6. SEDIMENTASI DALAM AIR LIMBAH

  UNIT

SEDIMENTASI

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

  Email: nieke@enviro.its.ac.id

SEDIMENTASI AIR LIMBAH

  SEDIMENTASI I 

  TUJUAN : TUJUAN :

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

   EFISIENSI REMOVAL : EFISIENSI REMOVAL :

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

  5 

  

Padatan terendapdikumpulkan o/scrapper

mekanis hoppersistem pengolahan lumpur

  

PEMBAGIAN ZONA SEDIMENTASI I

ZONA SEDIMENTASI I DIBAGI ATAS : a. ZONA INLET  tempat memperhalus transisi aliran dari aliran influent ke aliran steady uniform di zona pengendapan b. ZONA OUTLET  tempat memperhalus transisi dari settling zone ke aliran effluent.

c. ZONA LUMPUR tempat menampung material yang diendapkan berupa lumpur endapan

  

ZONA PENGENDAPAN  tempat berlangsungnya

proses pengendapan (pemisahan) partikel dari air baku,

  BAK SEDIMENTASI I

  

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

v _H v _S

  BENTUK : 

  RECTANGULAR 

  CIRCULAR

BAK SEDIMENTASI (CIRCULAR&RECTANGULAR) TERDIRI ATAS:



  Horizontal flow 

  Solids contact 

  Inclined surface FAKTOR DESAIN : 1. Waktu Detensi (td) td = V / Q 2. Over Flow Rate (So) So = Q / As

3. EFISIENSI REMOVAL (XR)

  Xr = Vs / ( Q /A ) KETERANGAN :

  2 As = luas permukaan (m ) So = over flow rate (m/s)

  3 V = Volume bak (m )

  3 Q = debit(m /s) Xr = efisiensi removal

Vs = Kecepatan pengendapan (m/s)

KRITERIA DESAIN KRITERIA DESAIN

  1. Bentuk segi empat dengan panjang: lebar = 1:2

  2. Kedalaman bak = 1-3 m

  3.Jumlah bak = minimum 2 bak

  4.Waktu detensi = 1-3 jam

  5.Slope dasar saluran = 1-2%

  6.Nre aliran < 2000 agar aliran laminer

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

  8.Nre partikel < 0,5 untuk pengendapan partikel

  9.Vh < Vsc agar tidak terjadi penggerusan

  10.Freeboard = 30-50 cm

  11.Weir Loading = 9-13 m3/m.dt (Sumber: Al-Layla “ Water Supply Engineering”)

  

KRITERIA DESAIN BP I RECTANGULER

Rectangular Kriteria Disain Range (m) Tipikal Kedalaman 3.05 – 4.6 m 3.66 m Panjang 15.24 – 91.44 m 24.4 – 39.6 m Lebar 3.05 – 24.4 m 4.88 – 9.75 m Flight speed 0.61 – 1.22 m/mnt 0.91 m

  (Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991)

  

KRITERIA DESAIN BP I CIRCULAR

Rectangular Kriteria Disain Range (m) Tipikal Kedalaman 3.05 – 4.6 m 3.66 m Diameter 3,05 – 60,96 m 12,2–45,72 m Slope Dasar 0,75 - 2,0 in/ft 1 in/ft Flight Travel 0.02 – 0.05 m/mnt 0. 03 m/mnt speed

  (Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991)

SLUDGE COLLECTION

  TEST KOLOM

• •TUJUAN Mengetahui efisiensi removal pengendapan

• KETENTUAN :

   1. Diameter kolom = 20 cm

   2. Tinggi kolom = 2 – 4 m 3. waktu detensi = 2 – 3 jam

   4. Titik sampling berada pada dasar kolom

  

TABEL CONTOH TEST KOLOM PRASEDIMENTASI

Lama Sampling Kec. Pengendapan Fraksi tersisa

(jam) (mm/dt) (%)

