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

SEDIMENTASI I TUJUAN : EFISIENSI REMOVAL : Meremoval partikel yang mudah mengendap dan benda yang terapung serta mengurangi kandungan suspended solid (Eddy& Metcalf, 2003) EFISIENSI REMOVAL : 50% - 70% untuk TSS & 30% - 40% untuk BOD5 Padatan terendapdikumpulkan o/scrapper mekanis hoppersistem pengolahan lumpur

PEMBAGIAN ZONA SEDIMENTASI I Zona sedimentasi I dibagi atas : 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 d. ZONA PENGENDAPAN  tempat berlangsungnya proses pengendapan (pemisahan) partikel dari air baku, sehingga harus bebas terlepas dari 3 zona lainnya.

b d c a a : zone inlet b : zone outlet c : ruang lumpur d : zone pengendapan BAK SEDIMENTASI I

BENTUK : FAKTOR DESAIN : Waktu Detensi (td) Over Flow Rate (So) RECTANGULAR CIRCULAR Bak sedimentasi (circular&rectangular) terdiri atas: Horizontal flow Solids contact Inclined surface FAKTOR DESAIN : Waktu Detensi (td) Over Flow Rate (So) td = V / Q So = Q / As

3. Efisiensi removal (Xr) Xr = Vs / ( Q /A ) KETERANGAN : As = luas permukaan (m2) So = over flow rate (m/s) V = Volume bak (m3) Q = debit(m3/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 m3/m.dt (Sumber: Al-Layla “ Water Supply Engineering”)

KRITERIA DESAIN BP I RECTANGULER Kriteria Disain Rectangular 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 Kriteria Disain Rectangular 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 speed 0.02 – 0.05 m/mnt 0. 03 m/mnt (Sumber : Metcalf dan Eddy, 1991)

Sludge Collection

TEST KOLOM KETENTUAN : 1. Diameter kolom = 20 cm 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 diameter Tinggi

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 3.1 Kurva Test Kolom 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 62 64 66 68 70 72 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 Kec. Mengendap (mm/dt)

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 0,0125 0,016 0,18 0,018 0,034 0,29 0,029 0,063 0,47 0,047 0,11 0,74 0,074 0,184 (Sumber: Hasil Perhitungan)

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

Data pada tabel 3.9 di pindahkan dalam bentuk kurva 3.2 yang mrpk perpaduan antara kecepatan pengendapan (mm/dt) dengan efisiensi pengendapan(%).

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

ZONA INLET a. saluran Pembawa 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 ZONA INLET a. saluran Pembawa Q = 0.18 m3/dt V = 0,6 m/dt Lebar(b):Tinggi(h) = 2: Tinggi saluran = 0,6 m A =  A = b . H = 2h.h 0,3 = 2h2 h = 0,4 m b = 0,8 m

SALURAN PEMBAWA Dimensi Bak Q per-bak = 9. 10-2 m3/dt A = Q = 9. 10-2 m3/dt = 386 m2 2,33 . 10-4 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 m3/dt X 1,44 jam X 3600 detik/jam = 466 m3/detik L : B = 2 : 1  A = panjang X lebar = L X B = 2B X B = 2B2 386 = 2B2  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 (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 m2/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 + 2h) = ( 14 X 1,2 ) / ( 14 + 2 (1,2)) R = 1,02 m NRe = 0,0054 X 1,02 = 6859,3 ........> 2000  tdk Ok! 0,803 . 10-6

Agar Nre dan NFr sesuai kriteria & agar aliran dapat bersifat LAMINER 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”

Panjang perforated Wall = Lebar Bak Sedimentasi I = 14 m Lebar perforated Wall = 1,2 m Diameter lubang perforated (d) = 0.2 m  Luas @ lubang(A1) = ¼ = 0.0314m2 Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2 A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m2 (0,2)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(A1) = ¼ π D2 = 0.0314m2 Luas perforated wall = B x H = 14 x 1,2 = 16,8 m2 A lubang total (A2) = 40% A perforated wall40% X 16,8 = 6,72 m2 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 horizontal Jarak vertikal

Kontrol NRe aliran  NRe = = = 832,86<2000=Ok! Jarak horizontal Jarak vertikal Jarak Antar Lubang Q per-lubang = = 4,2.10-4 m3/dt Kecepatan lubang = = 4,2 . 10-4 m3/dt = 0,013 m/s 0,0314 m2 Kontrol NRe aliran  NRe = = = 832,86<2000=Ok! Kontrol NRe partikel Vs =  = = 1,95.10-5

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) : = 64,8.10-3  > 0,42.10-3 m/s…Ok, tidak terjadi penggerusan = 0,05 , λ = 0,03 , ρs = 2,65, ρw = 1

