Bab 4 Satuan Operasi BAB 4 FILTRASI. Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas)

Transkripsi

1 BAB 4 FILTRASI 4.1. Umum 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, 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. 67

2 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 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. 68

3 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. 69

4 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). 70

5 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 71

6 berat, ini sering dinyatakan sebagai P 10 (persentil 10). P 10 yang 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). μ g ES = P 10 = σ g UC = P 60 /P 10. = σ g 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 cm dan UC = 2,3 diberikan pada tabel berikut. Suatu distribusi log-normal secara memuaskan menjelaskan variasi ukuran medium sebagaimana diobservasi dari grafik pada gambar 4.3. Spesifikasi saringan pasir adalah ES(d 10 ) = 0,05 cm dan UC = 1,4. 72

7 Ukuran Bukaan (mm) Berat kumulative (%) Ukuran Bukaan (mm) Berat kumulative (%) 0,149 0,2 0, ,178 1,0 0, ,210 3,0 0, ,249 5,1 1, ,297 8,9 1, , , , , , Gambar 4.3. : Contoh distribusi kumulatif stock pasir 73

8 Penyelesaian: Ukuran d 60 adalah : d 60 = U(d 10 ) = 1,4 (0,05) = 0,70 cm Prosentase stok pasir yang dapat digunakan adalah : P use = 2 (P st60 P st10 ) = 2 (60 30) = 60 % Prosentase pasir yang terlalu kecil dapat dihitung dari : P f = P st10 0,1 P use = P st10 0,2 (P st60 P st10 ) = 30 % - 0,2 (60 % - 30 %) = 24 % Dengan demikian diinginkan untuk menghilangkan 24 % dari ukuran pasir terkecil, yaitu pasir dengan ukuran lebih kecil dari 0,044 cm. Prosentase ukuran pasir yang terlalu besar adalah : P c = 100 P f - P use = 100% 24% - 60% = 16 %. Jadi 16 % ukuran pasir terbesar yang harus dibuang atau ukuran pasir di atas 0,085 cm dihilangkan Hidrolika 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 : h L 2 LV. = f (4.1) D 2g c dimana : 74

9 h L L V D = kehilangan tekanan akibat gesekan aliran, = panjang atau kedalaman media, = kecepatan aliran, = 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 : r 2 Volume. pipa D L Dc = c = Keliling. basah. pipa 4 Dc. L 4 = (4.2) Porositas media ε dapat dinyatakan sebagai perbandingan : Volume. rongga. media ε = (4.3) Volume. rongga + volume. butiran. media Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume rongga Vv dapat dinyatakan sebagai : ε V v = N p. V 1 ε p (4.4) Jika Ab luas permukaan butiran maka jari jari hidrolis r adalah : ε N r = 1 ε N p p. V p. A b ε d = 1 ε 6 (4.5) 75

10 (a) ( b) Gambar 4.4. : kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan peizemetri (b) profil kehilangan tekanan selama proses filtrasi. 76

11 Dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga : 2 ε = d 3 1 ε Dc (4.6) Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) V a = (debit/luas area bak), maka kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut: q v = (4.7) ε untuk jenis media yang tidak bulat digunakan factor kebulatan ψ, sehingga perlu dikoreksi : V A p b d = Ψ (4.8) 6 Dari rumus Darcy Weisbach untuk f = ¾ f, diperoleh persamaan Carman Kozeny : h L = L 1 ε Va f ' 3 ψd ε g 2 (4.9) Nilai f merupakan fungsi N Re (Ergun, 1952) : 1 ε f ' = ,75 N Re (4.10) Bilangan Reynold, N Re merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang diturunkan dengan rumus : 77

12 N Re Ψ. d. Va Ψ. ρ. d. Va = = (4.11) υ μ dimana : ρ = berat jenis υ = viskositas dinamis μ = viskositas kinematis. Persamaan Rose, berdasarkan percobaan, untuk filter dengan satu ukuran media diperoleh persamaan kehilangan tekanan saat clean filter sbb: h = CD. LV. a 1,067 ψ. d. ε g (4.12) L 4 2 C D = koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds (Pers. 4.11). Nilai koefisien drag untuk N Re < 1 : C 24 D = N Re Untuk 1< N Re < , nilai Koefisien drag : C D = + + 0, 34 N N Re Re Untuk N Re > 10 4 : C D = 0,4. Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose berubah menjadi : h LV. a = 1,067 ψ. ε g L 4 2 CD x d (4.13) dimana : x = fraksi berat partikel dengan ukuran d 78

