STUDI PERENCANAAN SISTEM PERPIPAAN AIR LIMBAH DENGAN METODE SELF CLEANSING DI UNIVERSITAS BRAWIJAYA

Transkripsi

1 STUDI PERENCANAAN SISTEM PERPIPAAN AIR LIMBAH DENGAN METODE SELF CLEANSING DI UNIVERSITAS BRAWIJAYA Muhammad Zahid Abdurrahman 1, Widyo Pranoko 2, Very Dermawan 3 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 2 Konsultan Perencana PT. Hidro Energi Mandiri 3 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang, Jawa Timur, Indoensia emzahid.mza@gmail.com ABSTRAK: Universitas Brawijaya sebagai sebuah Lembaga Pendidikan dan Penelitian diharuskan untuk dapat mengolah limbah cair yang dihasilkan dalam setiap unit kegiatannya. Instalasi Pengelolaan Air Limbah (IPAL) direncanakan secara terpusat dengan dua zona pelayanan 1 dan 2 yang dilengkapi dengan sistem perpipaan. Dalam studi ini direncanakan sistem perpipaan pada zona pelayanan satu. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa limbah yang dihasilkan sebesar 14,75 liter/detik dan didapatkan debit rencana pipa sebesar 17,70 liter/detik. Dari debit tersebut direncanakan sistem perpipaan dengan desain pipa agar air limbah dapat mengalir menuju IPAL secara self cleansing. Selain itu juga direncanakan manhole sebagai bak kontrol saluran dan sebagai titik pertemuan air limbah dari setiap sumber limbah. Dari perencanaan yang telah diperhitungkan maka didapatkan Rencana Anggaran Biaya (RAB) yang dibutuhkan sebesar Rp ,00. Kata Kunci: sisterm perpipaan, ari limbah, self cleansing, manhole ABSTRACT: Brawijaya University as an Education and Research Institution is required to be able to process the waste water that generated in each unit of its activities. The plan of Installation of Waste water Management is centralized with two service zones 1 and 2 that equipped with piping systems. This study focus on piping system of service zone wich is zone 1. From the results of calculation obtained that the waste water generated for liters / sec and discharge of pipeline plan of liters / sec. From the discharge of piping system, it is designed that the pipeline for waste water can flow to the Installation of Wastewater Management by self cleansing. It also planned the manhole as channel control and as a junction of waste water from each source of waste. From the planning that has been taken, obtained that the Budget Plan required of Rp ,00. Keywords: piping system, wastewater, self cleansing, manhole PENDAHULUAN Universitas Brawijaya (UB) sebagai Lembaga Pendidikan dan Penelitian di Kota Malang menghasilkan berbagai macam limbah cair pada setiap unit kegiatannya. Dengan jumlah Mahasiswa UB sebesar orang serta Dosen dan Tenaga Pendidikan berjumlah sehingga total

