its undergraduate 14104 paperpdf

7/23/2019 ITS Undergraduate 14104 Paperpdf

http://slidepdf.com/reader/full/its-undergraduate-14104-paperpdf 1/10

1

PERENCANAAN MULTIPLE TRAY AERATOR UNTUK

MENURUNKAN KANDUNGAN BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn)

PADA AIR BAKU DI PDAM KOTA LUMAJANG

1Tri Rahmawati,

2Sarwoko Mangkoedihardjo

1Mahasiswa Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

2 Dosen Jurusan Teknik Lingkungan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya

e-mail : [email protected]

ABSTRAK

Sumber air baku di PDAM kota Lumajang yang mengambil dari air tanah dalam/sumur bor secara

berflultuatif memiliki kadar besi (Fe) dan mangan (Mn) melebihi standar maksimum yang diperbolehkan

(Fe = 0,3217 mg/l; Mn = 0,3548 mg/l). Adapun standar maksimum Fe dan Mn yang diperbolehkan pada air

minum, yaitu untuk Fe harus kurang dari 0,3 mg/l dan Mn harus kurang dari 0,4 mg/l (Peraturan Menteri

Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010). Salah satu alternatif untuk menurunkan kadar Fe dan Mn

dalam air tanah adalah dengan proses aerasi menggunakan Multiple Tray Aerator. Sebelum dilakukan

perencanaan bangunan Multiple Tray Aerator, dilakukan penelitian untuk mengetahui kualitas dan

kuantitas air baku PDAM Kota Lumajang. Sebagai variabel dalam penelitian ini adalah peningkatan pHdan jumlah tray. Parameter yang digunakan yaitu kandungan Fe, Mn, kekeruhan, pH dan suhu.

Berdasarkan hasil penelitian skala laboratorium dengan menggunakan reaktor, didapatkan efisiensi

removal Fe dan Mn tertinggi dan sesuai untuk diterapkan di PDAM Kota Lumajang adalah variabel tanpa

peningkatan pH; 3 tray. Dengan efisiensi removal Fe sebesar 46,57% dan Mn sebesar 72,49%. Oksigen

total yang harus ditransfer ke air untuk meremoval Fe dan Mn tersebut sebesar 3,059 mg/l. Pada

perencanaan Multiple Tray Aerator di PDAM Kota Lumajang direncanakan berjumlah 5 tray. Dimensi

Multiple Tray Aerator: panjang (L) = 3 m; lebar (B)= 3 m; dan tinggi (H) = 6,05 m (sesuai dengan kriteria

desain). Adapun total rencana anggaran biaya (RAB) sebesar Rp.144.550.000,-.

Kata Kunci: PDAM Kota Lumajang, Fe, Mn, kekeruhan, pH, suhu, Multiple Tray Aerator , BOQ, RAB

1. Pendahuluan

PDAM Kota Lumajang mengambil air baku dari air tanah dalam/sumur bor.

Setelah dari sumur bor, air langsung dipompa ke reservoir dan didistribusikan ke

konsumen tanpa ada pengolahan lebih lanjut. Berdasarkan analisis laboratorium, air baku

tersebut mengandung Fe dan Mn yang berlebih, yakni Fe = 0,3217 mg/l dan Mn = 0,3548

mg/l. Adapun standar maksimum Fe dan Mn yang diperbolehkan pada air minum, yaitu

untuk Fe harus kurang dari 0,3 mg/l dan untuk Mn harus kurang dari 0,4 mg/l (Peraturan

Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010). Guna mengatasi permasalahan

yang ada, perlu dipikirkan upaya pengendalian kualitas air dengan prinsip biaya serendah

mungkin dengan hasil yang optimum. Salah satu alternatif untuk menurunkan kandungan

Fe dan Mn dalam air tanah adalah dengan proses aerasi menggunakan Multiple Tray

Aerator .

Perencanaan ini diharapkan dapat mengetahui keefektifan metode penurunan Fe

dan Mn dengan menggunakan Multiple Tray Aerator dan Mendesain Multiple Tray

Aerator di PDAM Kota Lumajang.

