DETAIL ENGINEERING DESIGN UNIT PRASEDIMENTASI

1. Gambaran Umum Primary Sedimentation (Prasedimentasi)

Primary Sedimentation dapat berupa bak circular atau rectangular dengan

kedalaman 2-5 m. Bak prasedimentasi ini berfungsi sebagai tempat pengendapan

partikel diskrit, seperti lempung, pasir, dan zat padat lainnya (memiliki spesific gravity

≥1,2 dan diameter ≤0,05 mm) yang mengendap secara gravitasi. Partikel diskrit adalah

partikel yang selama proses pengendapannya tidak berubah ukuran, bentuk, dan

beratnya.

Penggunaan unit prasedimentasi selalu ditempatkan pada awal proses

pengolahan air sehingga dapat dicapat penurunan kekeruhan. Prasedimentasi merupakan

bak pengendap material pasir dan lain-lain yang tidak tersaring pada screen, serta

merupakan pengolahan fisik yang kedua. Pada unit ini tidak ada penambahan bahan

kimia, dan pengendapan yang digunakan adalah pengendapan secara gravitasi. Dalam

pengoperasiannya, prasedimentasi dapat mengurangi zat padat (SS) sampai sebesar 50 –

75 %. Unit prasedimentasi direkomendasikan dalam pengolahan air baku dengan tingkat

kekeruhan lebih dari 10000 Ntu dengan penghilangan yang dapat dicapai dari 65-80%.

Unit prasedimentasi dibagi dalam empat zone, yaitu:

Zona inlet sebagai tempat memperkecil pengaruh transisi aliran dari influen ke

aliran steady yang terjadi di settling zone. Fungsi dari inlet zone ini agar proses

pengendapan yang terjadi di settling zone tidak terganggu.

Zona pengendapan sebagai tempat terjadinya pengendapan partikel diskrit sehingga

terpisah dari air baku.

Zona lumpur sebagai tempat menampung material/lumpur yang diendapkan di

settling zone.

Zona outlet tempat memeperkecil pengaruh transisi aliran dari settling zone ke aliran

effluen.

Gambar 1. Zona dalam Bak Pengendap I

Pemeliharaan rutin unit prasedimentasi merupakan kegiatan-kegiatan perawatan

yang bersifat pencegahan terhadap kerusakan dan dilaksanakan secara rutin dan

perbaikan atas unsur-unsur prasedimentasi yang mengalami kerusakan dilaksanakan

secara insidentil. Ruang lingkup pemeliharaan ini meliputi:

1. Pemekrisaan kondisi fisik bangunan prasedimentasi

2. Pemeriksaan sistem perpipaan dan katup-katup penguras lumpur

terhadap kebocoran

3. Pemeriksaaan dan kebersihan setiap sudut dari unit prasedimentasi

4. Pemeriksaaan kondisi fisik dan kelengkapan pada unit prasedimentasi

lainnya seperti: pintu air, pipa inlet, pipa outlet pipa penguras lumpur.

Kriteria Desain Bak Pengendap I Waktu detensi = 1 - 3 jam

Surface Loading (Vs) = 2 - 3 m/jam

Weir Loading = 25 - 500 m3/m3.hari (tipikal = 250 m3/m.hari)

NRE = < 2000

NFR = > 10-5

Slope Ruang Lumpur = 2% - 6%

Kadar Lumpur = 4 - 6%

Kedalaman Bak = 1 – 3 m

Perencanaan Bangunan Prasedimentasi

Direncanakan:

Q = 100 L/s = 0,1 m3/s

Jumlah unit = 2 unit

Q tiap unit = Q / jumlah unit = 1 m3/s : 2 = 0,05 m3/s

Waktu detensi = 2 jam

Viskositas Kinematis (ʋ) = 0,7716 x 10-6 m2/s (Suhu 32ᵒC)

Viskositas Dinamis (µ) = 0,827 x 10-3 N.s/m2

Kerapatan air (ρw) = 995 kg/m3

Gravitasi (g) = 9,81 m/s2

Panjang : Lebar = 2 : 1

Kedalaman (H) = 3 m

% removal yang diinginkan = 60 % dengan good performance

Maka di plotkan pada grafik permonce dibawah ini:

