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

AIR MINUM

TUJUAN SEDIMENTASI pemisahan solid-liquid menggunakan pengendapan secara gravitasi untuk menyisihkan suspended solid

APLIKASI SEDIMENTASI PADA PAM 1. Pada pengendapan air permukaan untuk penyisihan partikel diskret, pengendapan flok hasil koagulasi-flokulasi, khususnya sebelum disaring dengan filter pasir cepat 2. Pengendapan lumpur hasil pembubuhan soda-kapur pada proses penurunan kesadahan pengendapan presipitat pada penyisihan besi dan mangan dengan oksidasi

TYPICAL DIMENSIONS OF SEDIMENTATION TANKS ______________________________________________________ Description Dimensions Range Typical Rectangular Depth, m 3‑5 3.5 Length, m 15‑90 25‑40 Width, m 3‑24 6‑10 Circular Diameter, m 4‑60 12‑45 Depth, m 3‑5 4.5 Bottom Slope, mm/m 60‑160 80

TIPE SEDIMENTASI SETTLING TIPE I: pengendapan partikel diskrit,partikel mengendap secara individual dan tidak ada interaksi antar-partikel SETTLING TIPE II: pengendapan partikel flokulen, terjadi interaksi antar-partikel sehingga ukuran meningkat dan kecepatan pengendapan bertambah SETTLING TIPE III: pengendapan pada proses biologis, dimana gaya antar-partikel saling menahan partikel lainnya untuk mengendap SETTLING TIPE IV: terjadi pemampatan partikel yang telah mengendap yang terjadi karena berat partikel

CLASSIFICATION OF SUSPENDED PARTICLES SUSPENDED PARTICLES IN WATER AND WASTEWATER HAVE BEEN CATEGORIZED INTO THREE GENERAL CLASSES: 1 ‑ DISCRETE PARTICLES: Particles that will not readily flocculate, independent , settling rate is independent of concentration, and flow rate is critical (see Figure bellow‑class 1). Examples of discrete particles are sand, gravel washing, and silt. 2 ‑ FLOCCULENT PARTICLES : Particles with relatively low concentration, possible aggloromation, and their settling is highly affected by detention time and flow rate(see Figure bellow‑class 2).

SETTLING TIPE KEDALAMAN WAKTU AIR JERNIH PARTIKEL DISKRET PARTIKEL FLOKULEN WAKTU KOMPRESI PERTIKEL TERTAHAN PARTIKEL DISKRET AIR JERNIH KEDALAMAN

CLASSIFICATION OF SUSPENDED PARTICLES 3.Hindered particles : Particles with high suspended concentrations (as in sludge thickening), their settling is affected by mixing and the duration of detention time (see Figure bellow‑class 3).

OVERFLOW RATE Qovr = Q/A Q Area A

SOLIDS LOADING RATE Q * C SLR = (Q*C)/A Area A

PENGENDAPAN TIPE I

PENGENDAPAN TIPE I GAYA YANG BEKERJA PADA PARTIKEL DI AIR   GAYA IMPELLING: FI = FG - FB =mg - mw g = (S - ) g V FI = gaya impelling s = densitas massa partikel  = densitas massa liquid V = volume partikel g = percepatan gravitasi GAYA DRAG: FD = CD Ac  (Vs2/2) FD = gaya drag CD = koef. Drag Ac = luas potongan melintang partikel Vs = kecepatan pengendapan

GAYA IMPELLING = GAYA DRAG (S - ) g V = CD Ac  (Vs2/2) bila V/Ac = (2/3) d, maka:

DRAG COEFFICIENT: EQUATIONS GENERAL EQUATION LAMINAR FLOW NRE < 1 TRANSITIONAL FLOW 1 < NRE < 104 FULLY TURBULENT FLOW , NRE > 104

GRAPHICAL SOLUTION TO SETTLING VELOCITY

CONTOH SOAL

Hitung kecepatan pengendapan partikel berdiameter 0,05 cm dan specific gravity 2,65 pada air dengan temperatur 20oC.