Terdapat metode penurunan besi dan mangan, diantaranya metode oksidasi dengan

cara aerasi (oksigen) (Kawamura, 2000). Aerasi memiliki empat tujuan yaitu untuk

menghilangkan rasa dan bau (yang disebabkan oleh hidrogen sulfida dan komponen

organik) dengan oksidasi atau volatilisasi, mengoksidasi besi dan mangan, transfer



2

oksigen ke dalam air, dan membebaskan volatil gas dari dalam air. Tipe aerator ada empat,

yaitu gravity aerator , spray aerator , diffuser , dan mechanical aerator . Gravity aerator ada

tiga macam yaitu cascade, packing tower , dan tray aerator (Qasim, 2000).

Reaksi oksidasi besi dan mangan dengan oksigen dapat ditulis dengan persamaan:

4Fe(HCO3)2+O2+2H2O 4Fe(OH)3+8CO2...................................................(1.1)

2MnSO4+2Ca(HCO3)2+O2 2MnO2+2CaSO4+2H2O+4CO2.............................(1.2)

Sedangkan reaksi alami biasanya dengan menggunakan oksigen yang dimasukkan

ke dalam air dengan menggunakan alat yang disebut aerator. Dengan adanya oksigen,

maka besi (II) dan mangan akan teroksidasi. Proses yang terjadi dapat dilihat pada

persamaan berikut (Benefield, 1983).

4Fe2+

(aq)+O2(g)+10H2O(l) 4Fe(OH)3(s)+8H+

(aq)………..................................(1.3)

2MnSO4+2Ca(HCO3)2+O2 2MnO2+2CaSO4+ 2H2O+4CO2………..............(1.4)

Secara stokiometri, (2 x 16) / (4 x 55,8) = 0,14 mg/l oksigen akan mengoksidasi 1 mg/lbesi (II) dan (2 x 16) / (2 x 54,94) = 0,29 mg/l oksigen akan mengoksidasi 1 mg/l

mangan; dan (8 x 1) / (4 x 55,8) = 0.036 mg/L ion hidrogen akan dihasilkan untuk setiap 1

mg/l besi (II) yang teroksidasi. Oksidasi besi dan mangan akan berjalan dengan baik pada

pH 7,5 hingga 9,5 dalam waktu 15 menit. Reaksi oksidasi besi akan menghasilkan

endapan besi (Fe(OH)3). Berdasarkan reaksi oksidasi akan didapatkan bahwa tiap 1 mg/l

Fe2+

menghasilkan 1,9 mg/l endapan besi (AWWA & ASCA, 1990).

Multiple Tray Aerator terdiri dari suatu rangkaian baki yang disusun seperti rak

(tray) dan dilubangi pada bagian dasarnya. Air dialirkan dari puncak berupa air terjun

kecil yang kemudian didistribusikan secara merata pada masing-masing rak (tray) dan

kemudian dikumpulkan pada suatu bak di bagian dasarnya (collecting pons). Pemerataan

distribusi air di atas tray sangat penting untuk memperoleh efisiensi perpindahan gassecara maksimum. Media kasar seperti arang, batu, atau bola keramik yang ukurannya

berkisar antara 2-6 inch (5-15 cm) adalah sangat penting untuk digunakan, karena dapat

meningkatkan efisiensi pertukaran gas, sebagai efek katalisa dari mangan oksida. Multiple

Tray Aerator harus dilengkapi dengan sistem ventilasi yang cukup. Jika unit ini

ditempatkan dalam suatu bangunan dimana terdapat pencemaran udara, maka efektifitas

dan efisiensi dari unit akan berkurang, karena terjadi kontaminasi dari udara yang masuk

dengan kandungan atau unsur-unsur tertentu yang ingin dihilangkan.

Secara garis besar, desain dan karakteristik operasional aerator dapat digolongkan

menjadi beberapa macam (Qasim, 2000) yaitu berdasarkan tabel 1.1.