Gambar 2 Performance curves for settling basin of varying effectiveness(Sumber: Fair dan Geyer, 1981)

Berdasarkan grafik di atas untuk persen removal 60% maka:

Tes coloum dilakukan dengan ketinggian kolom 150 cm selama ¾ jam sehingga:

= 5,55 x 10-4 m/s

I. DED

a.Zona Pengendapan

Direncanakan:

Bak berbentuk rectangular

Perhitungan:

As = Q/Vs

= (0,05 m3/s) / 5,55 x 10-4 m/s

= 90 m2

Dimensi Zona Pengendapan, p : l = 2 : 1

A = p x l

90 = 2 l x l

90 = 2 l2

l = 6,71 m

p = 2 x l = 2 x 6,71 = 13,42 m

H = 3 m

Cek td

td = Volume : Q

= (p x l x H) : Q

= (13,42 x 6,71 x 3) m3: 0,05 m3/s

= 5402,892 s = 1,5 jam (OK!)

Kecepatan Horizontal

VH = Q / (l x H)

= 0,05 m3/s : (6,71 x 3) m2

= 2,48 x 10-3 m/s

Diameter partikel

(d) = =

= 2,17x10-5 m = 21,7 μm

Diketahui nilai k = 0,04 ; f = 0,02

Kontrol Penggerusan =

Vsc = 5,62 x 10-3 m/dt

Karena Vh < Vsc → tidak terjadi penggerusan ( OK ) dan Vh > Vs,

namun seharusnya Vh<Vs, supaya bisa mengendap dan Vh< Vsc agar tidak terjadi

penggerusan dan resuspensi.

Jari-jari Hidrolis (R)

R = (l x H) / (l + 2H)

= (6,71 x 3) / (6,71 + (2 x 3))

= 1,58 m

Cek Bilangan Reynold

NRE = (VH x R) : ʋ

= (2,48 x 10-3 x 1,58) / 0,7716 x 10-6

= 5078,28 > 2000 (Tidak OK)

Cek Bilangan Froud

NFR = VH2 : (g x R)

= (2,48 x 10-3)2 : (9,81 x 1,58)

= 3,97 x 10-7 < 10-5 (Tidak OK)

Karena NFr < 10-5 dan Nre > 2000, maka perlu dipasang perforated baffle di zona

inlet untuk mencegah aliran pendek dan agar alirannya menjadi lebih laminer

sehingga partikel mempunyai kesempatan mengendap yang lebih lama.

b. Zona Inlet

Saluran Pengumpul

Direncanakan

Q = 100 L/dt = 0,1m3/dtk

Saluranberbentuksegiempat

Waktudetensi (td) = 90 detik

Kedalamansaluran (H) = 0,225 m

Tebaldinding = 20 cm = 0,2 m

Freeboard = 0,3 m

Panjangsaluran (P) = (lebar 1 baksettling zone x jlhbak yang direncanakan) +

(tebaldinding x jlhdinding)

= (6,7 x 2) + (0,2 x 1) = 13,6 m

a. Dimensisaluranpengumpul :

V = Q x td

= 0,1m3/dt x 90 dt = 9 m3

V = A x H

A = m2

A = P x L

L = m

DimensiSaluranPengumpul :

Panjang (L) = 13,6 m

Lebar (W) = 2,9m

Kedalaman (H) = 0,225 + 0,3 = 0,525 m

Zona Inlet

Direncanakan:

Saluran Inlet Perforated Baffle, saluran berbentuk persegi panjang (saluran yang

dekat dengan perforate baffle)

Q saluran = 0,05 m3/s

V asumsi = 0,5 m/s

Lebar (b) : kedalaman (h) = 2 : 1

Luas (A) = Q/V

= 0,05 m3/s : 0,5 m/s = 0,1 m²

Kedalaman (h)

Luas (A) = b x h

0,1 m² = 2h²

h = 0,225 m

Lebar (b) = 2 x 0,225 m = 0,45 m

n = 0,015

jari – jari hidrolis (R) = (h x b) : (2h +b)

= (0,225 x 0,45) : (2. 0,225 + 0,45) = 0,1125 m

Slope (s)

v =

0,5 m/s =

s = 0,001

headloss saluran pembawa

Headloss mayor (hf)

V = (persamaan manning)

0,5 m/s =

Hf = 0,02 m

Head kecepatan (hv) =

=

Headloss total = hf + hv

= 0,02 m + 0,01274 m= 0,033 m

Pintu Air (Sesuai inlet)

Pada saluran inlet terdapat pintu air yang berfungsi untuk mengatur debit air

baku yang masuk kemasing – masing bak prasedimentasi.