2 penghuni Universitas Brawijaya orang, tentu menghasilkan limbah Manusia dalam jumlah yang besar. Selain itu juga dari kegiatan penelitian dan pendidikan yang dilakukan menghasilkan limbah cair yang lebih kompleks. Universitas Brawijaya sebagai pusat studi dan penelitian yang ada di Malang memiliki program Green Campus. Salah satu upaya untuk mencapai hal tersebut yakni dengan diberlakukannya penanganan limbah sesuai dengan ketentuan yang ada. Sehingga UB akan merencanakan Instalasi Pengolahan Air Limbah (IPAL) untuk mengolah limbah cair tersebut. IPAL yang direncanakan yakni secara terpusat dibagi menjadi dua zona pelayanan. Air limbah yang tersebar pada gedung-gedung yang ada perlu untuk dialiri menuju IPAL yang direncanakan secara terpusat tersebut menggunakan sistem perpipaan air limbah yang direncanakan mengalir secara self cleansing. Dalam studi ini direncanakan sistem perpipaan air limbah pada zona pelayanan satu yakni gedung-gedung diantaranya 11 fakultas (Teknik (Industri, Mesin, Elektro), Ekonomi dan Bisnis, Ilmu Sosial dan Ilmu Politik, Hukum, MIPA, Peternakan, Kedokteran Gigi, Ilmu Budaya, Pertanian, Perikanan dan Ilmu Kelautan, Kedokteran), Perpustakaan Pusat dan Rektorat. Dari zona tersebut maka dapat dihitung debit air limbah yang dihasilkan sehingga dengan memperhatikan ruang yang tersedia dan kontur tanah di lapangan direncanakan desain pipa yang dapat mengaliri air limbah secara self celansing. Selain desain pipa (diameter dan kemiringan) juga direncanakan manhole sebagai titik pengumpul air limbah dari gedung-gedung dan sebagai bak kontrol saluran. Dari perencanaan fisik yang sudah diketahui direncanakan pula Rencana Anggaran Biaya yang dibutuhkan untuk pelaksanaan proyek ini. BAHAN DAN METODE Universitas Brawijaya yang menjadi lokasi studi terletak di Kota Malang Provinsi Jawa Timur. Secara administratif berbatasan dengan Kelurahan Dinoyo pada sisi Utara, Kelurahan Sumbersari pada sisi Selatan, Kelurahan Penanggungan pada sisi Timur, dan Kelurahan Ketawanggede. Lebih tepatnya lokasi pipa air limbah yang direncanakan meliputi zona pelayanan satu terdiri dari 11 fakultas (Teknik (Industri, Mesin, Elektro), Ekonomi dan Bisnis, Ilmu Sosial dan Ilmu Politik, Hukum, MIPA, Peternakan, Kedokteran Gigi, Ilmu Budaya, Pertanian, Perikanan dan Ilmu Kelautan, Kedokteran), Perpustakaan Pusat dan Rektorat yang akan dialiri menuju IPAL terpusat yang terletak di daerah yang saat ini merupakan Gazebo Raden Wijaya. Zona 1 Gambar 1 Denah Lokasi Studi Sumber : Tim IPAL UB (2015) Zona 2 Dalam studi ini diperlukan data-data pendukung yakni diantaranya data peta topografi, data peta sebaran limbah cair, data jumlah civitas academica, dan data limbah laboratorium. Pada studi ini dalam analisisnya dibagi menjadi beberapa tahap sebagai 1. Menghitung debit air limbah manusia dan laboratorium yang dihasilkan pada setiap gedung dan besaran air limbah yang masuk menuju manhole. 2. Merencanakan jaringan perpipaan yang mencakup zona pelayanan rencana dengan memperhatikan kondisi kontur tanah di lapangan sehingga dapat mengalir menuju IPAL secara gravitasi.

