Bab 4 FILTRASI baru - - Get a Free Blog Here
Transcript of Bab 4 FILTRASI baru - - Get a Free Blog Here
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.
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.
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.
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).
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
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
72
berat, ini sering dinyatakan sebagai P10 (persentil 10). P10 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).
ES = P10 = 282.1g
g
σ
μ
UC = P60/P10. = σg1.535
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 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(d10) = 0,05 cm dan UC = 1,4.
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
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
74
Penyelesaian:
Ukuran d60 adalah :
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 pasir terkecil, 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 atas 0,085 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
VLfhc
L 2. 2
= (4.1)
dimana :
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
LDcLD
pipabasahKelilingpipaVolumer c =
∏∏
== (4.2)
Porositas media ε dapat dinyatakan sebagai perbandingan :
mediabutiranvolumeronggaVolumemediaronggaVolume
.....
+=ε (4.3)
Jika Vp volume partikel media, Np jumlah partikel media, maka total volume
rongga Vv dapat dinyatakan sebagai :
ppv VNV .1
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
=ε
ε (4.4)
Jika Ab luas permukaan butiran maka jari – jari hidrolis r adalah :
61..
1d
ANVN
rbp
pp ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
=ε
εε
ε (4.5)
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
76
(a)
(b)
Gambar 4.4. : kehilangan tekanan pada filter, (a) percobaan peizemetri (b) profil kehilangan tekanan selama proses filtrasi.
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
77
Dari persamaan 2 diperoleh r = Dc/4, sehingga :
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛−
=ε
ε13
2 dDc (4.6)
Pendekatan terhadap laju aliran (flow rate) Va = (debit/luas area bak), maka
kecepatan air dalam pipa v dapat dihitung sebagai berikut:
εqv = (4.7)
untuk jenis media yang tidak bulat digunakan factor kebulatan ψ, sehingga perlu
dikoreksi :
6d
AV
b
p Ψ= (4.8)
Dari rumus Darcy – Weisbach untuk f’ = ¾ f, diperoleh persamaan Carman –
Kozeny :
gV
dLfh a
L
2
3
1' ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=εε
ψ (4.9)
Nilai f’ merupakan fungsi NRe (Ergun, 1952) :
75,11150'Re
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
Nf ε (4.10)
Bilangan Reynold, NRe merupakan fungsi diameter dan kecepatan aliran yang
diturunkan dengan rumus :
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
78
μρ
υVadVadN .....
ReΨ
=Ψ
= (4.11)
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:
gdVLC
h aDL 4
2
....
067,1εψ
= (4.12)
CD = koefisien drag yang besarnya tergantung bilangan Reynolds (Pers. 4.11).
Nilai koefisien drag untuk NRe < 1 : CD = Re
24N
Untuk 1< NRe< 104, nilai Koefisien drag : CD= 34,0324
ReRe
++NN
Untuk NRe > 104 : CD = 0,4.
Untuk media terstratifikasi dengan porositas yang seragam persamaan Rose
berubah menjadi :
∑=d
xCg
VLh Da
L 4
2
..
067,1εψ
(4.13)
dimana : x = fraksi berat partikel dengan ukuran d
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, Ψ= 0,82
- Porositas media pasir, ε = 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:
gV
dLfh a
L
2
3
1' ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=εε
ψ
75,11150'Re
+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
Nf ε NRe = (Ψρ d Va) / μ
Pada T = 28oC, μ = 0,8363. 10-2 gram/cm-detik dan ρ = 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
0,4510,045 x 0,82
6086,2xLh 58642=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −=
2. Perhitungan headloss menggunakan persamaan Rose
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
80
CD = 24 / NRe = 24 / 0,977 = 24,565
53,32cm0,045
10,45
(800/3600)*60
98124,565*
0,821,067h
4
2
L ==
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, Sg = 2,65
- Faktor bentuk pasir, Ψ = 0,82
- Porositas media pasir, ε = 0,45 - Rate filtrasi, Va = 8 m/jam - Temperatur air = 28oC - Diameter pasir terdistribusi sebagai berikut:
Diameter (mm % Berat 0,61 0,55 0,40 0,27 0,18
9 19,1 45,5 21,3 5,1
Hitunglah headloss yang terjadi akibat melewati media pasir tersebut
Penyelesaian:
Langkah penyelesaiannya adalah:
1. Hitung NRe untuk masing-masing diameter
2. Hitung CD untuk masing-masing diameter (perhatikan nilai NRe karena rumus CD tergantung pada nilai NRe)
3. Hitung CD x / d untuk masing-masing diameter
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
81
Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut:
diameter (mm) % berat NRe CD CD 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
92,30d
xCD =∑ / mm
Jadi cm 88,47 923,05*0,45
(800/3600))
98160(
0,821,067h
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.
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 :
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 ρερε )1.(.)1.(. −=− (4.14)
L dan LE masing-masing adalah tinggi media mula-mula dan tinggi media
terekspansi. ε dan εE porositas saat filtrasi dan terekspansi. A merupakan luas
permukaan bak filter dan ρP berat jenis partikel.
