BAB 1 PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah Perusahaaan Daerah Air Minum (PDAM) merupakan perusahaan milik daerah yang bergerak di bidang pengolahan dan perindustrian air bersih bagi masyarakat umum. Beberapa fasilitas yang dimiliki dalam pemprosesan air bersih antara lain: intake, menara air baku, clarifier, bangunan pengaduk cepat (Rapid Mixing), bangunan pengaduk lambat (Slow Mixing), bangunan filtrasi, dan reservoir. Semua peralatan-peralatan tersebut dapat dioperasikan melalui sistem komputer yang ada. Selain berbagai macam peralatan, PDAM juga menggunakan bahan kimia seperti kaporit dan tawas dalam proses pengolahan air bersih. Terdapat beberapa tahapan proses pengolahan air bersih yaitu: penyaringan dan pengendapan, koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filtrasi dan desinfeksi. Salah satu dari proses pengolahan air bersih tersebut adalah sedimentasi. Gambar 1.1. Proses pengolahan Air bersih Di dalam proses sedimentasi partikel-partikel atau flok-flok yang terbentuk dari flokulasi akan mengendap pada bak sedimentasi. Pada bak sedimentasi dilengkapi tube settler yang bertujuan untuk mempercepat proses pengendapan. Sedimentasi adalah peristiwa pengendapan material batuan yang telah diangkut oleh tenaga air atau angin. Pada saat pengikisan terjadi, air membawa batuan mengalir ke sungai, danau, dan akhirnya sampai di laut. Pada saat kekuatan pengangkutannya berkurang atau habis, batuan diendapkan di daerah aliran air.

2 Gambar 1.2. Proses Sedimentasi Berdasarkan pada jenis partikel dan kemampuan partikel untuk berinteraksi, sedimentasi dapat diklasifikasikan ke dalam empat tipe, yaitu: 1. Sedimentasi tipe I/ Plain Settling/Discrete particle Sedimentasi tipe I merupakan pengendapan partikel diskret, yaitu partikel yang dapat mengendap bebas secara individual tanpa membutuhkan adanya interaksi antar partikel. Sebagai contoh sedimentasi tipe I adalah pengendapan lumpur kasar pada bak prasedimentasi untuk pengolahan air permukaan dan pengendapan pasir pada grit chamber. 2. Sedimentasi tipe II (Flocculant Settling) Sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel flokulen dalam suspensi, di mana selama pengendapan terjadi saling interaksi antar partikel. Selama operasi pengendapan, ukuran partikel flokulen bertambah besar, sehingga kecepatannya juga meningkat. Sebagai contoh sedimentasi tipe II adalah pengendapan partikel hasil proses koagulasi-flokulasi pada pengolahan air minum maupun air limbah. 3. Sedimentasi tipe III dan IV/Hindered Settling (Zone Settling) Sedimentasi tipe III adalah pengendapan partikel dengan konsentrasi yang lebih pekat, di mana antar partikel secara bersama-sama saling menahan pengendapan partikel lain disekitarnya. Karena itu pengendapan terjadi secara bersama-sama sebagai sebuah zona dengan kecepatan yang konstan. Pada bagian atas zona terdapat interface yang memisahkan antara massa partikel yang mengendap dengan air jernih. Sedimentasi tipe IV merupakan kelanjutan dari sedimentasi tipe III, dimana terjadi pemampatan (kompresi) massa partikel hingga diperoleh konsentrasi lumpur yang tinggi. Sebagai contoh sedimentasi tipe III dan IV ini adalah pengendapan lumpur biomassa pada final clarifier setelah proses

3 lumpur aktif.tujuan pemampatan pada final clarifier adalah untuk mendapatkan konsentrasi lumpur biomassa yang tinggi untuk keperluan resirkulasi lumpur ke dalam reactor lumpur aktif (Anonim, 2007). Ada dua kelompok cara mengangkut sedimen dari batuan induknya ke tempat pengendapannya, yakni supensi (suspended load) dan bedload tranport. 1. Suspensi Dalam teori segala ukuran butir sedimen dapat dibawa dalam suspensi, jika arus cukup kuat. Akan tetapi di alam, kenyataannya hanya material halus saja yang dapat diangkut suspensi. Sifat sedimen hasil pengendapan suspensi ini adalah mengandung prosentase masa dasar yang tinggi sehingga butiran tampak mengambang dalam masa dasar dan umumnya disertai memilahan butir yang buruk. Cirilain dari jenis ini adalah butir sedimen yang diangkut tidak pernah menyentuh dasar aliran. 2. Bedload Transport Berdasarkan tipe gerakan media pembawanya, sedimen dapat dibagi menjadi: a. Endapan arus traksi Arus traksi adalah arus suatu media yang membawa sedimen didasarnya. Pada umumnya gravitasi lebih berpengaruh dari pada yang lainya seperti angin atau pasang-surut air laut. Sedimen yang dihasilkan oleh arus traksi ini umumnya berupa pasir yang berstruktur silang siur, dengan sifat-sifat seperti pemilahan baik, tidak mengandung masa dasar dan ada perubahan besar butir mengecil ke atas (fining upward) atau ke bawah (coarsening upward) tetapi bukan perlapisan bersusun (graded bedding). b. Endapan arus pekat (density current) Sistem arus pekat dihasilkan dari kombinasi antara arus traksi dan suspensi. Sistem arus ini biasanya menghasilkan suatu endapan campuran antara pasir, lanau, dan lempung dengan jarang-jarang berstruktur silangsiur dan perlapisan bersusun. Arus pekat (density) disebabkan karena perbedaan kepekatan (density) media. Ini bisa disebabkan karena perlapisan panas, turbiditi dan perbedaan kadar garam. Karena gravitasi, media yang lebih pekat akan bergerak mengalir di bawah media yang lebih encer. Dalam geologi, aliran arus pekat di dalam cairan dikenal dengan