  0.5

  0.35

  40

  1

  0.6

  50

  1.5

  0.8

  59

  2

  1.2

  65

  2.5

  0.12

  18

  3

  0.24

  30

  3.5

  0.3

  35

  4

  0.4

  43

  4.5

  0.2

  21

  5

  0.15

  22

  5.5

  0.18

  25

  6

  0.23

  37 (Sumber: Percobaan Laboratorium)

  _{64 72 66 68 70} KURVA TEST KOLOM _{52 54 56 58}

  62 _{48 60 50 O M 32 36 34 38 42 44}

  46 _{40 L G G I K O 18 22 24 26 28 16 20}

  30 _{T IN 12}

  14 _{10 2 4 6 8} 0,2 0,4 0,6 0,8

_{KEC. MENGENDAP (MM/DT)}

^{1 1,2 1,4}

  Contoh : Dari kurva sebelumnya, diambil contoh

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

  Tabel Perhitungan luas Area Fraksi berat Kecepatan Luas Area (dxi) (Vxi) (dxi x Vxi) Total Area 0,1 0,035 0,0035 0,0035 0,1 0,125 0,0125 0,016 0,1 0,18 0,018 0,034 0,1 0,29 0,029 0,063 0,1 0,47 0,047 0,11 0,1 0,74 0,074 0,184

  Rumus Efisiensi pengendapan :

  Vo Vxi dxi  .

  Tabel Perhitungan Efisiensi Pengendapan

   ^dxixVxi Fraksi tersisa Vo

  X _T 40 0,35 0,063

  78 50 0,57 0,11

  69 60 0,92 0,184

  60

  (Sumber: Hasil Perhitungan)

   dxixVxi

  X _T = 1- Xo +

  Kurva 5.2 Efsiensi Pengendapan _{76 78 82 84 80} KURVA EFISIENSI PENGENDAPAN _{ig s n e}

  74 _{62 64 66 68 58 56 72 70 60 75 % s ie n fi d 44 46 48 52}

  54 _{42 36 38 50 40 %} E _{24 26 28 32} ³⁴ _{22 16 18 30 20 12}

  14 _{10 6 8 4 2 0,42} 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 _{K ec . M en gen dap ( mm/ dt )} ¹ Dari kurva tersebut dipilih efsiensi design

  sebesar 75% sehingga diperoleh kecepatan pengendapan pada bangunan pengendap yang diharapkan adalah 0,42 mm/dt

  PERENCANAAN SEDIMENTASI TAHAP I

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

  settling basin of varying effectiveness “ - Fair dan

  Geyer, 1998 - diperoleh nilai sebesar 1.8

  t Vo 1 .

  8   Q td

  A t Q Vo   td A 1 .

  8 t Q _{ 4}

  . 233 . mm / dt 2 . 33 . 10 . m / dt   

  Direncanakan :

• jumlah bak = 2 bak
• Q total= 180 L/dt = 0. 18 m3/dt
• Q per-bak = 0. 18/2 = 9. 10-2 m3/dt

  1. ZONA INLET

   a. saluran Pembawa Q = 0.18 m3/dt V = 0,6 m/dt Lebar (b) :Tinggi (h) = 2 : 1 Tinggi saluran = 0,6 m

  Q ,

  18 , 3  

   A =  A = b.H = 2h.h

  V ,

  6 ₂

   0,3 = 2h h = 0,4 m, b = 0,8 m

SALURAN PEMBAWA DIMENSI BAK

  Q _{ 4} 2 , 33 . 10 m / dt 

  Q per-bak = 9. 10-2 m3/dt dan

  A ₂ A = Q = 9. 10-2 m3/dt = 386 m

• _-4 2,33.10 2,33 . 10-4 t/td = 1,8  t = S / V td = t / 1,8 = 4000 / 0,42 = 2,6 jam / 1,8

  VOLUME :

