UNIT SEDIMENTASI Nieke Karnaningroem Jurusan Teknik Lingkungan FTSP

UNIT SEDIMENTASI Nieke Karnaningroem Jurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITS Kampus Sukolilo, Surabaya – 60111 Email: nieke@enviro. its. ac. id

SEDIMENTASI AIR LIMBAH

SEDIMENTASI I n TUJUAN : Meremoval partikel yang mudah mengendap dan benda yang terapung serta mengurangi kandungan suspended solid (Eddy& Metcalf, 2003) n EFISIENSI REMOVAL : 50% - 70% untuk TSS & 30% - 40% untuk BOD 5 n Padatan terendap dikumpulkan o/scrapper mekanis hopper sistem pengolahan lumpur

PEMBAGIAN ZONA SEDIMENTASI I DIBAGI ATAS : a. b. c. ZONA INLET tempat memperhalus transisi aliran dari aliran influent ke aliran steady uniform di zona pengendapan ZONA OUTLET tempat memperhalus transisi dari settling zone ke aliran effluent. ZONA LUMPUR tempat menampung material yang diendapkan berupa lumpur endapan ZONA PENGENDAPAN tempat berlangsungnya proses pengendapan (pemisahan) partikel dari air baku, sehingga harus bebas terlepas dari 3 zona lainnya.

v. H v. S a : zone inlet b : zone outlet c : ruang lumpur d : zone pengendapan BAK SEDIMENTASI I

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 : As = luas permukaan (m 2) So = over flow rate (m/s) V = Volume bak (m 3) Q = debit(m 3/s) Xr = efisiensi removal Vs = Kecepatan pengendapan (m/s)

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 m 3/m. dt (Sumber: Al-Layla “ Water Supply Engineering”)

KRITERIA DESAIN BP I RECTANGULER Kriteria Disain Kedalaman Panjang Lebar Flight speed Rectangular Range (m) Tipikal 3. 05 – 4. 6 m 3. 66 m 15. 24 – 91. 44 m 24. 4 – 39. 6 m 3. 05 – 24. 4 m 4. 88 – 9. 75 m 0. 61 – 1. 22 m/mnt 0. 91 m (Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991)

KRITERIA DESAIN BP I CIRCULAR Kriteria Disain Rectangular Range (m) Tipikal 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 speed 0. 02 – 0. 05 m/mnt 0. 03 m/mnt Kedalaman (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 (jam) Kec. Pengendapan (mm/dt) Fraksi tersisa (%) 0. 5 1 1. 5 2 0. 35 0. 6 0. 8 1. 2 40 50 59 65 2. 5 3 3. 5 4 0. 12 0. 24 0. 3 0. 4 18 30 35 43 4. 5 5 5. 5 6 0. 2 0. 15 0. 18 0. 23 21 22 25 37 (Sumber: Percobaan Laboratorium)

KURVA TEST KOLOM 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 TINGGI KOLOM 40 38 36 34 32 30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 0 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 (dxi) Kecepatan (Vxi) Luas Area (dxi x Vxi) Total Area 0, 1 0, 035 0, 0035 0, 125 0, 016 0, 18 0, 018 0, 034 0, 1 0, 29 0, 063 0, 1 0, 47 0, 047 0, 11 0, 74 0, 074 0, 184 (Sumber: Hasil Perhitungan)

Rumus Efisiensi pengendapan : XT = 1 - Xo + Tabel Perhitungan Efisiensi Pengendapan Fraksi tersisa Vo 40 0, 35 0, 063 78 50 0, 57 0, 11 69 60 0, 92 0, 184 60 (Sumber: Hasil Perhitungan) XT

KURVA EFISIENSI PENGENDAPAN % Efisien design 75 % 0, 42 Dari kurva tersebut dipilih efisiensi 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

Direncanakan : • jumlah bak = 2 bak • Q total= 180 L/dt = 0. 18 m 3/dt • Q per-bak = 0. 18/2 = 9. 10 -2 m 3/dt 1. ZONA INLET a. saluran Pembawa Q = 0. 18 m 3/dt V = 0, 6 m/dt Lebar (b) : Tinggi (h) = 2 : 1 Tinggi saluran = 0, 6 m A= A = b. H = 2 h. h 0, 3 = 2 h 2 h = 0, 4 m, b = 0, 8 m

SALURAN PEMBAWA DIMENSI BAK Q per-bak = 9. 10 -2 m 3/dt dan A= Q = 9. 10 -2 m 3/dt = 386 m 2 2, 33. 10 -4 t/td = 1, 8 t = S / V td = t / 1, 8 = 4000 / 0, 42 = 2, 6 jam / 1, 8 = 9526 detik ≈ 2, 6 jam= 1, 44 jam…. Ok!

