IKA ESTU RAHMAWATI (03211950020005)

DESAIN DAN EVALUASI SISTEM PENYEDIAAN AIR MINUM
Dr. ALI MASDUQI, S.T, M.T
UPRATING KAPSITAS MAKSIMUM UNIT PENGOLAHAN
INSTALASI AIR MINUM KOTA MOJOKERTO
IKA ESTU RAHMAWATI
03211950020005
DEPARTEMEN TEKNIK LINGKUNGAN
Fakultas Teknik Sipil, Lingkungan, dan Kebumian
Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Surabaya
2020
1. Kualitas dan Kuantitas Air Baku
Karakteristik Air Baku yang digunakan untuk memenuhi seluruh kebutuhan air minum di daerah
perencanaan diperoleh dari air sungai dengan cara sistem pemompaan ke Instalasi
Pengolahan Air Minum. Kualitas dan kondisi air baku untuk pengolahan air minum pada
bangunan perencanaan ini, sebagai berikut:
• Kekeruhan = 350 NTU
• Debit Pengolahan = 671,08 L/s
• Beda tinggi muka air minimum sungai terhadap muka tanah di IPAM = 6 m
(LWL = +16 m, muka tanah di IPAM = +22 m)
• Jarak IPAM ke sungai = 240 m
Untuk mengevaluasi keefektifan suatu unit IPA seharusnya dilakukan analisis laboratorium
untuk mengetahui persen removal dan kualitas air yang diolah. Namun pada pembahasan kali
ini kualitas air hanya dihitung berdasarkan persentase removal menurut literatur. Pemeriksaan
kualitas air berdasarkan baku mutu Permenkes No. 492 Tahun 2010. Berdasarkan hasil uji
kualitas sumber air baku, hanya parameter kekeruhan yang melebihi baku mutu. Maka berikut
ini adalah baku mutu untuk parameter kekeruhan.
Tabel 1 Standar Kualitas Air Baku Air Minum
Parameter
Kekeruhan
Satuan
NTU
Baku Mutu
5
Sumber : Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010
Berikut ini adalah persentase removal kekeruhan berdasarkan literatur.
Tabel 2 Efisensi Removal Kekeruhan Tiap Unit Pengolahan
Unit Pengolahan
Screen
Prasedimentasi
Koagulasi-Flokulasi
Sedimentasi
Rapid Sand Filter
Kekeruhan
0
65-801
0
90-992
871
Sumber :1 Fair, GM Geyer. Water & Wastewater Engineering 3rd Edition
2
Ir. Gogh Yudihanto, MSc, 2013
Berikut ini adalah perhitungan efisiensi removal unit pengolahan yang digunakan
Tabel 3 Efisiensi Removal Unit Pengolahan
Unit Pengolahan
Para
meter
mg/L
Kara
kteris
tik
Air
Baku
Baku
Mutu
Keke
ruhan
350
5
Intake
Pra
sedimentasi
KoagulasiFlokulasi
Sedimentasi
Rapid Sand
Filter
Rem
oval
(%)
Hasil
Akhir
Rem
oval
(%)
Hasil
Akhir
Rem
oval
(%)
Hasil
Akhir
Rem
oval
(%)
Hasil
Akhir
Rem
oval
(%)
Hasil
Akhir
0
350
65
122,5
0
122,5
90
12,25
87
1,6
Eff
1,6
Berdasarkan perhitungan tersebut maka unit pengolahan yang dipilih mampu meremoval
kekeruhan sehingga memenuhi baku mutu kualitas air.