Tinggi media terekspansi pada saat back wash dapat dituliskan :
)1()1(
ee LL
εε
−−
= (4.15)
untuk partikel yang seragam, menurut Fair & Geyer (1982) :
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
84
22,0)(VsVB
e =ε (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(
22.0VsVLL
Be −
−=
ε (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-m2 suhu operasi = 25 ° C.
Data sieve analysis adalah sebagai berikut:
Sieve Size Berat tertahan (%) d (m) 14 – 20 20 – 28 28 – 32 32 – 35 35 – 42 42 – 48 48 – 60 60 – 65
65 – 100
0,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02
0,0010006 0,0007111 0,0005422 0,0004572 0,0003834 0,0003225 0,0002707 0,0002274 0,0001777
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)
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
85
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 :
( )21
134
/
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−= dS
CgVs s
D
Koesifien Drag, pada rentang transisi digunakan rumus :
340324 ,ReRe
++=NN
CD dengan
νsdV
N Ψ=Re
Untuk ayakan dengan ukuran pertama, d = 0,0010006 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 Cm2/detik, nilai NRe nya adalah :
9,127108975,0
141,082,02Re == −x
xxN
793,034,09,127
39,127
24=++=DC
det165,00010006,0
793,0165,2
det806,9
34
2/1
2
mmxxmXVs =⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡ −=
a. Vb=Vsε4,5 = (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 ε
ρρρ
−⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ −= 1
( )( )( )LSs ε−−= 11
( )( )( ) m5540m61045011652 ,,,, =−−=
d. Ketinggian ekspansi dihitung dengan menentukan porositas saat ekspansi sebagai berikut:
454,0165,0
00454,022,022,0
=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=
se V
Vbε
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
86
Catatan: Untuk menghitung εe, digunakan Vb yang sama untuk semua ukuran, yaitu 0,00454 m/det dan Vs masing-masing ukuran pasir.
Untuk ukuran pasir yang lain dihitung dengan cara yang sama, diperoleh hasil sebagai berikut:
Sieve Size
Berat tertahan
(%) d (m) NRe CD Vs
(m/det) εe e
xε−1
14 – 20 20 – 28 28 – 32 32 – 35 35 – 42 42 – 48 48 – 60 60 – 65 65 – 100
0,87 8,63 26,30 30,10 20,64 7,09 3,19 2,16 1,02
0,00100060,00071110,00054220,00045720,00038340,00032250,00027070,00022740,0001777
127,9109,6100,591,3 82,2 73,1 64,0 54,8 45,9
0,792890,845410,878050,916540,962701,019251,090391,182991,30922
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
0,01590,16420,51640,60490,42550,15030,06970,04890,0243
0200,21
=−
∑e
xε
Maka tinggi ekspansi total adalah:
( ) ( )( )( ) mmxLLe
e 673,0020,2610,0454,011
1 =−=−
∑−=ε
ε
Gambar 4.6 Grafik pengendapan tipe I
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.
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-m2 namun 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.
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 Media A.Media pasir :
Kedalaman (mm) ES (mm) UC
B.Media anthrasit : Kedalaman (mm) ES (mm) UC
C. Laju Filtrasi (l/det-m2)
610 – 760 0,35 – 0,70 <1,7 610 – 760 0,70 – 0,75 <1,75 1,36 – 3,40
685 0,6 <1,7 685 0,75 <1,75 2,72
II. Dual Media Anthrasit :
Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Laju Filtrasi (l/det – m2)
460 – 610 0,9 – 1,1 1,6 – 1,8 150 – 205 0,45 – 0,55 1,5 – 1,7 2,04 – 5,44
610 1,0 1,7 150 0,5 1,6 3,4
III. Mixed Media Anthrasit :
Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Laju Filtrasi (l/det – m2)
420 – 530 0,95 – 1,0 1,55 – 1,75 150 – 230 0,45 – 0,55 1,5 – 1,65 75 – 115 0,20 – 0,35 1,6 – 2,0 2,72 – 6,80
460 1,0 <1,75 230 0,50 1,60 75 0,20 <1,6 4,08
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
90
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 Filtrasi (l/det – m2)
305 – 610 0.8 - 2,0 1,3 – 1,8 150 – 305 0,4 – 0,8 1,2 – 1,6 1,36 – 6,79
460 1,2 1,6 305 0,55 1,5 3,40
III. Mixed Media Anthrasit :
Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC
Laju Filtrasi (l/det – m2)\
205 – 510 1,0 – 2,0 1,4 – 1,8 205 – 405 0,4 – 0,8 1,3 – 1,8 50 – 150 0,2 – 0,6 1,5 – 1,8 1,36 – 6,79
405 1,4 1,5 255 0,5 1,6 100 0,3 1,6 3,40
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.
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 %.
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.
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
93
2. Gambar berikut adalah potongan memanjang filter dengan dua macam pasir:
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) 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, Ψ = 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
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 ρs = 2.650 kg/m3
• Faktor bentuk Ψ = 0,82
• Porositas ε = 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 (εe) di setiap ukuran media pasir
Bab 4 Satuan Operasi Filtrasi
95
• 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.