Tabel 1.1 Desain dan Karakteristik Operasional Aerator

Aerator Penyisihan Spesifikasi

Aerator Gravitasi:

Cascade 20-45% CO2 Tinggi: 1-3 m

Luas: 85-105 m2 /m

2.det



3

Packing Tower

Tray

> 95% VOC

> 90% CO2

> 90% CO2

Kecepatan aliran: 0,3 m/det

Diameter kolom maksimum: 3 m

Beban hidrolik: 2000 m3 /m

2.hari

Kecepatan: 0,8-1,5 m

3

/m

2

.menit

Kebutuhan udara: 7,5 m3 /m

3 air

Jarak rak (tray): 30-75 cm

Luas: 50-160 m2 /m

3.det

Spray Aerator 70-90% CO2

25-40 H2S

Tinggi: 1,2-9 m

Diameter nozzle: 2,5-4 cm

Jarak nozzle: 0,6-3,6 m

Debit nozzle: 5-10 l/det

Luas bak:

105-320 m2 /m

3.det

Tekanan semprotan: 70 kPa

Aerator Terdifusi 80% VOCs Waktu detensi: 10-30 menit

Udara: 0,7-1,1 m3 /m

3 air

Tangki

-

Kedalaman: 2,7-4,5 m

-

Lebar: 3-9 m

- Lebar/kedalaman < 2

Volume maksimum: 150 m3

Diameter lubang diffuser: 2-5 mm

Aerator Mekanik 50-80% CO2 Waktu detensi: 10-30 menit

Kedalaman tangki: 2-4 m

Sumber: Qasim, 2000

Rumus perhitungan untuk merencanakan Multiple Tray Aerator adalah:

1.

Jumlah tray yang dibutuhkan (n)

n = Cs – ((Cs-Cn) x e-Kla x t

)…………………….........................................................(1.5)

t = …………………………………………...................................................(1.6)

Dimana:



4

t = waktu kontak (detik)

H = jarak antar tray (meter)

g = percepatan gravitasi (m/det2)

Cn = konsentrasi oksigen pada tray ke-n (mg/l)

Cs = konsentrasi oksigen jenuh pada suhu T

Kla = koefisien transfer gas (det-1

)

(Sumber: AWWA, 1990)

2.

Luas lubang total tiap tray

A = Luas x Q……………………………………………...........................................(1.7)

Dimana: Q = debit (m3 /det)

A = luas lubang total (m2)

Luas = 50-160 m2 /m

3.det


3. Jumlah lubang tiap tray

Jumlah lubang = ………………………………………..(1.8)

Jumlah lubang pada sisi lebar tray (nB)

nB = …………………………………………………..(1.9)

Jumlah lubang pada sisi panjang tray (nL)

nL = ………………...................................................(1.10)


4.

Dimensi luas tiap tray

Panjang (Lt) = (nL x d) + ((nL + 1)x y)………......................................................(1.11)

Lebar (Bt) = (nb x d) + ((nb + 1)x y)……………….............................................(1.12)

Luas tray (A) = P x L……………………………………………………………(1.13)


2.

Gambaran Umum Wilayah Studi

Air baku PDAM Kota Lumajang mengambil air tanah dalam/sumur bor. Suplai

sumur bor menggunakan pompa kapasitas 22 liter/detik dengan lama pemompaan 6 jam/hari. Air baku yang berasal dari sumur bor ini langsung dipompa menuju reservoir,

selanjutnya didistribusikan kepada konsumen. Unit-unit bangunan PDAM Kota Lumajang

yaitu:

1. Kantor PDAM Kota Lumajang

Kantor pusat PDAM Kota Lumajang bertempat di Jl. A. Yani No.21, Lumajang. Kantor

yang bertempat di Jl. A. yani ini melayani distribusi air minum untuk wilayah Kota

Lumajang.



5

2.

Sumur BorSumur bor ini kedalamannya 120 meter. Suplai sumur bor dalam ke reservoir

menggunakan pompa berkapasitas 22 liter/detik dengan lama pemompaan 6 jam/hari.

3. Reservoir dan Sistem PemompaanReservoir ini terletak di bawah tanah dengan volume 1.500 m

3dan kedalaman 4 m.

Pada tahun 1980-an air dari reservoir ini dikirim langsung ke jaringan distribusi dan ke

menara air di selatan kota (Seruji). Tetapi kondisi saat ini, air tidak dikirim ke menara

air selatan kota (Seruji). Jenis pompa yang digunakan adalah pompa submersible

dengan debit 22 liter/detik, head = 40 m, dan daya motor = 11 kW.

