filter cepat
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 Filter Cepat
1/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
67
BAB 4
FILTRASI
4.1. Umum
Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)
yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain
untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan
koloid. Pada pengolahan air minum, Filtrasi digunakan untuk menyaring air
hasil dari proses koagulasi flokulasi sedimentasi sehingga dihasilkan air
minum dengan kualitas tinggi. Di samping mereduksi kandungan zat padat,
filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa,
bau, besi dan mangan.
Pada filtrasi dengan media berbutir, terdapat tiga phenomena proses, yaitu :
1. Transportasi : meliputi proses gerak brown, sedimentasi, dan gaya tarik
antar partikel.
2. Kemampuan menempel : meliputi proses mechanical straining, adsorpsi
(fisik - kimia), biologis.
3. Kemampuan menolak : meliputi tumbukan antar partikel dan gaya tolak
menolak.
-
7/22/2019 Filter Cepat
2/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
68
4.2. Tipe Filter
Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, saringan pasir dapat
dibedakan menjadi dua yaitu Saringan pasir cepat dan Saringan pasir lambat
Saringan pasir cepat dapat dibedakan dalam beberapa kategori :
1. Menurut jenis media yang dipakai
2. Menurut sistem kontrol kecepatan filtrasi
3. Menurut arah aliran
4. Menurut kaidah grafitasi / dengan tekanan
5. Menurut pretreatment yang diperlukan.
4.2.1. Jenis-jenis filter berdasar sistem operasi dan media.
I. Jenis media Filter :
1. Single media : Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja
2. Dual media : misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit
3. Multi media : misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet.
1. Filter single media, filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir
kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas
sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.
Gambar 4.1 menjelaskan kedalaman pasir, kerikil sebagai media penyangga
dan sistem pematusan (under drain).
2. Filter dual media, sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di
lapisan bawah dan antharasit pada lapisan atas.
-
7/22/2019 Filter Cepat
3/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
69
Keuntungan dual media :
a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi (10 15 m/jam)
b. Periode pencucian lebih lama
c. Merupakan peningkatan filter single media (murah).
3. Multi media filter : terdiri dari anthrasit , pasir dan garnet atau dolomit, fungsi
multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan
sebagai penyaring.
Gambar 4.1 : Filter aliran secara gravitasi dengan kelengkapannya (Tom D.
Reynolds, 1992).
II. Sistem kontrol kecepatan :
1. Constant rate : debit hasil proses filtrasi konstan sampai pada level tertentu.
Hal ini dilakukan dengan memberikan kebebasan kenaikan level muka air di
atas media filter.
-
7/22/2019 Filter Cepat
4/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
70
2. Declining rate : debit hasil proses filtrasi menurun seiring dengan waktu
filtrasi, atau level muka air di atas media filter dirancang pada nilai yang
tetap.
III. Sistem aliran :
1. Aliran down flow (kebawah).
2. aliran upflow (keatas)
3. aliran horizontal.
IV. Kaidah pengaliran
1. Aliran secara grafitasi.
2. Aliran di bawah tekanan (pressure filter)
V. Pretreatment :
1. Kogulasi flokulasi sedimentasi.
2. Direct filtration.
Gambar 4.2. menjelaskan keadaan filter saat beroperasi dan pada saat
pencucian (back washing).
-
7/22/2019 Filter Cepat
5/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
71
Gambar 4.2 : Potongan filter saat operasi dan pencucian balik (back wash)
4.3. Media Filter dan Distribusi Pasir
Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet.
Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia.
Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan
(sieve analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva
akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif dan keseragaman media yang
diinginkan.
Effective Size (ES)atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media filter
bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang
besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 % dari fraksi
-
7/22/2019 Filter Cepat
6/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
72
berat, ini sering dinyatakan sebagai P10 (persentil 10). P10yang dapat dihitung
dari ratio ukuran rata- rata dan standar deviasinya.
Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka
keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran
diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran (size).
ES = P10= 282.1g
g
UC = P60/P10. = g1.535
Kriteria untuk keperluan filter pasir cepat atau rapid sand filter adalah :
Single media Pasir UC = 1,3 1,7.
ES = 0,45 0,7 mm
Untuk dual media :
Antrasit UC = 1,4 1,9
ES = 0,5 0,7.