PENYELESAIAN 1. Asumsikan pola aliran laminer, gunakan persamaan Stoke’s dengan  = 998,2 kg/m3 dan  = 1,002 10-3 N.detik/m2 pada temperatur air 20oC. 2. Cek bilangan Reynold:  transisi 3. Hitung nilai CD:

PENYELESAIAN 4. Hitung kecepatan pengendapan 5. Ulangi langkah 2, 3, dan 4 hingga diperoleh kecepatan pengendapan yang relatif sama dengan perhitungan sebelumnya (metoda iterasi). 6. Hasil akhirnya adalah NRe = 55, CD = 1,18, dan Vs = 0,10 m/detik.

COLUMN SETTLING TEST Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan column settling test Vo = H/t H

PENGENDAPAN PARTIKEL DISKRIT Besarnya fraksi pengendapan partikel total dihitung dengan:   (1-Fo) = fraksi partikel dg. kecepatan > Vo = fraksi partikel dg. kecepatan < Vo

H L vl vo=vs vs<vo vs>vo

STATEMENT PENTING !! Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih besar dari Vo, maka 100% akan mengendap dalam waktu yang sama. Partikel yang mempunyai kecepatan pengendapan lebih kecil dari Vo, maka tidak semua akan mengendap dalam waktu yang sama.

Contoh Sedimentasi Tipe I

CONTOH SOAL Suatu kolom pengendapan setinggi 150 cm dipakai untuk mengendapkan partikel diskret. Pada kedalaman 120 cm terdapat titik sampling untuk mengambil sampel pada waktu tertentu. Data tes yang diperoleh adalah sebagai berikut Apabila TSS awal = 600 mg/L Berapakah % total removal / pemisahan partikel diskret pada over flow rate 0,025 m3/detik-m2 ? Waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Kadar TSS (mg/L) 336 288 222 114 30 12

PENYELESAIAN 1. Hitung kecepatan pengendapan tiap pengambilan sampel dengan rumus: h = kedalaman titik sampling (120 cm) t = waktu pengendapan (waktu pengambilan sampel) h/t Waktu (menit) 0,5 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 Kecepatan pengendapan (m/detik) 0,04 0,02 0,01 0,005 0,003 0,002 Kadar TSS (mg/L) 336 288 222 114 30 12 Fraksi konsentrasi partikel (TSS) tersisa 0,56 0,48 0,37 0,19 0,05

2. PLOTING GRAFIK KECEPATAN PENGENDAPAN PARTIKEL VS FRAKSI TERSISA

3. Hitung total removal pada kecepatan pengendapan 0,025 m/detik dengan persamaan: Vo = 0,025 m/detik Fo = fraksi partikel pada Vo = luasan di atas kurva antara 0 hingga Fo

a. Cari Fo dari Vo yang diketahui

b. Cari luas daerah di atas kurva b. Cari luas daerah di atas kurva. Kurva dibagi menjadi beberapa segmen dan dibuat dalam bentuk segi empat

c. Hitung luas daerah di atas kurva sebagai berikut:  V dF =  V dF = 0,00401 0,04 0,002 0,00008 0,0025 0,0001 0,08 0,003 0,00024 0,005 0,0004 0,0075 0,0006 0,01 0,0008 0,06 0,014 0,00084 0,05 0,019 0,00095  V dF = 0,00401

d. Jadi penyisihan total adalah: R = 0,6504 ~ 65%

SEDIMENTASI TIPE II

PENGENDAPAN TIPE II ADALAH pengendapan partikel flokulen dalam suspensi, di mana selama pengendapan terjadi saling interaksi antar partikel. Kecepatan pengendapan partikel tidak bisa ditentukan dengan pers. Stoke's karena ukuran dan kecepatan pengendapan tidak tetap.