3 3. Menghitung desain pipa yang tepat yakni diantaranya menghitung diameter sesuai dengan kebutuhan debit air limbah dan kemiringan pipa. 4. Menghitung kebutuhan manhole yang dibutuhkan dan merencanakan dimensi desainnya dengan memperhatikan kondisi di. 5. Menghitung kebutuhan anggaran biaya yang dibutuhkan dalam pelaksanaan perencanaan sistem perpipaan ini. Air limbah yang dihasilkan merupakan air limbah dari limbah manusia dan limbah laboratorium yang setelah diberikan pre treatment kemudian dialiri melalui pipa yang direncanakan dalam studi ini, berikut skema pengolahan air limbah: Gambar 2 Skema Pengaliran dan Pengolahan Limbah Cair Berikut tahapan perhitungan air limbah yang dihasilkan: 1. Perhitungan debit air limbah manusia yang didapat dari penggunaan air bersih per kapita per hari manusia yang diasumsikan dalam studi ini sebesar 150 liter/hari. Debit air limbah manusia yang dihasilkan sebesar 10% dari debit per kapita per hari dengan jumlah manusia yang hadir di kampus per harinya sebesar 60% dari total jumlah civitas academica UB. 2. Dari debit air limbah yang sudah diperhitungkan dikalikan dengan fkator puncak dengan indikator jumlah manusia yang dilayani pada tiap manhole nya dengan mengacu pada grafik pada gambar Gambar 3 Rasio Puncak Aliran Tiap Jam Untuk Desain Aliran Rata-Rata Sumber: Illionis dkk (2014: 10-6) 3. Setelah didapat debit limbah manusia pada tiap manhole dijumlahkan dengan debit limbah laboratorium yang berdasarkan hasil survei. 4. Setelah didapatkan total debit limbah, agar pipa air limbah yang direncanakan berada pada kondisi yang dapat terus mengallir maka perlu ditambahkan debit penggelontor yang dalam studi ini direncanakan sebesar 20% dari total debit air limbah yang dihasilkan. Selanjutnya perencanaan sistem jaringan perpipaan berdasarkan peta kontur dan sejajar dengan saluran drainase. Dari sistem jaringan perpipaan yang telah direncanakan tersebut kemudian dapat ditentukan bahan, desain, kemiringan pipa dengan cara sebagai 1. Menetukan diameter minimum pipa mengacu kepada debit rencana yang dihasilkan dengan asumsi kemiringan pipa sejajar dengan kemiringan tanah dan bahan pipa yang dipilih adalah PVC menggunakan rumus (1) dengan: D = diameter pipa N = koefisien kekasaran bahan pipa menurut manning

4 Qf = debit air pada pipa dalam kondisi penuh (perbandingan debit puncak dengan perbandingan debit pada Gambar 4) S = kemiringan pipa Gambar 4 Elemen Hidraulika Untuk Saluran Pembuangan Bulat Sumber: Ramaswamy (2016:17) 2. Dari diameter minimum pipa yang didapatkan ditentukan diameter pipa dengan pertimbangan untuk pengembangan di waktu yang akan datang dan ketersediaan ukuran pipa di pasaran. 3. Dengan diameter rencana yang sudah ada dihitung kemiringan pipa dengan cara trial and error dengan percobaan kemiringan awal sejajar permukaan tanah sehingga tercapai kemiringan yang dapat mengaliri butiran sampai IPAL. Berikut persamaan Chezy yang digunakan (Priyantoro: 1987): (2) C = 18.log (3) V = C.(h.S) 0,5 (4) Dengan: kerapatan butiran (kg/m 3 ) kerapatan air (kg/m 3 ) g = percepatan gravitasi (m/dt 2 ) D = diameter partikel (m) = tegangan geser (kg/m.dt 2 ) h = tinggi air (m) S = kemiringan dasar saluran (m/m) (5) C = konstanta yang tergantung dari kondisi aliran, bentuk partikel dan posisi partikel terhadap partikel yang lain Ks = kekasaran butiran (m) 4. Dengan kemiringan yang didapatkan maka penanaman pipa pun bisa diperhitungkan kedalamannya, jumlah pipa yang dibutuhkan, dan volume galian dan timbunan tanah. Selanjutnya perencanaan desain dan jumlah manhole dapat ditentukan dengan