  V = Q x td

• _-2
₃ = 9. 10 m /dt X 1,44 jam X 3600 detik/jam ₃

   = 466 m /detik

  L : B = 2 : 1  A = panjang X lebar = L X B ₂ = 2B X B = 2B ₂ 386 = 2B  B = 13,89 ≈ 14 m  L = 2B = 2 X 14 m = 28 m H air Volume = 466 = 1,2…........Ok! Luas 386  freeboard = 0,3 m  Sehingga, h air = 1,2 + 0,3 = 1,5 m

Sehingga, dimensi Bak Sedimentasi I  Panjang = 28 m

 Lebar = 14 m

 Tinggi = 1,5 m

  KECEPATAN HORIZONTAL (V ) _H

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

  KONTROL NRE ALIRAN :

• _-6

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

  

   g = 9,81 m/dt

  V R _h.

  Nre aliran = Vh= kecepatan horisontal (m/s)

  

   R = jari-jari hidrolis (m) = Luas basah / keliling basah = ( b.h ) / ( b + 2h) = ( 14 X 1,2 ) / ( 14 + 2 (1,2)) R = 1,02 m N = 0,0054 X 1,02 = 6859,3 ........> 2000  Tidak memenuhi _Re

  KONTROL NFR :

2 V

  NFr = h g . R _{ 3 2}

  = ( 5 , 4 . 10 ) 9 ,

  81 . 1 , _{-6 -5}

  02 = 2,914. 10 < 10 (Tidak Memenuhi Kriteria) Agar Nre dan NFr sesuai kriteria & agar aliran dapat bersifat LAMINER

  

 bak pra sedimentasi dilengkapi dengan perforated wall

yang terbuat dari pelat baja”

PERFORATED WALL

  1,2 m 14 m

  Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m, Lebar perforated Wall = 1,2 m Diameter lubang perforated (d) = 0.2 m  _{2 2} 

  (0,2) Luas @ lubang(A1) = ¼ = 0.0314m Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2 ₂ A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m

  Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m Lebar perforated Wall = 1,2 m ₂ Diameter lubang perforated (d) = 0.2 m  Luas @ lubang(A1) = ¼ π D ₂

= 0.0314m

Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2 ₂ A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m Jumlah lubang (n)= = = 214 lubang _{A A 2 1 , 0314}

_{6 ,}

₇₂ Rencana perforated wall : 27 baris (tiap baris berisi 5 lubang)

  14 Jarak horizontal = = 0,5 m

  27

  1  1 ,

2 Jarak vertikal = = 0,24 m

  5

  1  _{Jarak vertikal} Jarak horizontal

  JARAK ANTAR LUBANG Q per-lubang = 214 09 ,

  = 4,2.10

• ^-4 m
³ /dt Kecepatan lubang = ₁

  . lubang per A Q

   = 4,2 . 10

• ^-4 m
³ /dt = 0,013 m/s 0,0314 m ² Kontrol NRe aliran  NRe = =32,86<2000=Ok! Kontrol NRe partikel   . .

  . lub d Q ang pe ₆ ⁴ , 803 10 . .

  . 2 , 10 .

  2 ,

  _ 4 _ ^ 5 .

  ) 1 ( .

  18 . _{  } ^ _{  } ^ _{ } Ss g Vs dp

   ^{5 . 6 3 ) , 803 10 . . 1 65 , 2 (}

¹⁸

^{. 81 ,  9 10 . 42 ,          }

  Nre partikel = = = 0,01  < 0,5…Ok!

  V _w ^{S w} _SC   

  8 _{  } ^ _{  } ^{ } _{ } x x

  81 , 9 . . 05 ,

  1 65 , 2 03 ,

  1

  1

  95 ,

    = 0,05 , λ = 0,03 , ρ _s = 2,65, ρ _w = 1 5 . ₅ 10 .

    xdp x g

  NRe partikel Ok Vs = 0,42 m/s dapat digunakan untuk mengecek efisiensi pengendapan KONTROL KEC.PENGGERUSAN (VSC) : Vsc = 64,8.10

• ^-3  > 0,42.10 ^-3

     

  8    

  . .