Contoh Soal 4.1:
Distribusi ukuran dengan persen berat pasir lokal memiliki nilai ES = 0,031 cmdan UC = 2,3 diberikan pada tabel berikut. Suatu distribusi log-normal secaramemuaskan menjelaskan variasi ukuran medium sebagaimana diobservasi darigrafik pada gambar 4.3. Spesifikasi saringan pasir adalah ES(d10) = 0,05 cmdan UC = 1,4.
-
7/22/2019 Filter Cepat
7/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
73
Ukuran Bukaan(mm)
Berat kumulative(%)
Ukuran Bukaan(mm)
Berat kumulative(%)
0,149
0,178
0,210
0,249
0,297
0,350
0,419
0,500
0,2
1,0
3,0
5,1
8,9
15
12
30
0,59
0,71
0,84
1,00
1,19
1,41
1,68
40
60
72
85
92
97
99
Gambar 4.3. : Contoh distribusi kumulatif stock pasir
-
7/22/2019 Filter Cepat
8/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
74
Penyelesaian:
Ukuran d60adalah :
d60= U(d10) = 1,4 (0,05) = 0,70 cm
Prosentase stok pasir yang dapat digunakan adalah :
Puse= 2 (Pst60 Pst10) = 2 (60 30) = 60 %
Prosentase pasir yang terlalu kecil dapat dihitung dari :
Pf= Pst10 0,1 Puse= Pst10 0,2 (Pst60 Pst10)
= 30 % - 0,2 (60 % - 30 %) = 24 %
Dengan demikian diinginkan untuk menghilangkan 24 % dari ukuran pasirterkecil, yaitu pasir dengan ukuran lebih kecil dari 0,044 cm.
Prosentase ukuran pasir yang terlalu besar adalah :
Pc= 100 Pf- Puse= 100% 24% - 60% = 16 %.
Jadi 16 % ukuran pasir terbesar yang harus dibuang atau ukuran pasir di atas0,085 cm dihilangkan.
4.4. Hidrolika Filtrasi
Pada prinsipnya aliran pada media berbutir (filter pasir) dianggap sebagai aliran
dalam pipa berjumlah banyak, kehilangan tekanan dalam pipa akibat gesekan
aliran mengikuti persamaan Darcy Weisbach sbb :
gD
VLfh
c
L2
. 2
= (4.1)
dimana :
-
7/22/2019 Filter Cepat
9/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
75
hL = kehilangan tekanan akibat gesekan aliran,
L = panjang atau kedalaman media,
V = kecepatan aliran,
D = diameter kanal.
Porsi kehilangan tekanan pada media filter dapat ditentukan dengan
menggunakan percobaan Piezometri dalam skala laboratorium seperti terlihat
pada gambar 4.4a dan 4.4b.
Jika r besarnya jari jari hidrolis pada saluran pipa, maka :
4.4..
. 2 Dc
LDc
LD
pipabasahKeliling
pipaVolumer c =
== (4.2)
Porositas media dapat dinyatakan sebagai perbandingan :
mediabutiranvolumeronggaVolume
mediaronggaVolume
...
..
+= (4.3)
Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume
rongga Vv dapat dinyatakan sebagai :
ppv VNV .
1
=
(4.4)
Jika Ab luas permukaan butiran maka jari jari hidrolis r adalah :
61.
.
1
d
AN
VNr
bp
pp
=
=
(4.5)
-
7/22/2019 Filter Cepat
10/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
76
(a)
(b)
Gambar 4.4. : kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan peizemetri (b) profilkehilangan tekanan selama proses filtrasi.
-
7/22/2019 Filter Cepat
11/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
77
Dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga :
=
132 dDc (4.6)
Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) Va = (debit/luas area bak), maka
kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:
qv= (4.7)
untuk jenis media yang tidak bulat digunakan factor kebulatan , sehingga perlu
dikoreksi :
6
d
A
V
b
p = (4.8)
Dari rumus Darcy Weisbach untuk f = f, diperoleh persamaan Carman
Kozeny :
g
V
d
Lfh a
L
2
3
1'
=
(4.9)
Nilai f merupakan fungsi NRe(Ergun, 1952) :
75,11
150'Re
+
= Nf
(4.10)
Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang
diturunkan dengan rumus :
-
7/22/2019 Filter Cepat
12/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
78
VadVadN
.....Re
=
= (4.11)
dimana : = berat jenis
= viskositas dinamis
= viskositas kinematis.
Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran
media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb:
gd
VLC
h aD
L 4
2
..
..
067,1 = (4.12)
CD= koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds (Pers. 4.11).
Nilai koefisien drag untuk NRe< 1 : CD =Re
24
N
Untuk 1< NRe< 10
4
, nilai Koefisien drag : CD= 34,0
324
ReRe ++ NN
Untuk NRe > 104: CD = 0,4.
Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose
berubah menjadi :
= dxCgVLh Da
L 4
2
..067,1
(4.13)
dimana : x = fraksi berat partikel dengan ukuran d
-
7/22/2019 Filter Cepat
13/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
79
Contoh Soal 4.2 :
Sebuah bak filter single media dengan data sebagai berikut:
- Tebal media pasir, L = 60 cm
- Specific gravity pasir, Sg= 2,65
- Diameter pasir rata-rata, d = 0,45 mm
- Faktor bentuk pasir, = 0,82
- Porositas media pasir, = 0,45
- Rate filtrasi, Va= 8 m/jam
- Temperatur air = 28oC
Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut:
a. dengan persamaan Carman-Kozeny
b. dengan persamaan Rose
Penyelesaian:
1. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Carman-Kozeny
Persamaan Carman-Kozeny:
g
V
d
Lfh aL
2
3
1'
=
75,11
150'Re
+
=
Nf
NRe= (d Va) /
Pada T = 28oC, = 0,8363. 10-2gram/cm-detik dan = 0,9963 gram/cm3
NRe= (0,82 x 0,9963 x 0,045 x 800 / 3600) / 0,008363 = 0,977
f' = 150 x [(1- 0,45) / 0,977] +1,75 = 86,2
cm,981
2(800/3600)
30,45
0,451
0,045x0,82
6086,2x
Lh 58642=
=
2. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose
-
7/22/2019 Filter Cepat
14/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
80
CD= 24 / NRe= 24 / 0,977 = 24,565
53,32cm0,045
1
0,45
(800/3600)*60
981
24,565*
0,82
1,067h
4
2
L ==
Contoh soal 4.3:
Sebuah bak filter single media non uniform terstratifikasi dengan data sebagaiberikut:
- Tebal media pasir total, L = 60 cm
- Specific gravity pasir, Sg= 2,65
- Faktor bentuk pasir, = 0,82- Porositas media pasir, = 0,45
- Rate filtrasi, Va= 8 m/jam
- Temperatur air = 28oC
- Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut:
Diameter (mm % Berat
0,610,550,40
0,270,18
919,145,5
21,35,1
Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut
Penyelesaian:
Langkah penyelesaiannya adalah:
1. Hitung NReuntuk masing-masing diameter
2. Hitung CDuntuk masing-masing diameter (perhatikan nilai NRekarena rumusCDtergantung pada nilai NRe)
3. Hitung CD x / d untuk masing-masing diameter
-
7/22/2019 Filter Cepat
15/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
81
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut:
diameter (mm) % berat NRe CD CDx / d
0,61 9 1,324 21,071 3,11
0,55 19,1 1,194 23,187 8,05
0,4 45,5 0,868 27,637 31,44
0,27 21,3 0,586 40,947 32,30
0,18 5,1 0,391 61,420 17,40
92,30d
xCD = / mm
Jadicm88,47923,05*
0,45
(800/3600))
981
60(
0,82
1,067h
4
2
L ==
4.5. Hidrolika Pencucian dengan Aliran ke Atas ( Back Washing )
Saringan pasir cepat, setelah digunakan dalam kurun waktu tertentu akan
mengalami penyumbatan akibat tertahannya partikel halus dan koloid oleh
media filter. Tersumbatnya media filter ditandai oleh:
1. Penurunan kapasitas produksi
2. Peningkatan kehilangan energi (head loss) yang diikuti oleh kenaikan
muka air di atas media filter.
3. Penurunan kualitas air terproduksi.
-
7/22/2019 Filter Cepat
16/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
82
Gambar 4.5. : Kondisi filter saat terjadi penyumbatan.