interval m pipa pada saluran lurus dan pada tiap belokan pipa (Polinema, 2012). Dari perencaan pipa yang sudah diperhitungkan juga perlu untuk dilakukan analisa profil hidraulis dengan beberapa persamaan Persamaan Bernoulli (Priyantoro, 1991:8): 2 2 p1 v1 p2 v2 h1 h2 h L 2g 2g (6) dengan: p p 1, 2 w w = tinggi tekan di titik 1 dan 2 (m) 2 2 v1 v2, 2g 2g = tinggi energi di titik 1 dan 2 (m) P 1, P 2 = tekanan di titik 1 dan 2 (kg/m 2 ) γ w = berat jenis air (kg/m 2 ) V 1, V 2 = kecepatan aliran di titik 1 dan 2 (m/detik) g = perecepatan gravitasi (m/detik 2 ) h 1, h 2 = tinggi elevasi di titik 1 dan 2 (m) h L = kehilangan tinggi tekan dalam pipa (m) Persamaan Hazen Williams (Priyantoro, 1991) dengan: Q = debit aliran pada pipa ( ) (7) (8)

5 R A S = koefisien kekasaran pipa Hazen- Williams (Tabel 1) = jari-jari hidraulis (m), dengan persamaan = luas penampang aliran (m²), dengan persamaan (9) = kemiringan garis hidraulis (m/m), dengan persamaan = kehilangan tinggi tekan mayor (m) D = diameter pipa (mm) L = panjang pipa (m) Tabel 1 Koefisien Kekasaran Hazen- Williams ( ) Pipe Materials C HW Asbestos Cement 140 Brass Brick sewer 100 Cast Iron New Unlined years old years old years old years old Concrete or concrete lined Steel forms 140 Wooden forms 120 Centrifugally spun 135 Copper Galvanized iron 120 Glass 140 Lead Plastic (PVC) Steel Coal-tarenamel lined New Unlined Riveted 110 Tin 130 Vitrified clay Wood stave 120 Sumber: Priyantoro (1991:20) dengan: (10) = kehilangan energi minor (m) v = kecepatan aliran (m/detik) g = percepatan gravitasi (m/detik 2 ) k = koefisien kehilangan tinggi minor Tabel 2 Koefisien Kehilangan Tinggi Minor Awalmasuk ke pipa Bell 0,03-0,05 Melengkung 0,12-0,25 Membelok tajam 0,5 Projecting 0,8 Koefisien Kehilangan Tinggi Minor Belokan Haslu Radius belokan/d=4 0,16-0,18 Radius belokan/d=2 0,19-0,25 Radius belokan/d=1 0,35-0,4 Sumber : Bentley (2007: ) Setelah semua perencanaan fisik diketahui bisa dihitung Rencana Anggaran Biaya (RAB) yang dibutuhkan untuk pengerjaan dan pengadaan/ penyewaan alat dan bahan yang dibutuhkan. HASIL DAN PEMBAHASAN Berikut rekapitulasi jumlah orang pada tiap titik: Tabel 3 Rekapitulasi Jumlah Civitas Academica dan Limbah Laboratorium Pada Tiap Titik Titik SS SS1-02 Jumlah Org Limbah Lab (liter/hari) SS ,450 SS SS SS ,000 SS

6 Titik Jumlah Org SS SS SS SS1-11 Limbah Lab (liter/hari) Berikut ini jaringan perpipaan yang direncanakan: SS ,515 SS1-13 Sumber: Data UB dan Kuisoner (2016) Berdasarkan data diatas didapatkan debit air limbah yang dihasilkan dan debit rencana pada tiap titik: Tabel 4 Perhitungan Debit Rencana Titik QManhole (ltr/det) Q gelontor (1) (2) (3) (4) SS1-01 0,442 Qrencana 0,0034 SS1-02 0,442 0,0034 SS1-03 4,030 0,0070 SS1-04 5,211 0,0082 SS1-05 6,355 0,0093 SS1-06 6,819 0,0098 SS1-07 6,819 2,950 0,0098 SS1-08 6,855 0,0098 SS1-09 9,223 0,0122 SS1-10 9,740 0,0127 SS1-11 9,740 0,0127 SS ,752 0,0177 SS ,752 0,0177 (2): (Fp x 60% x jml Manusia x 10% x 150 ltr/det) + Qlab (3): 20% x Total Qlimbah (4): (2) + (3) Gambar 5 Jaringan Perpipaan Air Limbah Sumber: Hasil Perencanaan Selanjutnta perhitungan desain