2. Prasedimentasi
Unit ini bertujuan mengendapkan lumpur-lumpur kasar semaksimal mungkin. Bak
prasedimentasi berjumlah 4 unit. Dengan debit air sebesar 671,08 l/detik atau setara dengan
0,671 m3/detik yang kemudian akan ditingkatkan (uprating) menjadi kapasitas maksimum
dengan dimensi seperti pada gambar berikut berikut :
Tabel 4 Hasil Evaluasi Bak Prasedimentasi
Parameter
Surface Loading
Rate
Waktu Detensi
Rasio P : L
Vh (kecepatan
horizontal)
Kriteria Desain
Nilai
Ket
0,8 – 2,5 m3/m2.hari
1,73
sesuai
1,5 – 3 jam
1,5
sesuai
>5:1
6:1
sesuai
10 - 18 Vo
16
sesuai
Parameter
Kriteria Desain
Nilai
Ket
< 2000
428,792
sesuai
Nre
Nfr
Sumber :SNI 6774:2008
>
10-5
Perhitungan
Diketahui:
Jumlah Bak
:4
td
: 1,5 jam = 5400 detik
Panjang
: 42,54 m
Lebar
: 7,09 m
Kedalaman
: 2,59 m
Diameter perforated baffle
: 0,2 m
Suhu
: 240 C
μ
: 0,009161 Kg.m/s
v
: 0,9186.10-6 m2/s
ρ
: 997,33 kg/m3
− 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 4 ×
=
𝑉𝑜𝑙
𝑡𝑑 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙
4 × 42,54 m × 7,09 m × 2,59 m
5400 detik
= 𝟎, 𝟓𝟕𝟖 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘 =
0,578 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡
4
= 𝟎, 𝟓𝟕𝟗 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
− 𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑃𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 ∶ 𝐿𝑒𝑏𝑎𝑟
= 42,54 m × 7,09 m
= 𝟔 ∶ 𝟏 (sesuai)
− 𝑆𝐿𝑅 =
𝑄
𝐴
3600 𝑑𝑒𝑡
𝑗𝑎𝑚
42,54 m × 7,09 m
0,579 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡 ×
=
= 𝟏, 𝟕𝟑 𝒎𝟑 /𝒎𝟐 𝒋𝒂𝒎 (sesuai)
𝑃
𝑉ℎ
𝑡𝑑
−
=
𝑆𝐿𝑅 𝟏, 𝟕𝟑 𝒎𝟑 /𝒎𝟐 𝒋𝒂𝒎
42,54 m
1,5 𝑗𝑎𝑚
=
1,73 𝑚3 /𝑚2 𝑗𝑎𝑚
1,27 x
10-4
sesuai
=
28,36 𝑚/𝑗𝑎𝑚
1,73 𝑚3 /𝑚2 𝑗𝑎𝑚
= 𝟏𝟔 (𝒔𝒆𝒔𝒊𝒖𝒂𝒊)
− 𝑁𝑟𝑒 =
𝑉ℎ × 𝑅
𝜈
𝑉ℎ × (𝐴𝑙𝑢𝑏𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑒𝑟𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 /𝐾𝑒𝑙𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 )
𝜈
1 2
𝜋𝑑
28,36 𝑚/𝑗𝑎𝑚 × (4
)
𝜋𝑑
=
𝑚2
0,9186 × 10−6
detik
28,36 𝑚/𝑗𝑎𝑚 × 1𝑗𝑎𝑚/3600𝑑𝑒𝑡 × (1/4 × 0,2 𝑚)
=
𝑚2
0,9186 × 10−6
detik
=
= 𝟒𝟐𝟖, 𝟕𝟗 < 2000 ( 𝐬𝐞𝐬𝐮𝐚𝐢)
𝑉ℎ 2
− 𝑁𝑓𝑟 =
𝑔×𝑅
=
=
𝑉ℎ 2
1 2
𝜋𝑑
9,81 𝑚/𝑠 2 × (4
)
𝜋𝑑
( 28,36 𝑚/𝑗𝑎𝑚 × 1𝑗𝑎𝑚/3600det)2
9,81 𝑚/𝑠 2 × (1/4 × 0,2 𝑚)
= 𝟏, 𝟐𝟕 × 𝟏𝟎−𝟒 > 10−5 𝒔𝒆𝒔𝒖𝒂𝒊
3. Koagulasi
Sistem koagulasi IPA adalah berupa terjunan atau sistem pengadukan hidrolis. Bahan
koagulan yang digunakan adalah tawas atau Aluminium Sulfat Al2(SO4)2. Dosis yang
digunakan di IPA sebanyak 1736,64 kg tawas/hari. Konsentrasi larutan koagulan adalah 5 %.