VOLUME : V = Q x td = 9. 10 -2 m 3/dt X 1, 44 jam X 3600 detik/jam = 466 m 3/detik L : B = 2 : 1 A = panjang X lebar =LXB = 2 B X B = 2 B 2 386 = 2 B 2 B = 13, 89 ≈ 14 m L = 2 B = 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 (VH) VH = L / td = 28 m / 1, 44 jam = 19, 44 m/jam ≈ 0, 0054 m/s KONTROL NRE ALIRAN : Asumsi : T air = 30°C = 0, 803. 10 -6 m 2/dt g = 9, 81 m/dt Nre aliran = Vh= kecepatan horisontal (m/s) R = jari-jari hidrolis (m) = Luas basah / keliling basah = ( b. h ) / ( b + 2 h) = ( 14 X 1, 2 ) / ( 14 + 2 (1, 2)) R = 1, 02 m NRe = 0, 0054 X 1, 02 = 6859, 3. . . . > 2000 Tidak memenuhi 0, 803. 10 -6

KONTROL NFR : NFr = = = 2, 914. 10 -6 < 10 -5 (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 Luas @ lubang(A 1) = ¼ (0, 2)2 = 0. 0314 m 2 Luas perforated wall = B x H = 14 x 1, 2 = 16, 8 m 2 A lubang total (A 2) = 40% A perforated wall 40% X 16, 8 = 6, 72 m 2

Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m Lebar perforated Wall = 1, 2 m Diameter lubang perforated (d) = 0. 2 m Luas @ lubang(A 1) = ¼ π D 2 = 0. 0314 m 2 Luas perforated wall = B x H = 14 x 1, 2 = 16, 8 m 2 A lubang total (A 2) = 40% A perforated wall 40% X 16, 8 = 6, 72 m 2 Jumlah lubang (n)= = = 214 lubang Rencana perforated wall : 27 baris (tiap baris berisi 5 lubang) Jarak horizontal = = 0, 5 m Jarak vertikal = 0, 24 m = Jarak vertikal Jarak horizontal

JARAK ANTAR LUBANG Q per-lubang = = 4, 2. 10 -4 m 3/dt Kecepatan lubang = = 4, 2. 10 -4 m 3/dt = 0, 013 m/s 0, 0314 m 2 Kontrol NRe aliran NRe = Kontrol NRe partikel Vs = = 1, 95. 10 -5 =32, 86 <2000=Ok!

Nre partikel = = = 0, 01 < 0, 5…Ok! NRe partikel Ok Vs = 0, 42 m/s dapat digunakan untuk mengecek efisiensi pengendapan KONTROL KEC. PENGGERUSAN (VSC) : = 0, 05 , λ = 0, 03 , ρs = 2, 65, ρw = 1 Vsc = 64, 8. 10 -3 > 0, 42. 10 -3 m/s…Ok, tidak terjadi penggerusan

KONTROL APABILA 1 BAK DICUCI Q per bak = 0, 18 m 3/s Q per lubang perforated wall = 0, 18 m 3/s = 8, 41. 10 -4 214 NRe aliran = Q per lubang = 8, 41. 10 -4 π. d. ν π. 0, 2. 0, 803. 10 -6 = 1667< 2000. . Ok! NRe partikel = tetap, Vsc = tetap

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/m 3

Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan = 0, 09 m 3/dt x 0, 1359 kg/m 3 = 0, 0122 kg/dt = 1056, 76 kg/hari Volume sludge = volume solid + volume air = , Ms : Ma = 95 : 5 Ma = 19 Ms = = 20, 5 m 3/hari Direncanakan periode pengurasan = 3 hari sekali volume sludge = 3 hari X 20, 5 m 3/hari = 61, 5 m 3

DIMENSI RUANG LUMPUR SBB : 6 m 14 m Ruang Lumpur A 2 2 m m Luas Bawah (A 1) 3 direncanakan B=3 m L = 2 m sehingga A 1 = 6 m 2 Luas Atas (A 2) direncanakan B = 6 m L = 14 m sehingga A 2 =84 m 2 Volume Ruang Lumpur (V) adalah: V= 61, 5 = 184, 5 = t. 122. 45 t = 1, 5 m

h b tw Penampang weir 0, 4 m

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: Q = 1, 84. b. h 3/2 0, 09 = 1, 84. 0, 2. h 3/2 = 0, 24 h = 0, 39 m

PERENCANAAN INTAKE TAHAP II Jumlah bak = 2 bak Q total = 250 L/dt = 0, 25 m 3/dt Q per-bak = 0, 125 m 3/dt Saluran Pembawa Rencana desain: Q = 0. 25 m 3/dt V = 0, 6 m/dt Lebar(b)= 0, 8 m(sesuai tahap I) Tinggi saluran (h) = 0, 6 m A=Q/h = 0, 25 m 3/dt / 0, 6 m A = 0. 42 m 2 A = b. Hair 0, 42 = 0, 8. Hair = 0, 525 m (memenuhi ketinggian air pada perencanaaan tahap I)