   _{5 .}

  10 . 95 , 1 .

10 .

42 , _ ^{ }

  Vs. dp ₆ ^{5 3} , 803 10 .

   m/s…Ok, tidak terjadi penggerusan 

  V _SC

  KONTROL APABILA 1 BAK DICUCI ₃ Q per bak = 0,18 m /s _{3 -4}

  Q per lubang perforated wall = 0,18 m /s = 8,41 .10 214

• _-4 NRe aliran = Q per lubang = 8,41.10 _-6

   π.d.ν π.0,2.0,803.10 = 1667< 2000..Ok! NRe partikel = tetap, Vsc = tetap

  2. ZONA PENGENDAPAN

2. ZONA PENGENDAPAN

  Direncanakan: Efisiensi removal = 75,5% Konsentrasi Suspended Solid = 200 mg/l Diskret dan grit = 90% x Konsentrasi Suspended Solid = 180 mg/l Berat jenis sludge = 1,02 kg/l Partikel terendapkan = 75,5% x 180 mg/l = 135,9 mg/l = 0,1359 kg/m3

  Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan = 0,09 m3/dt x 0,1359 kg/m3 = 0,0122 kg/dt = 1056,76 kg/hari Volume sludge = volume solid + volume air = , Ms : Ma = 95 :5

  M M _{s a}  Ma = 19 Ms 

    _{s a}

   =

  M 1 1056 ,

  76

  1 _{s  }  

  19

  19       

  Ss 1000 2 ,

  65  _a ³    

   = 20,5 m /hari Direncanakan periode pengurasan = 3 hari sekali _3/ volume sludge = 3 hari X 20,5 m hari ₃

   = 61,5 m

  DIMENSI RUANG LUMPUR SBB : _{6 m 14 m A 2} Ruang Lumpur A _{2 2 m}

  3 m Luas Bawah (A1) direncanakan B = 3 m ₂ L = 2 m sehingga A1 = 6 m Luas Atas (A2) direncanakan B = 6 m ₂ L = 14 m sehingga A2 =84 m Volume Ruang Lumpur (V) adalah:

  1 . t .( A A A xA ) ₁   _{2 1 2} V =

  3

  1 . t .(

  6

  84 6 x 84 )   61,5 =

  3 184,5 = t. 122.45  t = 1,5 m

  _{h m} 0,4 b _{t w} Penampang weir Penampang weir

  Lay Out Weir Lay Out Weir

  Lw = (2.0,2) + B +(2.0,5) +4.K 36 = 0,4 + 13,6 + 1+ 4.K K = 5,3 m Tinggi muka air weir: _3/2 Q = 1,84.b.h _{3/2 3/2}

  0,09 = 1,84.0,2.h  h = 0,24  h = 0,39 m

PERENCANAAN INTAKE TAHAP II

  Jumlah bak = 2 bak Q total = 250 L/dt ₃ = 0,25 m /dt ₃ Q per-bak = 0,125 m /dt

  Saluran Pembawa Rencana desain: ₃ Q = 0.25 m /dt V = 0,6 m/dt Lebar(b)= 0,8 m(sesuai tahap I) Tinggi saluran (h) = 0,6 m A = Q / h ₃

   = 0,25 m /dt / 0,6 m ₂ A = 0.42 m  A = b . H _air  0,42 = 0,8 . H _air

   H = 0,525 m _air

PERFORATED WALL

  ₂ Perencanaan Tahap I  ∑lubang = 214, @ d=0,2 m, A 0,0314 m _{3 -5 lubang 3} Perencanaan Tahap II Q @ lubang = 0,125 m /s = 5,84.10 m /s 214 ₃ Kec.aliran pada lubang = Q@lubang = 5,84.10-5 m /s = 0,0186 m/s ₂ A@lubang 0,0314 m ₄ Kontrol Nre aliran  5 , 84 .