4 nama turbiditi. Sedangkan arus yang sama di dalam udara dikenal dengan nuees ardentes atau wedus gembel, suatu endapan gas yang keluar dari gunung api. c. Endapan Suspensi Endapan dari suspensi pada umumnya berbutir halus seperti lanau dan lempung yang dihembuskan angin atau endapan lempung pelagik pada laut dalam. Selley (1988) membuat hubungan antara proses sedimentasi dan jenis endapan yang dihasilkan. Kenyataan di alam, transpor dan pengendapan sedimen tidak hanya dikuasai oleh mekanisme tertentu saja misalnya arus traksi saja atau arus pekat saja, tetapi lebih sering merupakan gabungan berbagai mekanisme. Bahkan dalam berbagai hal, merupakan gabungan antara mekanik dan kimiawi. Beberapa sistem seperti itu seperti sistem arus traksi dan suspensi, sistem arus turbit dan pekat dan sistem suspensi dan kimiawi. Tranportasi pada sedimentasi adalah suatu proses pengangkutan material dari satu tempat ke tempat lain melalu aliran arus atau media yang kemudian material tersebut terhenti dan terendapkan. Partikel dalam fluida dapat bergerak dengan tiga mekanisme sebagai berikut: Menggelinding atau disebut rolling bergerak di dasar aliran udara atau air yang bersentuhan langsung dengan permukaan dasar. Saltasi atau disebut saltation bergerak melompat dimana secara periode meninggalkan permukaan dasar dan terangkut dalam tubuh fluida kemudian kembali ke dasar lagi. Suspensi atau disebut dengan suspension bergerak di dalam fluida karena turbulensi di dalam aliran.

5 Gambar 1.3. Mekanisme pergerakan partikel dalam Fluida Dari persoalan proses sedimentasi pada air, maka peneliti akan melakukan analisis proses sedimentasi pada air dengan cara memodelkan proses sedimentasi tersebut ke dalam bentuk Matematika. Model memegang peranan penting di bidang ilmu pengetahuan. Biasanya dari segi ekonomi untuk menghemat waktu dan biaya ataupun komoditi berharga lainnya. Pemodelan bisa juga dilakukan untuk menghindari resiko kerusakan sistem nyata. Dengan demikian sebuah model diperlukan bilamana percobaan dengan sistem nyata menjadi terhalang karena mahal, berbahaya ataupun merupakan sesuatu yang tidak mungkin untuk dilakukan. Model matematika adalah representasi ideal dari sistem nyata yang dijabarkan atau dinyatakan dalam bentuk simbol dan pernyataan matematik. Dengan kata lain, model matematika merepresentasikan sebuah sistem dalam bentuk hubungan kuantitatif dan logika, berupa suatu persamaan matematika. Pada model matematika replika atau tiruan dari feomena atau peristiwa alam dideskripsikan melalui satu set persamaan matematika. Kecocokan model terhadap fenomena alam yang dideskripsikan tergantung dari ketepatan formulasi persamaan matematika nya. Pada persoalan ini, pemodelan akan mengubah proses sedimentasi pada air ke dalam bentuk Matematika untuk memudahkan mencari solusi dari persoalan tersebut. Berdasarkan latar belakang tersebut, maka peneliti memilih judul penelitian ini dengan Pemodelan Proses Sedimentasi pada Air.

6 1.2 RUMUSAN MASALAH Dari persoalan proses sedimentasi pada air maka rumusan masalah yang akan diteliti adalah bagaimana memodelkan proses sedimentasi pada air. 1.3 BATASAN MASALAH Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memodelkan persoalan sedimentasi pada air berdasarkan faktor-faktor yang mempengaruhi, 2. Sedimentasi di asumsikan sebagai lumpur, 3. Efek-efek viskos diabaikan, 4. Untuk sifat kohesi dan adhesi tidak diperhatikan, 5. Diasumsikan air mengalir dan tidak berputar, aliran tak mampumampat, dan aliran laminar. 1.4 TUJUAN PENELITIAN Tujuan dari penelitian ini adalah membuat model proses sedimentasi pada air dalam bentuk persamaan Matematika sehingga dapat digunakan untuk menghitung distribusi konsentrasi partikel padat yang terdapat pada air. 1.5 MANFAAT PENELITIAN Manfaat dari penelitian ini adalah 1. Memberikan suatu gambaran proses sedimentasi pada air 2. Memperluas pengetahuan tentang memodelkan sesuatu ke dalam bentuk Matematika. 1.6 METODOLOGI PENELITIAN Penelitian ini adalah penelitian literatur yang disusun dengan langkahlangkah sebagai berikut: 1. Studi pendahuluan, 2. Tahap analisis, 3. Membuat kesimpulan dan Menyusun laporan penelitian.

7 1.7 KERANGKA PENELITIAN Berikut adalah kerangka penelitian yang akan dilakukan dari keterangan metodologi penelitian : Sedimentasi Menentukan faktor-faktor yang mempengaruhi Sedimentasi pada Air Menentukan faktor-faktor yang akan digunakan Memberikan asumsi-asumsi untuk setiap faktor Menentukan kondisi awal dan batas Memodelkan ke dalam bentuk Matematika Daftar Pustaka