Jika keadaan ini telah tercapai, seperti ditunjukkan oleh adanya head yang
negatif (Gb 4.5.), maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter cepat dapat
dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing), dengan kecepatan
tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan antar media.
Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang menempel pada
media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa bersama dengan
aliran air.
Pencucian Filter
Tujuan : melepaskan Lumpur yang menempel pada media pasir/antrasit dengan
aliran ke atas (upflow) hingga pasir/antrasit terekspansi.
Lama pencucian = 3 15 menit.
Untuk menghitung head pompa pencucian / tinggi menara, maka harus dihitung
headloss melalui media, dasar (under drain), sistem perpipaan pada saat filter
mencapai clogging (penyumbatan).
Ada tiga sistem pencucian filter :
-
7/22/2019 Filter Cepat
17/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
83
a. Menggunakan menara air
b. Pipa distribusi
c. Interfilter
d. Pompa backwash.
Jika keadaan ini telah tercapai, maka filter harus dicuci. Teknik pencucian filter
cepat dapat dilakukan dengan menggunakan aliran balik (back washing),
dengan kecepatan tertentu agar media filter terfluidisasi dan terjadi tumbukan
antar media. Tumbukan antar media menyebabkan lepasnya kotoran yang
menempel pada media, selanjutnya kotoran yang telah terkelupas akan terbawa
bersama dengan aliran air.
Persamaan kontinyuitas untuk partikel yang mengendap dan yang terekspansi
dapat disusun sebagai berikut :
Peep ALAL )1.(.)1.(. = (4.14)
L dan LE masing-masing adalah tinggi media mula-mula dan tinggi media
terekspansi. dan Eporositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas
permukaan bak filter dan Pberat jenis partikel.
Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan :
)1(
)1(
e
e LL
= (4.15)
untuk partikel yang seragam, menurut Fair & Geyer (1982) :
-
7/22/2019 Filter Cepat
18/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
84
22,0)(Vs
VBe= (4.16)
dimana : VB= kecepatan upflow back wash
Vs = kecepatan mengendap partikel.
Kombinasi persamaan (4.15) dan (4.16) di atas diperoleh persamaan:
])/(1[
)1(22.0
VsVLL
B
e
=
(4.17)
Contoh Soal 4.4
Saringan pasir cepat memiliki kedalaman media pasir 0,61 m. Spesific gravity =
2,65; faktor bentuk () = 0,82; porositas () = 0,45; Laju filtrasi = 1,7 lt/detik-m2suhu operasi = 25 C.
Data sieve analysis adalah sebagai berikut:
Sieve Size Berat tertahan (%) d (m)
14 2020 28
28 3232 3535 4242 4848 6060 65
65 100
0,878,63
26,3030,1020,647,093,192,161,02
0,00100060,0007111
0,00054220,00045720,00038340,00032250,00027070,00022740,0001777
Tentukanlah :
a. Kecepatan back wash yang diperlukan untuk ekspansi media
b. Debit aliran air yang diperlukan untuk ekspansi media
c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash
d. Tinggi ekspansi media pasir (LE)
-
7/22/2019 Filter Cepat
19/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
85
Penyelesaian :
a. Kecepatan aliran back wash untuk mengekspansi media ditentukan denganmengacu pada kecepatan pengendapan partikel terbesar. Kecepatanmengendap, Vs dapat dihitung dengan rumus berikut :
( )21
134
/
= dS
CgVs
s
D
Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus :
340324
,ReRe
++=NN
CD
dengan
sdVN =Re
Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0,0010006 m atau 0,1 Cm, dariGambar 4.6 (hubungan antara ukuran partikel dan kecepatan pengendapan),partikel dengan diameter 0,1 cm dan spesifik gravity 2,65 memiliki
kecepatan pengendapan sekitar 14 cm/s. Pada suhu 25 C viskositas air =0,8975 x 10-2Cm2/detik, nilai NRenya adalah :
9,127108975,0
141,082,02Re
==x
xxN
793,034,09,127
3
9,127
24=++=DC
det165,00010006,0
793,0
165,2
det
806,9
3
4 2/1
2
mmxx
mXVs =
=
a. Vb=Vs4,5= (0,165m/det)(0,45)4,5= 0,00454 m/det
b. Debit backwash = (0.00454 m/det)(1000 l/m3) = 4,54 l/det-m2
c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash :
( )( )Lh sL
= 1
( )( )( )LSs
= 11
( )( )( ) m5540m61045011652 ,,,, ==
d. Ketinggian ekspansi dihitung dengan menentukan porositas saatekspansi sebagai berikut:
454,0165,0
00454,0 22,022,0
=
=
=
s
eV
Vb
-
7/22/2019 Filter Cepat
20/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
86
Catatan: Untuk menghitung e, digunakan Vb yang sama untuk semuaukuran, yaitu 0,00454 m/det dan Vsmasing-masing ukuran pasir.