  10 _{ 6} NRe = = 1158  < 2000, Ok! . , 2 . , 803 .

  10  . ⁵ Kontrol Kecepatan Penggerusan (VSC) _ 2 ,

  65 _

  1 8 . , 05 . 9 , 81  _{ 5} V x x ,1 _{SC   } 95 .

  10 _{ } ,

  03

  1 = 64,8.10-3  > 0,42.10-3 m/s…Ok, tidak terjadi penggerusan

  Kontrol Nre partikel _{  3 5} , 42 .

10 .

1 , 95 .

10 Vs. dp

  

NRe partikel = = = 0,01..< 0,5 Ok!

_{ 6}

, 803 .

  10 

ZONA PENGENDAPAN

  Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan _{3 3} = 0,125 m /dt x 0,1359 kg/m = 0,017 kg/dt = 1467,72 kg/hari

  Volume sludge = volume solid + volume air M M _{s a}

  =  Ms:Ma = 95:5 sehingga Ma = 19 Ms _{  s a } = M _{s  } 1 1467 ,

  72 _{ }

  1 _{ Ss 1000       }

  19

  19 _{a   3/  } 2 ,

  65 = 28,44 m hari

  LANGKAH-LANGKAH PERENCANAAN BP I CIRCULAR

1. Analisa Lab :

• • Ditentukan tes kolom pengendapan dari analisa laboratorium

• Dibuat grafik isoremoval
• Diperoleh nilai : td = td x faktor desain ( 1,75 ) (Fyer,Geyer & Okun) Vo = Vo x faktor desain ( 0,65 ) (Fyer,Geyer & Okun)
• Dicari Vo tiap % removal Vo = H / tc →
• Dicari td tiap % removal
• Dicari total fraksi tiap removal

  H H _{2 1} R R R R ......

  Rt = Re ±      D c   E D 

  H H Dibuat grafik : Fraksi removal vs td

  Fraksi removal vs OFR

  2 . Kriteria Desain : _ OFR = 40 m

³

/m _ ² .hari Solid loading = 1,5 – 34 kg/m _ ² .hari Kedalaman = 3 – 6 m _ Diameter = 3 – 60 m _ Kedalaman analisa settling > 1,5 m

3. Debit (Q) : Direncanakan : ∑ bak = 4 buah Q total (Qave) = 0,224 m

  ³ /s Q tiap bak = 0,056 m ³ /s

4. Luas Permukaan (A surface) A surface = Q tiap bak / OFR = 0,056 m

  ³ /detik / (40 m ³ /m ² .hari / 86400 detik/hari) = 120,96 ≈ 121 m ²

  5. Menentukan diameter bak pengendap : _{2 2 2} As = ¼ . Π. D  121 m = ¼ Π. D  D = 12,4 m

  6. Cek OFR OFR = Q tiap bak / A OFR dicocokkan dengan kriteria desain yang sudah ada, if OK=real dimension

  7. Menentukan volume bak Volume = Q x td ( td yang dipakai adalah td desain )

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

desain) _3/ Contoh : digunakan td = 1 jam  volume = 0,056 m dt x 3600 dt/jam ₃ = 201,6 m

  8. Menentukan Kedalaman Bak (H) H = Volume / Asurface _{3 2} = 201,6 m / 121 m = 1,66 m

  9. MENENTUKAN DIAMETER PARTIKEL TERKECIL YANG

  DAPAT MENGENDAP _{2 1}

   18 xVsx   d

     1 ( Ss 1 )  ²

    Ss 1 g

    

    . g . . dp

  18  keterangan :

   Vs = kecepatan pengendapan partikel = viskositas ₂ g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/s )