13 Contoh Soal 4.2 : Sebuah bak filter single media dengan data sebagai berikut: - Tebal media pasir, L = 60 cm - Specific gravity pasir, S g = 2,65 - Diameter pasir rata-rata, d = 0,45 mm - Faktor bentuk pasir, Ψ= 0,82 - Porositas media pasir, ε = 0,45 - Rate filtrasi, V a = 8 m/jam - Temperatur air = 28 o C 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: h L = L 1 ε Va f ' 3 ψd ε g 2 1 ε f ' = ,75 N Re N Re = (Ψρ d V a ) / μ Pada T = 28 o C, μ = 0, gram/cm-detik dan ρ = 0,9963 gram/cm 3 N Re = (0,82 x 0,9963 x 0,045 x 800 / 3600) / 0, = 0,977 f' = 150 x [(1-0,45) / 0,977] +1,75 = 86,2 (800/3600) 2 h ,45 86,2x = = 42, cm L 0,82 x 0,045 0, Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose 79

14 C D = 24 / N Re = 24 / 0,977 = 24,565 h 1,067 24,565 (800/3600) = * 60 * 0, , ,045 L = 53,32cm Contoh soal 4.3: Sebuah bak filter single media non uniform terstratifikasi dengan data sebagai berikut: - Tebal media pasir total, L = 60 cm - Specific gravity pasir, S g = 2,65 - Faktor bentuk pasir, Ψ = 0,82 - Porositas media pasir, ε = 0,45 - Rate filtrasi, V a = 8 m/jam - Temperatur air = 28 o C - Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut: Diameter (mm 0,61 0,55 0,40 0,27 0,18 % Berat 9 19,1 45,5 21,3 5,1 Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut Penyelesaian: Langkah penyelesaiannya adalah: 1. Hitung N Re untuk masing-masing diameter 2. Hitung C D untuk masing-masing diameter (perhatikan nilai N Re karena rumus C D tergantung pada nilai N Re ) 3. Hitung C D x / d untuk masing-masing diameter 80

15 Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut: diameter (mm) % berat N Re C D C D x / 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 C x D = 92,30 / mm d Jadi 1, (800/3600) hl = ( ) * 923,05 = 88,47 cm 0, , 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. 81

16 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 : 82

17 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 : L. A.(1 ε ) ρ = L. A.(1 ε ) ρ (4.14) p e e P L dan L E masing-masing adalah tinggi media mula-mula dan tinggi media terekspansi. ε dan ε E porositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas permukaan bak filter dan ρ P berat jenis partikel. Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan : (1 ε ) L e L (1 ε ) = (4.15) e untuk partikel yang seragam, menurut Fair & Geyer (1982) : 83

18 ε = V 0,22 ( B e ) (4.16) Vs dimana : V B = kecepatan upflow back wash Vs = kecepatan mengendap partikel. Kombinasi persamaan (4.15) dan (4.16) di atas diperoleh persamaan: L e (1 ε ) = L [1 ( V / Vs) B 0.22 ] (4.17) Contoh Soal 4.4 Saringan pasir cepat memiliki kedalaman media pasir 0,61 m. Spesific gravity = 2,65; faktor bentuk (Ψ) = 0,82; porositas (ε) = 0,45; Laju filtrasi = 1,7 lt/detik-m 2 suhu operasi = 25 C. Data sieve analysis adalah sebagai berikut: Sieve Size Berat tertahan (%) d (m) ,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02 0, , , , , , , , , 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 (L E ) 84

19 Penyelesaian : a. Kecepatan aliran back wash untuk mengekspansi media ditentukan dengan mengacu pada kecepatan pengendapan partikel terbesar. Kecepatan mengendap, Vs dapat dihitung dengan rumus berikut : 4g Vs = ( S 1) d s 3C D 1 / 2 Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus : C D 24 = N Re + 3 N Re + 0, 34 dengan N Re = Ψ dv s ν Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0, m atau 0,1 Cm, dari Gambar 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 10-2 Cm 2 /detik, nilai N Re nya adalah : N 0,82x0,1x14 2 0,8975x10 Re = = 127,9 C D = , ,34 = 0, ,9 1 / 2 4 9,806m 2,65 1 m V s = X x x0, m = 0, det 0,793 det a. V b =V s ε 4,5 = (0,165m/det)(0,45) 4,5 = 0,00454 m/det b. Debit backwash = ( m/det)(1000 l/m 3 ) = 4,54 l/det-m 2 c. Kehilangan tekanan pada saat awal back wash : h L ρ ρ ρ s = 1 ( ε )( L) ( 1 )( ε )( L) = 1 S s = ( 2, 65 1)( 1 0, 45)( 0, 61m) = 0, 554m d. Ketinggian ekspansi dihitung dengan menentukan porositas saat ekspansi sebagai berikut: V b ε e = V s 0,22 0,00454 = 0,165 0,22 = 0,454 85