Direncanakan :

Lebar pintu air = 0,45 m (Sesuai lebar saluran pembagi)

Q tiap pintu air = 0,05 m3/det (ada 2 pintu)

Tinggi muka air sebelum pintu air = 0,0225m

Perhitungan:

Q = K x μ x a x b x (2gh)½

0,05= 1 . 1. a . 0,45 (2 . 9,81 . 0,6)½

a = 0,0323 m

Jadi lebar pintu bukaan pintu air adalah 0,0323 m

Hsaluran =

= (0,02+ 0,013) = (0,033) = 0,011 m

Perforated Baffle

Direncanakan:

Diameter lubang = 15 cm = 0,15 m

Panjang baffle = lebar bak = 6,71 m

Tinggi baffle (H) = Tinggi bak = 3 m

Kecepatan melalui lubang (v) = 0,5 m/s

Perforated baffle diletakkan 0,8 m di depan inlet

Koefisien kontraksi (Cd) = 0,6 (0,5 – 0,6)

Perhitungan:

Luas tiap lubang (A) =

Luas baffle yang terendam air = b x h

= 6,71m x 3m = 20,13 m2

Luas total lubang (A total) =

Jumlah lubang (n) =

Susunan lubang

Horisontal = 3 buah

Vertikal = 3 buah

Jarak horisontal antar lubang (sh)

Jarak vertikal antar lubang

Cek nilai Nre pada tiap lubang

jari – jari hidrolis (R) = A : P = ¼ D

= ¼ x 0,15 m = 0,0375 m

Nre = (VH x R) : ʋ

= (2,48 x 10-3 x 0,0375)/0,7716 x 10-6

= 120, 53 (memenuhi)

N fr = (Vh2/(g x R))

= (2,48 x 10-3)2/ (9,81x0,0375)

= 1,6 x 10-5 (memenuhi)

Headloss melalui perforated baffle

Hf =

c. Zona Lumpur

Direncanakan:

Q = 100L/s = 0.1 m3/s

Jumlah unit = 2 unit

Q tiap unit = Q / jumlah unit

= 0.1 m3/s / 2 unit = 0,05m3/s

Specific gravity = 2,65 gr / cm3

Kadar SS = 600 mg /L

Ruang lumpur berbentuk limas terpancung dengan periode pengurasan 2 kali per hari

Efisiensi pengendapan = 60 %

Konsentrasi Diskrit dan grit = 90 % x Konsentrasi SS

Kadar air dalam lumpur = 95 %

Kadar SS kering dalam lumpur = 5 %

Berat jenis SS = 2650 kg/m³

Berat jenis air = 995 kg/m³

Perhitungan:

Konsentrasi Diskrit dan grit = 90 % x Konsentrasi SS

= 90 % x 600 mg /L = 540 mg/L

Sludge teremoval/terendapkan = 60 % x Konsentrasi Diskrit dan grit

= 60 % x 540 mg/L = 324 mg/L

Sludge lolos = 540 mg/L – 324 mg/L = 216 mg/L

Berat lumpur terendapkan = 324 mg/L x Q

= 324 mg/L x 0,05 m3/s x 86400/1000

= 1399,7 kg/hari

Berat air = (95 % / 5 %) x berat lumpur terendapkan

= (95 % / 5 %) x 1399,7 kg/hari

= 25194,6 kg/hari

Berat jenis lumpur = [berat jenis SS x 5%] + [berat jenis air x 95%]

= [25194,6 x 5%] + [995 x 95%]

