KTI memiliki unit pengolahan air mulai dari bar screen, sand trap,
koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi, dan desinfeksi. Hasil evaluasi unit
bar screen menun jukkan bahwa kemiringan bar, jarak antar bar, serta lebar
bar masih belum memenuhi kriteria desain. Headloss saat terjadi clogging
sebesar 108 mm masih memenuhi kriteria desain sebesar 150 mm. Pada unit
sand trap, seluruh hasil perhitungan telah sesuai dengan kriteria desain,
kecuali td sebesar 900 detik yang masih di atas kriteria desain sebesar 300
detik. Tiga buah unit pompa digunakan untuk menghasilkan debit sebesar
0.83-2.92 m3/detik. Debit tersebut telah sesuai untuk peningkatan kapasitas
hingga 2.5 m3/detik. Pada unit koagulasi, nilai G sebesar 241.97-406.20 detik-1
telah memenuhi kriteria desain sebesar 150-1000 detik-1. Dosis optimum yang
digunakan sebesar 50-70 ppm. Pada unit flokulasi, nilai G yang dihasilkan
sebesar 0.04 detik-1 jauh berada di bawah kriteria desain sebesar 10-100 detik-1.
Pada unit sedimentasi, semua parameter telah memenuhi kriteria desain,
kecuali nilai td yang lebih besar dari kriteria desain. Pada unit filtrasi, semua
parameter telah memenuhi kriteria desain, kecuali nilai td pencucian yang
lebih besar dari kriteria desain. Unit desinfeksi tidak memiliki bangunan
khusus, sehingga evaluasi yang dilakukan hanya pada pemberian dosis
desinfektan. Dosis yang diberikan sebesar 1.16 mg/l masih memenuhi kriteria
desain.
2. Pada unit bar screen, sand trap, filtrasi, dan desinfeksi, desain untuk debit 2.5
m3/detik, sedangkan unit koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi dilakukan pada
debit 2 m3/detik dan 2.5 m3/detik. Headloss pada bar screen saat terjadi
clogging sebesar 82.86 mm. Pada unit sand trap tinggi aliran minimum dibuat
menjadi 3.50 agar td sesuai dengan kriteria desain, sehingga ketinggian bak
minimum sebesar 4.30 m. Ketiga pompa yang digunakan pada unit pompa
harus memenuhi efisiensi sebesar 90% agar dapat memenuhi kebutuhan air
16
hingga 2.5 m3/detik. Apabila efisiensi pompa tidak mencapai nilai tersebut,
maka penambahan minimal satu unit pompa dibutuhkan. Pada unit koagulasi
digunakan pengadukan hydraulic jump dan mekanik. Gradien hidrolik yang
digunakan sebesar 700 detik-1. Pada pengadukan mekanik, impeller yang
digunakan berjenis radial flow-straight blade turbine-4 blade (w/d = 0.20)
dengan nilai tenaga (Np) sebesar 3.30 dan diameter sebesar 0.70 meter.
Tenaga pengaduk yang dihasilkan sebesar 186.49 kW, sehingga putaran
pengaduk sebesar 14369 rpm. Desain unit flokulasi dilakukan dengan
mengubah putaran impeller menjadi 32 rpm, sehingga nilai G menjadi 50
detik-1.Desain unit sedimentasi dilakukan dengan mengasumsikan
nilai %removal sebesar 98%. Nilai NRe dan NFr lebih besar dari kriteria desain,
sehingga pemasangan plate settler perlu dilakukan. Plate settler yang
digunakan sebanyak 891 buah dengan jarak antar-plate sebesat 0.05 m, tinggi
1 meter, dan lebar yang dapat disesuaikan dengan lebar bak. Pada unit filtrasi
dilakukan perhitungan untuk debit 2.5 m3/detik tanpa mengubah desain dan
susunan filter. Dosis yang diberikan pada unit desinfeksi sebesar 0.93 mg/l.
Saran
Penelitian lanjutan diperlukan untuk mengkaji penambahan plate settler
pada unit accelator. Penelitian ini berupa pembuatan reaktor sedimentasi dengan
dan tanpa plate settler untuk membandingkan % removal total padatan hasil
proses pengendapan dan mengetahui nilai surface loading. Reaktor tersebut dapat
dibuat dengan diameter sebesar 20 cm dan ketinggian sebesar 2 m.