  Ss = Specific gravity

  10. Menentukan Kecepatan Scouring ( Vsc ) _{1 2}  8 k ( Ss 1 ). g . d  

  Vsc      f

    Keterangan : ƒ = 0, 02 , k = 0,05

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

  SISTEM INLET CLARIFIER Q = 0,056 m3/detik Direncanakan :

Q , 056

  2 A , 093

  

v = 0,6 m/detik  m v ,

  6

  4 A 4 , 093

 

D

  ,

  34     

  2

  2 Cek V : A = ¼ π D  ¼ π (0,34) = 0,0907 ≈ 0,9 m V = Q / A

  

3

  2

= 0,056 m /s/0,9 m =0,63…Ok

Jika direncanakan panjang pipe inlet = 12 m,

_{1 , 85}

  , 056  

SISTEM EFFLUENT CLARIFIER

  

Direncanakan : effluen dengan V-notch

pada weir ( = 90o) yang dipasang di sekeliling clarifier.

  3 Q = 0,056 m3/dt = 4838,4 m /hari PANJANG WEIR TOTAL : L weir=  x D =  x 12,4 m = 38,9 m

  Direncanakan : ₃ Weir loading rate = 250 m /m hari Jarak antara pusat V-notch = 0,2 m Maka : Total jumlah V-notch = 38,9 m / 0,2 = 195 buah ₃

• _-4 Q tiap V-notch = 0,056 m /detik / 195 = 2,87 x 10
₂ m /detik _{2 5 4 - 2 5}

         

  Q 2,87 x

  10 Tinggi air di V-notch (H): _{15 15}   

       H

  , 014 m  ^{8  }

^{8 }

  

       

  Cd tan

  45 2 g , 584 tan

  45

  2 9 ,

  81     

       

  SALURAN OUTLET PENAMPANG :

  Pipa outlet clarifir = pipa inlet clarifir dengan diameter

   = 0,3 m Q = 0,056 m3/detik Direncanakan : v = 0,3 m/detik, m

  Q , 032 A , 186    v ,

3 Direncanakan lebar saluran = 0,3 m, maka

  kedalaman saluran:

  A , 186 h , 62 ,

  6 _sal     b ,

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

  0,9 m

  PIPA PENGURAS LUMPUR / SLUDGE ₃ Misal Q lumpur yg teremoval = 5 m /hari

  Direncanakan : Waktu pengurasan = 5 menit =

  

3

5 m ₃ Q dalam pipa = , 017 m / dt

   300 dt Q , 017 A , 017

    

  V = 1 m/s 

  v

1 Diameter pipa (D) :

  4 A 4 , 017   D , 147 ,

  15    

   m = 150 mm

   

  Cek Kecepatan (V) :

  2

  2

  1

  , 15 , 0177 m2        4  D

4 

1 A

  Q , 017 v ,

  96    A , 0177

  DIRENCANAKAN PANJANG PIPA (L) SLUDGE 20 M, MAKA : _{1 , 85}

  , 017   Hf

  20 , 142      _{2 , 63} , 2785 130 , 15  

   

  VOLUME RUANG LUMPUR (V) ADALAH: V =

  1 . t .( A A A xA ₁   _{2 1 2}

  3

  1

  61,5 =  t = 1,5 m

  . t .(

  6

  84 6 x 84 )  

3 Waktu pengurasan = V ruang lumpur/ Volume

  Sludge = 61,5 / 28,44 = 2,16 hari ≈2 hari

  Zona Outlet Direncanakan: ₃

• _-3

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

  m /m.jam Lebar Weir (b) = 0,2 m Tinggi weir = 0.4 m Tebal dinding wiir (tw)= 0,05 m Lw = (2.0,2) + B +(2.0,5) +4.K 36 = 0,4 + 13,6 + 1+ 4.K K = 5,3 m (TAHAP I) Tinggi muka air wiir: _3/2 Q = 1,84.b.h

  , 125 1 , 84 . ,

  2

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