Data hasil perhitungan uprating terhadap unit koagulasi dapat dilihat pada Tabel 5.
Tabel 5 Hasil Perhitungan Uprating Unit Koagulasi
Parameter
Waktu detensi bak koagulasi
(Gradien
td)
kecepatan ( G )
G x td
Kriteria Desain
20-60 detik
400 - 1000
-1
detik
20000
- 30000
Nilai
20 detik
800,5 detik
1
16.010,56
Keterangan
Memenuhi
Memenuhi
Tidak memenuhi
Sumber : Reynolds, 1982
Koagulasi tipe hidrolis dengan menggunakan sistem terjunan ini menghasilkan nilai Gtd
yang tidak sesuai dengan kriteria desain. Nilai Gtd masih dibawah nilai kriteria desain hal
ini dapat mengakibatkan pencampuran koagulan tidak homogen. Nilai Gtd yang belum
memenuhi bisa dakibatkan oleh nilai H jatuhan yang yang belum cukup tinggi,
sehingga agar memenuhi kriteria H jatuhan dapat dimodifikasi.
Perhitungan:
Diketahui :
Dimensi P= 8,18 m, L= 2,73 m, dan T= 0,9 m
 Jumlah bak pengaduk cepat = 1 buah
 Suhu air sebesar Suhu : 240 C
μ = 0,0009161 N.s/m2
ν = 0,9186 x10-6 m2/s
ρ = 997,3 kg/m3
 Pengadukan dilakukan secara hidrolik.
Perhitungan :
Q = Volume bangunan = 8,18 m x 2,73 m x 0,9 m = 1 m3/s
td
3.
20 s
H jatuhan =
G 2 xxQtd
Qxpxg
1,2 𝑚
=
𝐺 2 × 0,0009161 𝑁𝑠/𝑚2 × 1 𝑚3 /𝑠 × 20𝑠
1 𝑚3 /𝑠 × 997,3 𝑘𝑔/𝑚3 × 9,81𝑚/𝑠 2
G
= 800,5s (memenuhi)
G x td
= 800,5/s x 20 s = 16.010 (tdk memenuhi)
Flokulasi
Unit flokulasi ini menggunakan sistem pengadukan hidrolis, berupa buffle chanel
aliran horizontal. Unit flokulasi memiliki 4 bak.
Data hasil perhitungan uprating unit flokulasi IPA dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Hasil Perhitungan Uprating Unit Flokulasi
Parameter
Waktu
detensi (td)
Kriteria
Desain
30 - 45
menit
Nilai
Keterangan
Kompar
temen I
Kompar
temen II
Kompar
temen III
30 menit
30 menit
30 menit
Memenuhi
Parameter
Kriteria
Desain
Nilai
Keterangan
Kompar
temen I
Kompar
temen II
Kompar
temen III
Gradien
kecepatan
(G)
10 - 100
detik-1
52,6/s
20,21/s
10,4/s
Memenuhi
G x td
104 - 105
31.584
12.128
6.251
Kompartemen III Tidak
Memenuhi
Sumber : Reynolds, 1982
Optimalisasi untuk unit flokulasi yaitu menaikkan nilai td sesuai kriteria desain agar
nilai Gtd nya juga memenuhi.