20 Catatan: Untuk menghitung ε e, digunakan V b yang sama untuk semua ukuran, yaitu 0,00454 m/det dan V s masing-masing ukuran pasir. Untuk ukuran pasir yang lain dihitung dengan cara yang sama, diperoleh hasil sebagai berikut: Berat Sieve Vs x tertahan d (m) N Size Re C D ε (m/det) e (%) 1 ε e ,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02 0, , , , , , , , , ,9 109,6 100,5 91,3 82,2 73,1 64,0 54,8 45,9 0, , , , , , , , , ,165 0,135 0,115 0,104 0,093 0,083 0,073 0,064 0,054 0,454 0,474 0,490 0,502 0,515 0,528 0,542 0,558 0,579 0,0159 0,1642 0,5164 0,6049 0,4255 0,1503 0,0697 0,0489 0,0243 x 1 ε = 2,0200 Maka tinggi ekspansi total adalah: x Le = ε ( 1 ε ) L = ( 1 0,454)( 0,610m)( 2,020) = 0, m e e Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I 86

21 4.6. Dasar Filter dan Underdrain Persyaratan : a. dapat mendukung media di atasnya b. distribusi merata pada saat pencucian Untuk pencucian interfilter : headloss 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/m 2.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

22 4.7. 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 %. Standar operasi saringan pasir cepat adalah 1,37 /det-m 2 namun sering dioprasikan pada rentang beban hidrolik 2,04 3,4 /det-m 2.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. 88

23 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 Media A.Media pasir : Kedalaman (mm) ES (mm) UC B.Media anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC C. Laju (l/det-m 2 ) II. Dual Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju (l/det m 2 ) III. Mixed Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju (l/det m 2 ) ,35 0,70 <1, ,70 0,75 <1,75 1,36 3, ,9 1,1 1,6 1, ,45 0,55 1,5 1,7 2,04 5, ,95 1,0 1,55 1, ,45 0,55 1,5 1, ,20 0,35 1,6 2,0 2,72 6, ,6 <1, ,75 <1,75 2, ,0 1, ,5 1,6 3, ,0 <1, ,50 1, ,20 <1,6 4,08 89

24 Tabel 4.2 : Kriteria perencanaan media filter untuk pengolahan limbah. Karakteristik Nilai rentang tipikal I. Dual Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju (l/det m 2 ) III. Mixed Media Anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC Laju (l/det m 2 )\ ,0 1,3 1, ,4 0,8 1,2 1,6 1,36 6, ,0 2,0 1,4 1, ,4 0,8 1,3 1, ,2 0,6 1,5 1,8 1,36 6, ,2 1, ,55 1,5 3, ,4 1, ,5 1, ,3 1,6 3, Rangkuman 1. adalah proses pemisahan padatan dari fluida yang membawanya dengan menggunakan media berpori. dapat dilakukan dengan menggunakan media berbutir. 2. Saringan pasir adalah filtrasi dengan menggunakan pasir dengan ukuran tertentu sebagai media penyaring. 90

25 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 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 %. 91

26 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 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 (h L pasir + h L antrasit = 55 cm), hitunglah rate filtrasinya pada temperatur 28 o C. 92

27 2. Gambar berikut adalah potongan memanjang filter dengan dua macam pasir: 40 cm Data media filter: Media Ketebalan Ukuran partikel Porositas Faktor bentuk Pasir I 40 cm 0,45 mm 42 % 0,75 Pasir 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) Kekeruhan 0,5 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,5 2,0 4,0 efluen (NTU) 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, Ψ = 0,82, rate filtrasi= 10 m/jam, T= 27 o C) 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: 93

28 Diameter rata-rata (cm) 0,112 0,077 0,050 0,035 0,021 % berat pasir 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 ρ s = kg/m 3 Faktor bentuk Ψ = 0,82 Porositas ε = 0,4 Tebal media L = 60 cm Distribusi Media : Diameter (mm) Fraksi berat % 0,3 10 0,6 16 0,8 24 1,0 30 1,2 20 a. Proses : Berapa nilai P 10, P 60, P 90 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 (ε e ) di setiap ukuran media pasir 94

29 Berapa tinggi expansi media pasir (cm) Berapa headloss akibat backwash Bagaimana menentukan tinggi menara backwash, gambarkan bagian tekanan headlossnya 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, Rich, Linvil G.,) Unit Operations of Sanitary Engineering, John Wiley & Sons, Inc., Reynolds Tom D. dan Paul A. Richards, Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, PWS Publishing Company,20 Park Plaza, MA 12116, Huisman, L, Rapid Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, Huisman, L Slow Sand Filtration, Lecture Notes, IHE Delft Netherlands, Droste, Ronald L., Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment, John Wiley & Sons, Inc.,