pipa dengan kemiringan tanah diketahui dan data lainnya: Berat jenis air = 1000 kg/m 3 Berat jenis kotoran = 1100 kg/m 3 Percepatan gravitasi (g) = 9,81 m/dt 2 Diameter partikel (d) = 0,051 m (data lapangan dengan trial and error) Kekasaran butiran (ks) = 0,006 m (data lapangan dengan trial and error) n manning pipa PVC = 0,012 d/d= 0,8; Qp/Qf = 0,980 Perhitungan secara lengkap sebagai Tabel 5 Perhitungan Diameter Minimum Qp S Tanah Qf Diameter Minimum (m) (1) (2) (3) (4) (5) P1 0,003 0,010 0,0035 0,083 P2 0,003 0,011 0,0035 0,082 P3 0,007 0,003 0,0071 0,140 P4 0,008 0,002 0,0083 0,156 P5 0,009 0,002 0,0095 0,164 P6 0,010 0,013 0,0100 0,119 P7 0,010 0,005 0,0100 0,139 P8 0,010 0,004 0,0100 0,145 P9 0,012 0,015 0,0124 0,126

7 Qp S Tanah Qf Diameter Minimum (m) (1) (2) (3) (4) (5) P10 0,013 0,015 0,0129 0,128 P11 0,013 0,015 0,0129 0,128 P12 0,018 0,015 0,0181 0,145 (4): (2)/0,980 (5): Persamaan (1) Setelah didapatkan kemiringan minimum kemudian dipilih diameter pipa sebesar 165 mm dengan alasan pengembangan. Selanjutnya dihitung dengan metode trial and error kemiringan pipa yang dapat mengalirkan butiran limbah menuju IPAL. Berikut hasil perhitungannya: Tabel 6 Perhitungan Kemiringan Slope To Tcr Ket (1) (2) (8) (9) (10) P1 0,003 4,71 4,60 Butiran bergerak P2 0,003 5,08 4,60 Butiran bergerak P3 0,007 5,13 5,06 Butiran bergerak P4 0,008 5,28 5,15 Butiran bergerak P5 0,009 5,42 5,27 Butiran bergerak P6 0,010 8,97 5,06 Butiran bergerak P7 0,010 5,35 5,33 Butiran bergerak P8 0,010 5,35 5,33 Butiran bergerak P9 0,012 11,34 5,15 Butiran bergerak P10 0,013 11,74 5,19 Butiran bergerak P11 0,013 11,74 5,19 Butiran bergerak P12 0,018 14,32 5,40 Butiran bergerak (3): Persamaan (2) (4): Persamaan (5) (5): To<Tcr butiran diam, To>Tcr butiran bergerak Selanjutnya perhitungan penanaman pipa sebagai Tabel 7 Perhitungan Kedalaman Penanaman Panja ng ( m.) Jml (4m)' Kedalaman (m) Awal Akhir Volum e Tanah (m 3 ) (1) (2) (3) (4) (5) (6) P1 63,5 16 2,00 2,00 63,46 P2 83,3 21 2,00 2,01 83,79 P3 20,9 5 2,01 2,09 21,82 P4 67,7 17 2,09 2,41 81,71 P5 36,5 9 2,41 2,57 46,85 P6 63,8 16 2,57 2,57 82,00 P7 33,6 8 2,57 2,58 43,32 P8 63,6 16 2,58 2,68 85,05 P9 67,3 17 2,68 2,67 89,71 P10 73,4 18 2,67 2,67 97,98 P11 84,8 21 2,67 2,67 113,34 P12 90,6 23 2,67 2,67 121,12 Total 748, ,60 930,15 (3): (2)/4m (5): Panjang pipa x Kemiringan pipa; dengan kedalaman pipa awall 4 m (6): (luas kedalaman awal x panjang) + (selisih luas kedalaman akhir dengan awal x panjang) Dengan panjang saluran dan jaringan perpipaan yang sudah diketahui dapat ditentukan jumlah manhole sebagai Jumlah= Panjang saluran/intervalmanhole = 748,69/60 = 12,48; dibulatkan 12 manhole Selanjutnya dihitung analisa hidraulis pipa yang sudah direncanakan sebagai