Perhitungan :
Ada 4 bak
Panjang (L) = 33,49 m
Lebar (W) = 6,18 m
T=2m
Q
= Vol Total bak
Td total
= 33,49 m x 6,18 m x 2 m
1800 s
= 0,23 m3/s
Ada 4 bak, sehingga debit total = 0,23 m3/s x 4 = 0,92
Komp I
 Jumlah baffle (N)
53 buah
2 x μ x td
= {ρ x ( 1,44 + f ) [
1/3
hxLxG 2
]
}
Q
2 x 0,0009161 x 600
= { 997,3 x ( 1,44 + 0,3) [
1/3
2 x 33,49 x G 2
0,23
G
= 52,6/s (memenuhi)
Gtd
= 52,6/s x 600 s
] }
= 31.584
Komp II
 Jumlah baffle (N)
28 buah
G
2 x μ x td
= {ρ x ( 1,44 + f ) [
={
1/3
hxLxG 2
]
}
Q
2 x 0,0009161 x 600
997,3 x ( 1,44 + 0,3)
[
1/3
2 x 33,49 x G 2
= 20,21/s (memenuhi)
0,23
] }
Gtd
= 20,21/s x 600 s
= 12.128
Komp III
 Jumlah baffle (N)
=
2 x μ x td
{ρ x ( 1,44 + f )
1/3
hxLxG 2
[ Q ] }
2 x 0,0009161 x 600
1/3
2 x 33,49 x G 2
18 buah
= { 997,3 x ( 1,44 + 0,3) [
G
= 10,4/s (memenuhi)
Gtd
= 10,4/s x 600 s
0,23
] }
= 6.251
4. Sedimentasi
Sedimentasi adalah pemisahan solid liquid merupakan bangunan yang memiliki fungsi untuk
mengendapkan partikel – partikel flokulen /suspended solid dalam air yang terbentuk dari
proses koagulasi dan flokulasi sebelumnya. Partikel flokulen adalah partikel yang selama
proses pengendapan mengalami perubahan ukuran dan bentuk selama proses pengendapan
berlangsung. Pengendapan yang digunakan yaitu secara gravitasi. Perubahan ini terjadi
karena partikel flokulen bereaksi dengan bahan kimia atau koagulan sehingga saling
berdekatan dan membentuk partikel-partikel yang lebih besar dari keadaan awalnya. Berikut
dimensi bak sedimentasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Tabel 7 Evaluasi Bak Sedimentasi Kapsitas Max
Parameter
Kriteria Desain
Surface Loading Rate
0,8 – 2,5 m3/m2 jam
Weir Loading Rate
Nilai
Ket
2
Sesuai
< 11 m3/m2 jam
8,39
Sesuai
Waktu Detensi Bak
1,5 - 3 jam
1,5
Sesuai
Rasio P : L
>5:1
6:1
Sesuai
Kec. Setller (Vh)
0,05 - 0,15 m/menit
0,53
Tidak Sesuai
Ketebalan settler
0,002 – 0,005 m
0,01
Tidak Sesuai
Kemiringan settler
30⁰ - 60⁰
45⁰
Sesuai
Nre
< 2000
495,319
Sesuai
Nfr
> 10-5
1,69 10-4
Sesuai
Sumber : SNI 6774:2008
Berdasarkan tabel di atas diketahui bahwa kecepatan settler tidak memenuhi kriteria
desain, hal ini dapat disebabkan oleh nilai kemiringan settler yang kurang tegak. Agar
dapat memenuhi kriteria, settler dapat diatur sedemikian rupa agar kemiringannya
>45⁰.