4.

Bangunan Desinfeksi

Bangunan desinfeksi ini pada mulanya dibangun dengan tujuan proses desinfeksi

(pemberian kaporit) untuk membunuh mikroba pembawa penyakit yang masih ada pada

air minum. Tetapi karena masyarakat Lumajang banyak yang mengeluhkan terhadap

bau kaporit air minum PDAM Kota Lumajang, maka kebijakan PDAM Kota Lumajang

tidak membubuhkan kaporit pada air minum. Sehingga bangunan untuk desinfeksi ini

sudah lama tidak dipakai. Masyarakat Lumajang biasanya untuk air minum,

mendidihkan air tersebut pada suhu 100oC sehingga air yang dikonsumsi aman untuk

diminum.

3. Hasil dan Pembahasan

Berdasarkan penelitian skala laboratorium dengan menggunakan parameter

kandungan besi (Fe), mangan (Mn), kekeruhan, pH, dan suhu didapatkan hasil sebagai

berikut.

Pengaruh Variabel Penelitian terhadap Kandungan Besi (Fe)

Pengaruh variabel penelitian terhadap kandungan besi (Fe) dapat dilihat pada gambar 3.1

berikut.

Gambar 3.1 Grafik Kandungan Besi (Fe) dengan Beberapa Variabel Penelitian

Pengaruh Variabel Penelitian terhadap Kandungan Mangan (Mn)

Pengaruh variabel penelitian terhadap kandungan mangan (Mn) dapat dilihat pada

gambar 3.2 berikut.



6

Gambar 3.2 Grafik Kandungan Mangan (Mn) dengan Beberapa Variabel Penelitian

Pengaruh Variabel Penelitian terhadap Kekeruhan

Pengaruh variabel penelitian terhadap kekeruhan dapat dilihat pada gambar 3.3 berikut.

Gambar 3.3 Grafik Besarnya Kekeruhan dengan Beberapa Variabel Penelitian

Pengaruh Variabel Penelitian terhadap pH

Pengaruh variabel penelitian terhadap pH dapat dilihat pada gambar 3.4 berikut.



7

Gambar 3.4 Grafik Besarnya pH dengan Beberapa Variabel Penelitian

Pengaruh Variabel Penelitian terhadap Suhu

Pengaruh variabel penelitian terhadap suhu dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut.

Gambar 3.5 Grafik Besarnya Suhu dengan Beberapa Variabel Penelitian

Reaksi oksidasi besi dan mangan adalah sebagai berikut:

4Fe2+

(aq) + O2(g) + 10H2O(l) 4Fe(OH)3(s) + 8H+

(aq) …………………………(3.1)

4Mn2+

(aq) + O2(g) + 10H2O(l) 4Mn(OH)3(s) + 8H+

(aq) …………………………(3.2)

Secara stokiometri, (2 x 16) / (4 x 55,85) = 0,143 mg/l oksigen akan mengoksidasi 1 mg/l

besi (II); (2 x 16) / (4 x 54,94) = 0,146 mg/l oksigen akan mengoksidasi 1 mg/l mangan

(II); dan (8 x 1) / (4 x 55,85) = 0.036 mg/l ion hidrogen akan dihasilkan untuk setiap 1

mg/l besi (II) yang teroksidasi. Berdasarkan reaksi oksidasi akan didapatkan bahwa tiap 1mg/l Fe

2+ menghasilkan (4 x 106,85) / (4 x 55,85) = 1,913 mg/l endapan besi. Berdasarkan

reaksi oksidasi akan didapatkan bahwa tiap 1 mg/l Mn2+

menghasilkan (4 x 105,94) / (4 x

54,94) = 1,928 mg/l endapan mangan.