DAFTAR PUSTAKA
Baghvand, A., Zand, A.B., Mehrdadi, N., Karbassi, A. 2010. Optimizing
Coagulation Process for Low to High Turbidity Waters Using Aluminum
and Iron Salts. American Journal of Environmental Sciences 6 (5): 442448, ISSN 1553-345X
Betacourt, W. Q., Rose, J. B. 2004. Drinking Water Treatment Processes for
Removal of Cryptosporidium and Giardia. Veterinary Parasitology 126
(219-234), doi:10.1016/j.vetper.09.002
Cakmakci, M., Kayuncu, I., Kinaci, C. 2008. Effects of Concentration, Filter
Hydraulic Loading Rates, and Porosities on Iron Removal by Rapid Sand
Filtration. Environmental Engineering Science 25 (5), doi:
10.1089/ees.0060
Castro, K, Logsdon, G, Martin, SR. 2004. High-Rate Granular Media Filtration.
Di dalam: American Water Works Association/American Society of Civil
Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. Amerika Serikat:
McGraw-Hill. hlm. Chapter 8.
Cheng, WP., Chang JN., Chen, PH., Yu, RF., Huang, YW. 2011. Turbidity
Fluctuation as a Measure of Floc Size in a Coagulation Pilot Study.
Desalination and Water Treatment. 30 (98-104), doi: 10.5004/dwt.1878
17
Darmasetiawan, Martin. 2001. Teori dan Perencanaan Instalasi Pengolahan Air.
Bandung: Yayasan Suryono.
Delphos, P.J., Wesner, G.M. 2004. Mixing, Coagulation, and Flocculation. Di
dalam: American Water Works Association/American Society of Civil
Engineers. Water Treatment Plant Design fourth edition. New York:
McGraw-Hill. Chapter 6.
Haydar, S., Ahmad, H., Aziz, J.A. 2010. Optimization of CoagulationFlocculation in The Treatment of Canal Water. Environmental
Engineering and Management Journal 9 ( 11), 1563-1570.
Qasim, S.R. 1998. Wastewater Treatment Plants: Planning, Design, and
Operation. Boca Raton-Florida: CRC Press.
Qasim, S.R., Motley, E.M., Zhu, G. 2000. Water Works Engineering Planning,
Design, & Operation. Dallas-Texas: Prentice-Hall.
Reynolds, T.D., Rizhards, P.A. 1996. Unit Operation and Processes in
Environmental Engineering. Boston : PWS Publishing Company.
Sincero, Arcadio P., Sincero, Gregoria A. 2003. Physical-chemical Treatment of
Water and Wastewater. Boca Raton-Florida : IWA Publishing.
Willis, Jhon F. 2004. Clarification. Di dalam: American Water Works
Association/American Society of Civil Engineers. Water Treatment Plant
Design fourth edition. New York: McGraw-Hill. Chapter 7.
Yan, Mungquan, Liu, Hailong, Wang, Dongsheng, Ni, Jinren, Qu, Jiuhui. 2009.
Natural Organic Matter Removal by Coagulantion: Effect of Kinetics and
Hydraulic Power. Water Science & Technology: Water Supply-WSTWS
9.1.
Zemmouri, H., Drouiche, M., Sayeh, A., Lounici, H., Mameri, N. 2012.
Coagulation Flocculation Test of Keddara’s Water Dam Using Chitosan
and Sulfate Alumunium. Procedia Engineering, 33 (254-260),
doi:10.1016/j.proeng.01.1202.
18
Lampiran 1 Metode pengukuran Jar Test dan debit unit koagulasi (Distribution
Chamber)
a. Diagram pengujian Jar Test
b. Diagram pengukuran debit
19
Lampiran 2 Diagram alir perhitungan unit bar screen
20
Lampiran 3 Diagram alir perhitungan unit sand trap
21
Lampiran 4 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan hydraulic jump
22
Lampiran 5 Diagram alir perhitungan unit koagulasi dengan pengadukan mekanik
23
Lampiran 6 Diagram alir perhitungan unit flokulasi
24
Lampiran 7 Diagram alir perhitungan unit sedimentasi
25
Lampiran 8 Diagram alir perhitungan unit filtrasi
26
Lampiran 9 Gambar desain unit bar screen
Lampiran 10 Gambar desain unit distribution chamber
27
28
Lampiran 11 Gambar desain unit accelator
Lampiran 12 Potongan A-A unit accelator
29
30
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan dengan nama Rizka Amalia pada 13 Februari 1992 di
Kota Jakarta. Penulis merupakan anak pertama dari dua bersaudara dengan ayah
bernama Abdul Rachman dan ibu Sumiati. Penulis merupakan lulusan dari
Sekolah Menengah Pertama Negeri 7 Jakarta dan Sekolah Menengah Atas Negeri
26 Jakarta. Setelah lulus SMA, penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian
Bogor dengan jurusan Teknik Sipil dan Lingkungan.