Untuk ukuran pasir yang lain dihitung dengan cara yang sama, diperolehhasil sebagai berikut:
SieveSize
Berat
tertahan(%)
d (m) NRe CDVs
(m/det) ee
x
114 2020 2828 3232 3535 4242 4848 6060 6565 100
0,878,6326,3030,1020,647,093,192,161,02
0,00100060,00071110,00054220,00045720,00038340,00032250,00027070,00022740,0001777
127,9109,6100,591,382,273,164,054,845,9
0,792890,845410,878050,916540,962701,019251,090391,182991,30922
0,1650,1350,1150,1040,0930,0830,0730,0640,054
0,4540,4740,4900,5020,5150,5280,5420,5580,579
0,01590,16420,51640,60490,42550,15030,06970,04890,0243
0200,21 = e
x
Maka tinggi ekspansi total adalah:
( ) ( )( )( ) mmx
LLe
e 673,0020,2610,0454,011
1 ==
=
Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I
-
7/22/2019 Filter Cepat
21/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
87
4.6. Dasar Filter dan Underdrain
Persyaratan :
a. dapat mendukung media di atasnya
b. distribusi merata pada saat pencucian
Untuk pencucian interfilter : headloss 20 30 cm (distribusi kurang merata pada
saat pencucian).
i. Dasar filter dapat terdiri dari sistem perpipaan yang tersusun dari lateral dan
manifold, dimana air diterima melalui lubang orifice yang diletakkan pada
pipa lateral.
ii. Kecepatan pencucian 36 m/jam (600 l/m2.menit), dengan tinggi ekspansi
sebesar 15 cm sehingga headloss = 25 cm.
iii. Manifold dan lateral ditujukan agar distribusi merata, headloss 1 3 m
dengan kriteria sistem manifold lateral :
a. Perbandingan luas orifice/filter = 0,0015 0,005
b. Perbandingan luas lateral/ orifice = 2 4
c. Perbandingan luas manifold/lateral = 1,5 3
d. Diameter orifice = 0,6 2 cm.
e. Jarak antara orifice = 7,5 30 cm
f. Jarak antara lateral = orifice.
Susunan media filter dan posisi underdrain dapat dilihat pada Gambar 4.1.
-
7/22/2019 Filter Cepat
22/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
88
4.7 . Filtrasi pada Pengolahan Air dan Air Buangan.
Perencanaan suatu sistem saringan pasir cepat untuk pengolahan air tergantung
pada tujuan pengolahan dan pre-treatment yang telah dilakukan pada air baku
sebagai influen filter.
Saringan pasir lambat adalah sistem filtrasi yang pertama kali digunakan untuk
pengolahan air, dimana sistem ini dikembangkan sejak tahun 1800 SM.
Prasedimantasi dilakukan pada air baku mendahului proses filtrasi.
Saringan pasir cepat selalu didahului dengan proses koagulasi flokulasi dan
pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspen yang terkandung dalam air
baku. Jika kekeruhan pada influen saringan pasir cepat berkisar 5 10 JTU
maka efisiensi penurunan kekeruhannya dapat mencapai 90 98 %. Standar
operasi saringan pasir cepat adalah 1,37 /det-m2namun sering dioprasikan pada
rentang beban hidrolik 2,04 3,4 /det-m2 .Pengembangan saringan pasir cepat
digunakan Informasi kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air
diberikan pada Tabel 4.1
Pada pengolahan air limbah filtrasi dipergunakan untuk pengolahan lanjut
(advance wastewater treatment), antara lain :
1. Penyaringan efluen dari secondary treatment secara biologis.
2. Penyaringan efluen dari secondary treatment yang diolah secara kimiawi.
3. Penyaringan air limbah segar yang telah diproses secara kimiawi.
-
7/22/2019 Filter Cepat
23/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
89
Pada pengolahan lanjut, umumnya digunakan filtrasi dengan dual media atau
mixed media. Karakteristik filter untuk pengolahan air limbah dijelaskan pada
Tabel 4.2.