= 2204,98 kg/m³

Volume lumpur = (berat lumpur + berat air)/berat jenis lumpur

=(1399,7kg/hari + 25194,6 kg/hari)/2204,98 kg/m³

= 12,1 m³/hari

Volume bak lumpur = volume lumpur/ banyaknya pengurasan

= 12,1 m³/hari / 2 kali/hari

= 6,05 m³

P1 = 6.7 m

L1 = 5 m

A1 = 33,5 m2

P2 = 5 m

L2 = 3 m

A2 = 15 m2

Volume grit storage =

h = 1,1 m

Pengurasan menggunakan pompa non – clogging centrifugal pump

Q pompa = 10 m³ / menit = 0.167 m³ /s

Waktu pengurasan (t) = Volume pasir / Q pompa

= 6,05 m³/10 m³ / menit = 0,605 menit

V asumsi pipa = 1 m/s

Luas (A) pipa = Q lumpur / v pipa

= 0.167 m³ /s / 1 m/s = 0,167 m²

Diameter pipa penguras =

V cek = Q/A

= 0.167 m³ /s / (1/4 π D²)

= 0.167 m³ /s / (1/4 π 0,5²)

= 0.85 m/s (memenuhi, <1 m/s)

Gambar 6.1 Penampang Ruang Lumpur

d. Zona Outlet

Weir dan gutter

Direncanakan:

Zona outlet bak prasedimentasi ini berupa weir dengan perencanaan sebagai berikut:

Weir Loading Rate ( WLR ) = 200 m3/m2.hari

= 2,3 x 10-3 m3/m2.s

Q = 100L/s = 0.1 m3/s

Jumlah unit = 2 unit

Q tiap unit = Q / jumlah unit

= 0.1 m3/s / 2 unit = 0,05 m3/s

Jumlah gutter = 6 buah

Perhitungan:

Panjang total weir (P) = Q / WRL

= 0,05 m3/s / 2,3 x 10-3 m3/m2.s

= 22 m

P1

P2

L1

L2

h

Lebar bak (B) = 6,7 m

Tebal weir (t) = 0,01 m

Lebar bak (B) = (n x b) + (n-1) x b

6,7 = (6 x b) + (6-1) x b

6,7 = 11 b

b ( lebar tiap weir) = 0,6 m

Panjang total weir (P) = (n x b) + (2n-2) x l

22 = (6 x 0,6) + (2(6) – 2) x l

22 = 3,6 + 10 x l

18,4 = 10 x l

l (panjang tiap weir) = 1,84 m

Jarak antar gutter = lebar weir (b)= 0,6 m

A. Tinggi air di atas weir (h)

Tinggi air di atas weir (h) = 0,0104 m = 1 cm

B. Dimensi saluran:

Q = 1,84 x b x h 3/2

0,05 m3/s = 1,84 x 2 x h 3/2

h = 0,2 m

Saluran Pengumpul

Direncanakan:

Q tiap saluran = 0,05m3/s

lebar : kedalaman = 2 : 1

Panjang saluran = lebar bak prasedimentasi = 6,7 m

Perhitungan:

Kedalaman (h)

Q = 1,375 x L x h3/2

0,05m3/s = 1,375 x 2h x h3/2

0,07 = h5/2

Kedalaman (h) = 0,3 m

Lebar (b) = 2 x 0,3 m = 0,6m

Dimensi saluran pengumpul:

Panjang( L ) = 6,7 m

Lebar( b ) = 0,6 m

Kedalaman + freeboard = 0,3 m + 0,3 = 0,6 m

Kecepatan dalam saluran pengumpul

V = Q / A

= 0,05 m3/s / ( 0,6 x 0,3 ) = 0,3 m /s

n = 0,015

jari – jari hidrolis (R) = (h x b)/(2h +b)

= (0,3 x 0,6)/(2. 0,3 + 0,6) = 0,15 m

Slope = Hf/L

v =

Slope (s) = 0,0015

Head loss (hf) = slope x L

= 0,0015 x 6,7 m = 0,01 m

Head kecepatan (hv) = = 0,015 m

Head loss total = hf + hv

= 0,01 m + 0,015 m = 0,025 m