Perhitungan
Jumlah Bak
:4
Td
: 1,5 jam
Panjang
: 49,14 m
Lebar
: 8,19 m
Tinggi
:3m
Jumlah Gutter
:7
Tebal gutter
: 0,05 m
Lebar gutter
: 0,3 m
Panjang weir
(Lw)
: 95,9 m
Lebar weir
: 0,05 m
Tebal settler
: 0,01 m
W settler
: 0,1 m
Panjang settler
: 6,6 m
Lebar settler
: 5,39 m
Tinggi settler
: 0,8 m
− 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 4 ×
𝑉𝑜𝑙
𝑡𝑑 𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙
4 × 49,14 m × 8,19 m × 3 m
5400 detik
=
= 𝟎, 𝟖𝟗𝟒 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
𝑄𝑝𝑒𝑟𝑏𝑎𝑘 =
0,894 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡
4
= 𝟎, 𝟐𝟐𝟒 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
𝑄
𝐴
− 𝑆𝐿𝑅 =
𝑚3
𝑠
× 3600
s
𝑗𝑎𝑚
=
49,14 m × 8,19 m
0,224
=𝟐
−𝑊𝐿𝑅 =
𝒎𝟑
. 𝒋𝒂𝒎 (𝒔𝒆𝒔𝒖𝒂𝒊)
𝒎𝟐
𝑄
𝐿𝑤
𝑚3
𝑠
0,224 s × 3600 𝑗𝑎𝑚
=
95,9 m
𝒎𝟑
= 𝟐 𝟐 . 𝒋𝒂𝒎 (𝑺𝒆𝒔𝒖𝒂𝒊)
𝒎
− 𝐾𝑒𝑐𝑒𝑝𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑆𝑒𝑡𝑡𝑙𝑒𝑟 = 𝑉ℎ =
𝑄
𝐴𝑠𝑒𝑡𝑡𝑙𝑒𝑟 × sin 𝛼
𝑚3
𝑠
0,224 s × 60 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡
=
6,6 𝑚 × 5,39 𝑚 × sin 45°
= 𝟎, 𝟓𝟑 𝒎/𝒎𝒆𝒏𝒊𝒕 (𝒕𝒊𝒅𝒂𝒌 𝒔𝒆𝒔𝒖𝒂𝒊)
− 𝑅𝑎𝑠𝑖𝑜 𝑃𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔 ∶ 𝐿𝑒𝑏𝑎𝑟 = 49,14 m × 8,19 m
= 𝟔 ∶ 𝟏 (sesuai)
− 𝑁𝑟𝑒 =
𝑉ℎ × 𝑅
𝜈
𝑃/𝑡𝑑 × (𝐴𝑙𝑢𝑏𝑎𝑛𝑔 𝑝𝑒𝑟𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 /𝐾𝑒𝑙𝑝𝑒𝑟𝑓𝑜𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 )
𝜈
1 2
𝜋𝑑
49,14 𝑚
× (4
)
1,5 𝑗𝑎𝑚
𝜋𝑑
=
𝑚2
0,9186 × 10−6
detik
1𝑗𝑎𝑚
32,76 𝑚/𝑗𝑎𝑚 ×
× (1/4 × 0,2 𝑚)
3600
𝑑𝑒𝑡
=
𝑚2
0,9186 × 10−6
detik
=
= 𝟒𝟗𝟓, 𝟑𝟏𝟗 < 2000 (𝐬𝐞𝐬𝐮𝐚𝐢)
𝑉ℎ 2
− 𝑁𝑓𝑟 =
𝑔×𝑅
𝑉ℎ 2
=
9,81
𝑚/𝑠 2
1 2
𝜋𝑑
× (4
)
𝜋𝑑
( 32,76 m/det)2
=
9,81 𝑚/𝑠 2 × (1/4 × 0,2 𝑚)
= 𝟏, 𝟔𝟗 × 𝟏𝟎−𝟒 >10−5 (𝒔𝒆𝒔𝒖𝒂𝒊)
5. Filtrasi
Tipe filter yang digunakan pada IPAM Mojokerto adalah filter pasir cepat dengan dual media
pasir dan antrasit yang mana beroperasi secara gravitasi. Adapun dimensi dari bak filter dapat
dilihat pada gambar di bawah ini.