Kebutuhan oksigen

Oksigen total yang harus ditransfer ke air



8

= oksigen sisa + kebutuhan oksigen untuk penurunan besi (Fe) + Kebutuhan

oksigen untuk penurunan mangan (Mn)

= 3 mg/l + 0,0214 mg/l + 0,0376 mg/l

= 3,059 mg/l

Direncanakan:

Jumlah tray = 5 buah

Luas area (As) = 80 m2 /m

3.det

Kla = 1,28

Jarak antar tray (X) = 70 cm = 0,7 m

Diameter lubang tray (D) = 1,5 cm = 0,015 m

Jarak antar lubang (x) = 1,5 cm = 0,015 m

Jumlah lubang sisi panjang (nL) = Jumlah sisi lebar (nB)

Freeboard tray (fbt) = 15 cm = 0,15 m

Waktu kontak antar tray = 0,38 detik

Transfer oksigen tiap tray

Tray pertama

C1 = Cs – ((Cs – Co) x e-kla x t

)

= 8,38 mg/l–((8,38 mg/l–0 mg/l)x e(-1,29/det x 0,38det)

)

= 3,247 mg/l

Tray kedua


)

= 8,38 mg/l–((8,38 mg/l–3,247 mg/l)x e(-1,29/det x 0,38det)

)

= 5,236 mg/l

Tray ketiga


)


)

= 6,454 mg/l

Tray keempat


)


)

= 7,2 mg/l

Tray kelima


)


)

= 7,657 mg/l



9

Gambar 3.6 Denah Multiple Tray Aerator dan Filter

Gambar 3.7 Potongan A-A Multiple Tray Aerator dan Filter

4.

Kesimpulan dan Saran



10

Kesimpulan

1. Berdasarkan penelitian skala laboratorium, dengan menggunakan beberapa variabel,

didapatkan efisiensi removal Fe dan Mn yang paling tinggi adalah:

Variabel peningkatan pH menjadi 9; 3 tray:

Efisiensi besi (Fe): 51,45%

Efisiensi mangan (Mn): 79,37%

Variabel tanpa peningkatan pH; 3 tray:

Efisiensi besi (Fe): 46,57%

Efisiensi mangan (Mn): 72,49%

2. Direncanakan unit Multiple Tray Aerator di PDAM Kota Lumajang sejumlah 5 tray,

tanpa peningkatan pH untuk meremoval Fe dan Mn. sehingga memenuhi standar baku

mutu air minum Keputusan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010.

3. Oksigen total yang harus ditransfer ke air untuk meremoval Fe dan Mn tersebut

sebesar 3,059 mg/l.

4. Berdasarkan perhitungan, dimensi Multiple Tray Aerator: panjang (L) = 3 m; lebar

(B) = 3 m; dan tinggi (H) = 6,05 m.

5.

Total Rencana Anggaran Biaya (RAB) = Rp.144.550.000,-.Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut besarnya efisiensi kekeruhan setelah melalui

Multiple Tray Aerator jika dilakukan peningkatan pH dengan menggunakan cairan

seperti NaOH dan CaOH.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut besarnya Dissolve Oxygen (DO) di tiap tray

pada Multiple Tray Aerator .

Daftar Pustaka

Alaerts, G., dan Santika, S.S. 1984. Metoda Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional.

Al-Laila, M. A. 1978. Water Supply Engineering Design. USA: Ann Arbor Science.

APHA, AWWA, AWEF. 1998. Standard Methods for The Examination of Water and

Wastewater, 20th

Edition. Washington.

Arifiani, N.F, dan Hadiwidodo, M. 2007. “Evaluasi Desain Instalasi Pengolahan Air

PDAM Ibu Kota Kecamatan Prambanan Kabupaten Klaten”. Jurnal Presipitasi,

Vol.3.no.2 September 2007, ISSN 1907-187X.

AWWA, ASCE, CSSE. 1997. Water Treatment Plant Design, Third Edition. New

York: McGraw-Hill Book Company.

Benefield, L.D. 1983. Proses Chemistry for Water and Wastewater Treatment. New

York : Prentice Hall Inc.

Droste, R.L. 1997. Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment. USA:

John Wiley and Sons, Inc.

Eckenfelder, W. W. 1991. Principles of Water Quality Management. Florida: Krieger

Publishing Company.

Fair, Geyer, dan Okun D.A. 1971. Water and Wastewater Engineering, Vol. II. USA:

John Wiley and Sons, Inc.

its undergraduate 14104 paperpdf

Documents