PERFORATED WALL Perencanaan Tahap I ∑lubang = 214, @ d=0, 2 m, Alubang 0, 0314 m 2 Perencanaan Tahap II Q @ lubang = 0, 125 m 3/s = 5, 84. 10 -5 m 3/s 214 Kec. aliran pada lubang = Q@lubang = 5, 84. 10 -5 m 3/s A@lubang = 0, 0186 m/s 0, 0314 m 2 Kontrol Nre aliran NRe = = 1158 < 2000, Ok! Kontrol Kecepatan Penggerusan (VSC) = 64, 8. 10 -3 > 0, 42. 10 -3 m/s…Ok, tidak terjadi penggerusan

Kontrol Nre partikel NRe partikel = = = 0, 01. . < 0, 5 Ok! ZONA PENGENDAPAN Berat solid (Ms) per-bak = Q per-bak x partikel terendapkan = 0, 125 m 3/dt x 0, 1359 kg/m 3 = 0, 017 kg/dt = 1467, 72 kg/hari Volume sludge = volume solid + volume air = Ms: Ma = 95: 5 sehingga Ma = 19 Ms = = 28, 44 m 3/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 Rt = Re ± Dibuat grafik : Fraksi removal vs td Fraksi removal vs OFR (Vs) & waktu detensi dapat diperoleh dari kriteria desain.

2. Kriteria Desain n n : 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 : As = ¼. Π. D 2 121 m 2 = ¼ Π. D 2 D = 12, 4 m 6. Cek 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) Contoh : digunakan td = 1 jam volume = 0, 056 m 3/dt x 3600 dt/jam = 201, 6 m 3 8. Menentukan Kedalaman Bak (H) H = Volume / Asurface = 201, 6 m 3 / 121 m 2 = 1, 66 m

9. MENENTUKAN DIAMETER PARTIKEL TERKECIL YANG DAPAT MENGENDAP keterangan : Vs = kecepatan pengendapan partikel = viskositas g = percepatan gravitasi ( 9, 81 m/s 2 ) Ss = Specific gravity 10. Menentukan Kecepatan Scouring ( Vsc ) 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 m 3/detik Direncanakan : v = 0, 6 m/detik m 2 Cek V : A = ¼ π D 2 ¼ π (0, 34)2 = 0, 0907 ≈ 0, 9 m V=Q/A = 0, 056 m 3/s/0, 9 m 2 =0, 63…Ok Jika direncanakan panjang pipe inlet = 12 m, maka :

SISTEM EFFLUENT CLARIFIER Direncanakan : effluen dengan V-notch pada weir ( = 90 o) yang dipasang di sekeliling clarifier. Q = 0, 056 m 3/dt = 4838, 4 m 3/hari PANJANG WEIR TOTAL : L weir= x D = x 12, 4 m = 38, 9 m

Direncanakan : Weir loading rate = 250 m 3/m hari Jarak antara pusat V-notch = 0, 2 m Maka : Total jumlah V-notch = 38, 9 m / 0, 2 = 195 buah Q tiap V-notch = 0, 056 m 3/detik / 195 = 2, 87 x 10 -4 m 2/detik Tinggi air di V-notch (H):

SALURAN OUTLET PENAMPANG : Pipa outlet clarifier = pipa inlet clarifier dengan diameter = 0, 3 m Q = 0, 056 m 3/detik Direncanakan : v = 0, 3 m/detik, m Direncanakan lebar saluran = 0, 3 m, maka kedalaman saluran: freeboard = 0, 3 m, h total = 0, 6 m + 0, 3 m = 0, 9 m PIPA PENGURAS LUMPUR / SLUDGE Misal Q lumpur yg teremoval = 5 m 3/hari Direncanakan : Waktu pengurasan = 5 menit = 300 dt

Q dalam pipa = V = 1 m/s Diameter pipa (D) : m = 150 mm Cek Kecepatan (V) :

DIRENCANAKAN PANJANG PIPA (L) SLUDGE 20 M, MAKA : VOLUME RUANG LUMPUR (V) ADALAH: V = 61, 5 = t = 1, 5 m Waktu pengurasan = V ruang lumpur/ Volume Sludge = 61, 5 / 28, 44 = 2, 16 hari ≈2 hari

Zona Outlet Direncanakan: Weir Loading Rate = 9 m 3/m. jam = 2, 5. 10 -3 m 3/m. jam Lebar Weir (b) = 0, 2 m Tinggi weir = 0. 4 m Tebal dinding weir (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 weir: Q = 1, 84. b. h 3/2 h= = 0, 34 m (memenuhi tinggi weir tahap I)

TERIMA KASIH