Tabel 8 Tabel Perhitungan Uprating Bak Filter
Parameter
Dimensi
 Lebar
 Rasio P : L
 Luas Area
Kecepatan Filtrasi
 Normal
 Backwash
Kedalaman
 Media Penyangga (Kerikil)
 Media Filter (pasir)
 Media filter (antrasit)
Sumber : SNI 6774:2008
Kriteria Desain
Nilai
Ket
3–6m
2:1–4:1
25 – 80 m2
3,53
2:1
25
Sesuai
Sesuai
Sesuai
6 – 11 m/jam
36 – 50 m/jam
11
-
Sesuai
-
0,08 – 0,1 m
0,3 – 0,6 m
0,4 – 0,5 m
0,3
0,6
0,5
Tidak Sesuai
Sesuai
Sesuai
Perhitungan
Dimensi
Jumlah Bak
: 10
Vf
: 11 m/ jam
V bw
: 50 m/jam
Panjang
: 7,07 m
Lebar
: 3,53 m
Tinggi
: 3,2 m
− 𝑄𝑏𝑎𝑘 = 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 × 𝑣𝑓
= 7,07𝑚 × 3,53𝑚 ×
11𝑚
/3600
𝑗𝑎𝑚
= 𝟎, 𝟎𝟕𝟔 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
− 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 𝑄𝑏𝑎𝑘 × 10 𝑢𝑛𝑖𝑡
= 0,076 𝑚3 /𝑑𝑒𝑡 × 10 𝑢𝑛𝑖𝑡
= 𝟎, 𝟕𝟔 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
Backwash
− 𝑄𝑏𝑤 = 𝐴𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 × 𝑣𝑏𝑤
= 7,07 𝑚 × 3,53 𝑚 × 50
𝑚
× 1𝑗𝑎𝑚/3600𝑑𝑒𝑡
𝑗𝑎𝑚
= 𝟎, 𝟑𝟓 𝒎𝟑 /𝒅𝒆𝒕
6. Desinfeksi
Proses mematikan bakteri patohgen dan memperlambat pertumbuhan lumut dengan
pembubuhan bahan kimia. Jika sisa klor berdasarkan SNI 6774 – 2008 sebesar 0,3 mg/L dan
dosis optimum (BPC) menurut Qasim (2000) sebesar 2 mg/L , maka kadar klor yang
dibutuhkan adalah sebesar 2,3 mg/L.
Perhitungan
Bentuk bangunan
= Bak persegi
Desinfeksi yang dipakai
= Kaporit [Ca(Ocl)2)]
Kadar Klor dalam kaporit
= 60%
Konsentrasi larutan Cl
=5%
Massa Jenis Kaporit
= 2,35 g/cm³ = 2,35 kg/L
Dosis Klor
= DPC + Sisa Klor = 2 +0,3 = 2,3 mg/L
Q air minum
= 671 L/detik
H rencana
=1m
Kebutuhan kaporit
= 100/60 x Dosis Klor x Q
= 100/60 x 2,3 x 671
= 2.572,167 mg/detik = 222,23 kg/hari
Q kaporit
= kebutuhan kaporit /berat jenis kaporit
= 222,23 kg/hari / 2,35 kg/L = 94,57 L/hari
Q pelarut
Volume larutan kaporit
=
100%−5%
×
5%
𝑄. 𝑘𝑎𝑝𝑜𝑟𝑖𝑡
=
100%−5%
×
5%
94,57 = 1.796,83 L/hari
= Volume kaporit + Volume pelarut
= 94,57 + 1.796,83 = 1.891,4 L/hari = 1,89 𝑚3/ℎ𝑎𝑟𝑖
Referensi
Fair, G.M., J.C., dan Okun, D.A. 1966. Water and waste water engineering. John Wiley dan
Sons, M.C., NewYork.
Kawamura, Susumu. 1991. Integrated Design of Water Treatment Facilities. New York: John
Wirley & sons inc.
Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan
Kualitas Air Minum
Reynolds and Richards. 1996. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering
second edition. Boston: PSW Publishing Company
SNI 6774:2008