8 Tabel 8 Perhitungan Energi Aliran Pada V (m/det) Total Hl Ek (1) (2) (3) (4) (5) P1 1,10 0,01 0,06 10,25 P2 1,14 P3 1,12 P4 1,13 P5 1,13 P6 1,52 P7 1,11 P8 1,11 P9 1,71 P10 1,73 P11 1,73 P12 1,86 H 0,02 0,07 9,58 0,03 0,06 8,67 0,08 0,07 8,54 0,06 0,06 8,09 0,11 0,12 7,90 0,06 0,06 7,06 0,09 0,06 6,87 0,13 0,15 6,57 0,16 0,15 5,46 0,18 0,15 4,38 0,35 0,18 3,17 0,18 1,68 Total 1,37 88,22 Sumber: Hasil Perhtiungan (2017) (2): Persamaan (7) (3): kehilangan tinggi mayor dan minor (4): energi kinetik: V 2 /2g (5): tinggi energi didapat dari total energi dikurang kehilangan energi (Hl) Setelah semua perencanaan fisik telah didapatkan desainnya selanjutnya perhitungan besaran Rencana Anggaran Biaya dengan hasil rekapitulasi sebagai Tabel 9 Rekapitulasi Rencana Anggaran Biaya Jumlah Harga (Rp) No. Uraian Kegiatan A. Pekerjaan Gali Tanah Biasa ,00 B. Pekerjaan Urug Tanah ,60 C. Pekerjaan Pemadatan Tanah ,00 No. Uraian Kegiatan Jumlah Harga (Rp) D. Pemasangan PVC ,00 Pengadaan dan E. Aksesoris ,25 F. Pengadaan Manhole ,00 G. Pengadaan Pompa ,00 Jumlah ,85 PPN 10% ,29 Jumlah+PPN 10% ,14 Dibulatkan ,00 Terbilang: Empat Ratus Tiga Puluh Juta Sembilan Ratus Tujuh Belas Ribu Delapan Ratus Rupiah KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan dapat disimpulkan sebagai 1. Dari hasil perhitungan debit air limbah pada zona pelayanan 1 perencanaan pipa air limbah di Universitas Brawijaya dapat diketahui besarnya total debit air limbah yang dihasilkan sebesar 14,752 liter/detik yang berasal dari debit limbah laboratorium yang tersebar dan limbah manusia pada setiap gedungnya. Sehingga didapatkan debit rencana dengan ditambahkan debit penggelontor sebesar 2,950 liter/detik menjadi 17,702 liter/detik. 2. Sistem pengumpulan air limbah yang digunakan adalah sistem terpusat melalui pipa induk yang berada sejajar dengan saluran drainase. induk akan mengaliri air limbah yang diterima pada setiap manhole terdekat dari zona 1 yakni terdiri dari 11 fakultas (Teknik (Industri, Mesin, Elektro), Ekonomi dan Bisnis, Ilmu Sosial dan Ilmu Politik, Hukum, MIPA, Peternakan, Kedokteran Gigi, Ilmu Budaya, Pertanian, Perikanan dan Ilmu Kelautan, Kedokteran), Perpustakaan Pusat dan Rektorat serta limbah dari seluruh laboratorium pada zona tersebut menuju IPAL 1 yang terletak pada Gazebo Raden Wijaya UB. 3. Dari hasil perhitungan menggunakan rumus manning, Chezy, dan grafik perbandingan d/d maka didapat desain pipa limbah rencana. 4. Dari hasil analisa dan perhitungan maka didapatkan kebutuhan manhole sepanjang

9 saluran sebanyak 12 buah dengan memperhatikan kondisi eksisting di lapangan dan di akhir terdapat terjunan menuju IPAL. 5. Total biaya yang dibutuhkan untuk perencanaan perpipaan air limbah pada zona pelayanan satu di Universitas Brawijaya ini sebesar Rp ,00. DAFTAR PUSTAKA 1. Bentley, M.(2007). User s Guide WaterCAD v8 for Windows WATERBUY CT. USA: Bentley Press. 2. Illionis, dkk.(2014). Recommended Standards For Wastewater Facilities. Albany: Health Research, Inc. rstandards.pdf. (diakses tanggal 16 Januari 2017). 3. Politeknik Negeri Malang.(2012). Materi Praktek Drainase: Dasar- Dasar Kerja Drainase. Malang: Polinema. 4. Priyantoro, D.(1991). Hidraulika Saluran Tertutup. Malang: Universitas Brawijaya. 5. Priyantoro, D.(1987). Teknik Pengangkutan Sedimen. Malang: Universitas Brawijaya. 6. Ramaswamy, J. N.(2016). Design of Sanitary Sewers. Morrisville:PDH Enterprise,LLC. m/courses/design%20of%20sanitary% 20Sewers%20Course.pdf. (diakses tanggal 1 Maret 2017).