Tabel 4.1 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan air bersih.
Karakteristik Nilai
rentang tipikal
I Single MediaA.Media pasir :
Kedalaman (mm) ES (mm) UC
B.Media anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC
C. Laju Filtrasi (l/det-m2)
610 7600,35 0,70
-
7/22/2019 Filter Cepat
24/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
90
Tabel 4.2 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan limbah.
Karakteristik Nilai
rentang tipikal
I. Dual MediaAnthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UCPasir Kedalaman (mm) ES (mm) UCLaju Filtrasi(l/det m2)
305 6100.8 - 2,01,3 1,8
150 3050,4 0,81,2 1,61,36 6,79
4601,21,6
3050,551,53,40
III. Mixed MediaAnthrasit :
Kedalaman (mm) ES (mm) UCPasir Kedalaman (mm) ES (mm) UCGarnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Laju Filtrasi(l/det m2)\
205 5101,0 2,01,4 1,8
205 4050,4 0,81,3 1,8
50 1500,2 0,61,5 1,81,36 6,79
4051,41,5
2550,51,6
1000,31,63,40
4.8. Rangkuman
1. Filtrasi adalah proses pemisahan padatan dari fluida yang membawanya
dengan menggunakan media berpori. Filtrasi dapat dilakukan dengan
menggunakan media berbutir .
2. Saringan pasir adalah filtrasi dengan menggunakan pasir dengan ukuran
tertentu sebagai media penyaring.
-
7/22/2019 Filter Cepat
25/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
91
3. Berdasarkan pada produksi air terolah saringan pasir dapat dibedakan
menjadi dua yaitu saringan pasir lambat dan saringan pasir cepat
4. Saringan pasir lambat menggunakan pasir dengan diameter berkisar antara
0,15 0,35 mm, dan laju penyaringan sebesar 0,1 0,3 m/jam, dan proses
yang terjadi secara phisik biologis - biokimia dengan waktu operasi 20
100 hari.
5. Saringan pasir cepat dapat menggunakan media tunggal, media ganda atau
multi media. Media tunggal digunakan pasir kwarsa saja, media ganda
digunakan pasir kwarsa dan antrasit, multi media digunakan pasir kwarsa,
anthrasit dan karbon aktif.
6. Saringan pasir cepat memiliki ukuran media pasir beriksar antara 0,5 2,0
mm, dengan laju aliran 5 15 m/jam dan waktu operasi berkisar antara 1 3
hari.
7. Selama proses filtrasi akan terjadi kehilangan tekanan (headloss) yang
dapat diprediksikan dengan menggunakan persamaan Rose dan Carman
Kozeny.
8. Media filtrasi ditetapkan berdasar pada nilai ukuran efektif (effective size,
ES) dan nilai keseragamannya (uniformity coefficient, UC).
Effective size (ES) adalah ukuran diameter media yang paling efektif dalam
menyaring air, biasanya pada diameter 10 % tebal media di bagian atas.
Uniformity coefficient (UC) merupakan angka keseragaman ukuran media
filter, yang diambil dengan cara diamter 10 % dibagi dengan diameter 60 %.
-
7/22/2019 Filter Cepat
26/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
92
9. Selama proses filtrasi berlangsung akan terjadi penurunan debit air produksi
akibat clogging atau pemampatan oleh kotoran yang tersaring dan tertahan
pada media yang menyebabkan diameter pori mengecil.
10. Pencucian media filter pada saringan pasir cepat dapat dilakukan dengan
pencucian aliran balik (backwashing), agar pasir terekspansi dan mengalami
fluidisassi sehingga terjadi benturan antar partikel pasir yang berakibat pada
lepasnya kotoran dari permukaan media dan terbawa bersama air cucian.
11. Kecepatan backwash minimum ditentukan berdasarkan pada nilai settling
velocity pasir dengan diameter terbesar.