2. ZONA PENGENDAPAN Kontrol apabila 1 bak dicuci Q per bak = 0,18 m3/s Q per lubang perforated wall = 0,18 m3/s = 8,41 .10-4 214 NRe aliran = Q per lubang = 8,41.10-4 = 1667 < 2000..Ok! π.d.ν π.0,2.0,803.10-6 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/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  Ma = 19 Ms = = 20,5 m3/hari Direncanakan periode pengurasan = 3 hari sekali volume sludge = 3 hari X 20,5 m3/hari = 61,5 m3 Dimensi ruang lumpur sbb :

Luas Bawah (A1) direncanakan B = 3 m L = 2 m sehingga A1 = 6 m2 Ruang Lumpur Luas Bawah (A1) direncanakan B = 3 m L = 2 m sehingga A1 = 6 m2 Luas Atas (A2) direncanakan B = 6 m L = 14 m sehingga A2 =84 m2 Volume Ruang Lumpur (V) adalah: V = 61,5 = 184,5 = t. 122.45  t = 1,5 m

3. ZONA OUTLET Penampang weir Direncanakan: Weir Loading Rate = 9 m3/m.jam = 2,5.10-3 m3/m.jam Lebar Weir (b) = 0,2 m Tinggi weir = 0,4 m Tebal dinding weir (tw)= 0,05 m Panjang weir (Lw) = Q = 0,09 m3/s = 36 m weir loading 2,5.10-3 m3/m.jam b tw h 0,4 m Penampang weir

Lay Out Weir Lw = (2.0,2) + B +(2.0,5) +4.K 36 = 0,4 + 13,6 + 1+ 4.K 0.2 m B 0.5 m K 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.h3/2 0,09 = 1,84.0,2.h3/2  h3/2 = 0,24  h = 0,39 m

Perencanaan Intake Tahap II Jumlah bak = 2 bak Q total = 250 L/dt = 0,25 m3/dt Q per-bak = 0,125 m3/dt Saluran Pembawa Rencana desain: Q = 0.25 m3/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 m3/dt / 0,6 m A = 0.42 m2  A = b . Hair  0,42 = 0,8 . Hair  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 m2 Perencanaan Tahap II Q @ lubang = 0,125 m3/s = 5,84.10-5 m3/s 214 Kec.aliran pada lubang = Q@lubang = 5,84.10-5 m3/s = 0,0186 m/s A@lubang 0,0314 m2 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 m3/dt x 0,1359 kg/m3 = 0,017 kg/dt = 1467,72 kg/hari Volume sludge = volume solid + volume air =  Ms:Ma = 95:5 sehingga Ma = 19 Ms = = 28,44 m3/hari

LANGKAH-LANGKAH PERENCANAAN BP I CIRCULAR 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 OFR (Vs) & waktu detensi dapat diperoleh dari kriteria desain.

Solid loading = 1,5 – 34 kg/m2.hari Kedalaman = 3 – 6 m 2. Kriteria Desain : OFR = 40 m3/m2.hari Solid loading = 1,5 – 34 kg/m2.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 m3/s Q tiap bak = 0,056 m3/s 4. Luas Permukaan (A surface) A surface = Q tiap bak / OFR = 0,056 m3/detik / (40 m3/m2.hari / 86400 detik/hari) = 120,96 ≈ 121 m2

5. Menentukan diameter bak pengendap : As = ¼ . Π. D2  121 m2 = ¼ Π. D2  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) Contoh : digunakan td = 1 jam  volume = 0,056 m3/dt x 3600 dt/jam = 201,6 m3 8. Menentukan Kedalaman Bak (H) H = Volume / Asurface = 201,6 m3 / 121 m2 = 1,66 m

9. Menentukan diameter partikel terkecil yang dapat mengendap keterangan : Vs = kecepatan pengendapan partikel = viskositas g = percepatan gravitasi ( 9,81 m/s2 ) 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 m3/detik Direncanakan : v = 0,6 m/detik  m2 Cek V : A = ¼ π D2  ¼ π (0,34)2 = 0,0907 ≈ 0,9 m V = Q / A = 0,056 m3/s / 0,9 m2 =0,63…Ok Jika direncanakan panjang pipe inlet = 12 m, maka :

Sistem effluent clarifier Direncanakan : effluen dengan V-notch pada weir ( = 90o) yang dipasang di sekeliling clarifier. Q = 0,056 m3/dt = 4838,4 m3/hari Panjang weir total : L weir=  x D =  x 12,4 m = 38,9 m Direncanakan : Weir loading rate = 250 m3/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 m3/detik / 195 = 2,87 x 10-4 m2/detik Tinggi air di V-notch (H):

Saluran outlet penampang : Pipa outlet clarifier = pipa inlet clarifier dengan diameter 0,3 m Q = 0,056 m3/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 m3/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 t kuras = V ruang lumpur/ Volume Sludge = 61,5 / 28,44 = 2,16 hari ≈2 hari

Zona Outlet Direncanakan: Weir Loading Rate = 9 m3/m.jam = 2,5.10-3 m3/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.h3/2 h = = 0,34 m (memenuhi tinggi weir tahap I)