Besarnya partikel yang mengendap diuji dengan column settling test dengan MULTIPLE WITHDRAWAL PORTS SAMPLING POINT / PORT

Sampling dilakukan pada setiap port pada interval waktu tertentu, dan data REMOVAL (penyisihan) partikel diplot pada grafik H Sampling point / port H (KEDALAMAN) WAKTU

Tentukan waktu untuk mencari total removal H H3 H2 H1 RA RB RC RD RE Keterangan gambar: H1 : kedalaman di antara RB dan RC H2 : kedalaman di antara RC dan RD H3 : kedalaman di antara RD dan RE

TOTAL REMOVAL: Tentukan waktu (yang lain) untuk mencari total removal pada waktu tersebut (ulangi langkah di atas dua kali) Buat grafik hubungan total removal dengan waktu pengendapan   Buat grafik hubungan total removal dengan overflow rate

CONTOH SOAL Direncanakan sebuah bak pengendap dengan debit 7500 m3/hari untuk mengendapkan air baku dari sungai dengan SS 350 mg/l. Uji laboratorium dilakukan terhadap air tersebut dengan kolom pengendapan berdiameter 20 cm dan tinggi 300 cm. Pada setiap 60 cm terdapat port (sampling point). Hasil tes kolom adalah sebagai berikut:

Hasil tes yang tercatat pada tabel tersebut adalah kadar SS dalam mg/l Kedalaman (cm) Waktu (menit) 10 20 30 45 60 90 120 180 240 300 270 275 285 >350 170 195 250 125 165 215 225 100 150 160 190 50 110 135 155 40 Keterangan: Hasil tes yang tercatat pada tabel tersebut adalah kadar SS dalam mg/l Tentukan : 1. Waktu detensi dan surface loading agar diperoleh 65 % pengendapan 2. Diameter dan kedalaman bak

PENYELESAIAN Ubah data laboratorium menjadi % removal: Keterangan: ~ pada kedalaman 300 cm, terjadi akumulasi lumpur. Kedalaman (cm) Waktu (menit) 10 20 30 45 60 90 31 51 64 71 86 89 120 23 44 53 57 69 83 180 21 29 39 54 61 74 240 19 36 46 56 300 ~

Plot tabel di atas sehingga membentuk grafik isoremoval:

Ambil waktu tertentu dan hitung penyisihan total pada waktu tersebut Ambil waktu tertentu dan hitung penyisihan total pada waktu tersebut. Misal : t = 16 menit RT = 33,3 %

Dengan cara yang sama , tentukan removal total pada t (waktu) yang lain, misal: 25, 40, 55, dan 80 menit. Hasilnya adalah: Waktu (menit) % RT 16 33,3 25 43,3 40 51,2 55 61,0 80 67,7

PLOT HUBUNGAN % RT VS t Untuk mendapatkan 65% pengendapan, diperlukan waktu 64 menit (lihat gambar di atas).

Plot hubungan % RT VS surface loading Hitung surface loading (overflow rate) pada waktu-waktu di atas dengan rumus SL = H/t, di mana SL adalah surface loading, H adalah tinggi kolom, dan t adalah waktu yang dipilih. Plot hubungan % RT VS surface loading Waktu (menit) Surface loading (M3/hari-m2) % RT 16 270 33,3 25 172,8 43,3 40 108 51,2 55 78,5 61,0 80 54 67,7

PLOT HUBUNGAN % RT VS SURFACE LOADING Surface loading yang diperlukan untuk menghasilkan pengendapan 65% adalah 62 m3/hari-m2.

Berdasarkan pengolahan data dari hasil percobaan diperoleh: td = 64 menit Vo = 62 m3/hari-m2 Untuk disain, nilai dari hasil percobaan dikalikan dengan faktor scale up. Jadi: td = 64 menit x 1,75 = 112 menit Vo = 62 m3/hari-m2 x 0,65 = 40,3 m3/hari-m2

Luas permukaan bak AS = Q/Vo = (7500 m3/hari)/ 40,3 m3/hari-m2 = 186 m2 Bila bak berbentuk lingkaran, maka diameternya adalah 15,4 m Kedalaman bak = Volume bak / luas permukaan = td. Q / A =( 112 menit x 7500 m3/hari) /186 m2 x 1hari/1440 menit = 3,14 meter

TERIMA KASIH