12. Filter pasir dilengkapi dengan fasilitas underdrain untuk mengalirkan air
terolah. Under drain terdiri dari lateral dan manifold.
4.9. Soal-soal
1. Sebuah filter dual media terdiri atas pasir dan antrasit dengan spesifikasi
sebagai berikut:
Parameter Media Pasir: Media Antrasit
Ketebalan
Diameter partikel
Specific gravity
Faktor bentuk
Porositas
60 cm
0,045 cm
2,65
0,82
0,45
40 cm
0,1 cm
1,20
0,75
0,55
Bila total headloss yang terjadi pada kedua media adalah 55 cm (hL pasir+ hL
antrasit= 55 cm), hitunglah rate filtrasinya pada temperatur 28oC.
-
7/22/2019 Filter Cepat
27/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
93
2. Gambar berikut adalah potongan memanjang filter dengan dua macam pasir:
Data media filter:
Media Ketebalan Ukuranpartikel
Porositas Faktorbentuk
Pasir I 40 cm 0,45 mm 42 % 0,75Pasir II 35 cm 0,50 mm 45 % 0,75
Headloss total di media penyangga dan underdrain= 4 cm
Tentukan ukuran bak filter (panjang, lebar)!
3. Berikut adalah data pengamatan filtrasi selama 24 jam:
Waktu (jam) 1 2 4 6 8 12 16 20 24
Kekeruhan
efluen (NTU)
0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,5 2,0 4,0
Porositas (%) 0,48 0,48 0,45 0,42 0,40 0,38 0,34 0,30 0,28
Pertanyaan:
a. Bila kekeruhan efluen maksimum adalah 1 NTU, tentukan filter run
b. Pada headloss berapakah filter harus di-backwash?
(Data media pasir: L= 60 cm, d= 0,045 cm, Sg= 2,65, = 0,82, rate
filtrasi= 10 m/jam, T= 27oC)
4. Media filter dengan ketebalan bed 60 cm dibackwash dengan rate 1,1
cm/detik. Porositas media 0,4. Hitunglah tinggi media terekspansi dan
headlossnya jika ukuran butiran media adalah sebagai berikut:
40 cm
-
7/22/2019 Filter Cepat
28/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
94
Diameter rata-rata (cm) % berat pasir
0,112
0,077
0,050
0,035
0,021
2,25
10,00
30,50
30,25
7,00
5. Filter cepat beroperasi pada kecepatan 8 m/jam. Jenis filter adalah single
media pasir dengan spesifikasi sebagai berikut :
Densitas media s= 2.650 kg/m3
Faktor bentuk = 0,82
Porositas = 0,4
Tebal media L = 60 cm
Distribusi Media :
Diameter (mm) Fraksi berat %
0,3
0,6
0,8
1,0
1,2
10
16
24
30
20
a. Proses Filtrasi :
Berapa nilai P10, P60, P90
Berapa nilai ES , UC
Berapa head loss filtrasi
Gambarkan kurva headloss filtrasi pada setiap lapis media
b. Proses Backwash :
Berapa kecepatan mengendap pasir terbesar (mm/dt)
Berapa nilai porositas ekspansi(e) di setiap ukuran media pasir
-
7/22/2019 Filter Cepat
29/29
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
Berapa tinggi expansi media pasir (cm)
Berapa headloss akibat backwash
Bagaimana menentukan tinggi menara backwash, gambarkan bagian
tekanan headlossnya
4.10. Bahan Bacaan :
1. Fair, Gordon M, John. C Geyer, dan Daniel A. Okun, Water and Wastewater
Engineering, Volume 2 : Water Purification and Wastewater Treatment and
Disposal, John Wiley and Sons Inc. New York, 1981.
2. Rich, Linvil G.,) Unit Operations of Sanitary Engineering, John Wiley & Sons,
Inc., 1974.
3. Reynolds Tom D. dan Paul A. Richards, Unit Operations and Processes in
Environmental Engineering, PWS Publishing Company,20 Park Plaza, MA
12116, 1996.
4. Huisman, L, Rapid Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands,
1994.
5. Huisman, L Slow Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, 1994.
6. Droste, Ronald L., Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment,
John Wiley & Sons, Inc., 1997.