Belajar › Konsep dasar

Kecepatan dan beban hidrolis

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Waktu tinggal saja tidak cukup. Dua bak dengan volume sama bisa berperilaku berbeda bila luas penampangnya berbeda, karena kecepatan air menentukan apakah padatan mengendap, tertahan, atau terangkat keluar.

Konsep dasar

Semua kriteria di halaman ini adalah debit dibagi suatu luas atau panjang:

v      = Q / A
SOR    = Q / A_permukaan
WLR    = Q / L_ambang
HLR    = Q / A_lahan x 100

v = kecepatan (m/jam atau m/detik); A = luas penampang yang dilalui air (m2)
SOR = beban permukaan (m3/m2/hari); A_permukaan = luas muka air bak (m2)
WLR = beban ambang pelimpah (m3/m/hari); L_ambang = panjang ambang (m)
HLR = beban hidrolis permukaan (cm/hari); A_lahan = luas sel lahan basah (m2)

Satuan m3/m2/hari sama dengan m/hari: beban permukaan adalah kecepatan turun yang harus dicapai partikel agar tertahan.

Aliran ke atas dan permukaan bak

Kecepatan aliran naik

Coba di simulasi →

Kecepatan aliran naik adalah laju air bergerak ke atas di dalam kompartemen reaktor aliran naik, yaitu debit puncak dibagi luas kompartemen. Pada ABR dan filter anaerobik, bakteri hidup dalam lumpur atau lapisan yang harus tetap di dalam reaktor. Kecepatan terlalu besar mengangkat lumpur keluar sehingga reaktor kehilangan bakteri dan keluaran keruh. Kecepatan terlalu kecil tidak merugikan proses, tetapi bisa berarti kompartemen boros. Rentang per unit (debit puncak):

ABR: paling besar 2,0 m/jam
Filter anaerobik: paling besar 2,0 m/jam

Kalau muncul PERIKSA: perbesar luas kompartemen (lebar atau panjang) atau tambah modul paralel. Menambah tinggi air tidak menolong, karena kecepatan naik hanya bergantung pada luas.

Beban permukaan (SOR)

Coba di simulasi →

Beban permukaan (SOR, surface overflow rate) adalah debit dibagi luas muka air bak pengendap (m3/m2/hari). Partikel yang kecepatan turunnya lebih besar dari SOR akan mengendap; yang lebih lambat terbawa keluar. SOR terlalu besar membuat padatan lolos; terlalu kecil membuat bak boros dan, pada pengendap akhir, lumpur bisa mengapung karena terlalu lama di dasar. Rentang per unit (debit rata-rata):

Pengendap awal: paling besar 24 m3/m2/hari
Pengendap akhir: 8 sampai 16 m3/m2/hari; ukurannya juga dihitung dari beban puncak 32 m3/m2/hari

Kalau muncul PERIKSA: SOR terlalu besar diatasi dengan memperbesar luas permukaan (panjang atau lebar), bukan kedalaman. SOR terlalu kecil pada pengendap akhir diatasi dengan memperkecil luas.

Beban ambang pelimpah

Beban ambang pelimpah adalah debit yang melimpah per meter panjang ambang keluaran bak pengendap (m3/m/hari). Bila ambang terlalu pendek, air terpusat di sekitar pelimpah dan kecepatannya menarik lumpur ke luar walaupun beban permukaan sudah memenuhi. Ambang yang sangat panjang tidak merugikan proses, hanya menambah biaya. Rentang di simulasi untuk pengendap akhir: paling besar 185 m3/m/hari. Simulasi menganggap panjang ambang sama dengan lebar bak dikali jumlah modul. Ambang harus dipasang rata air agar aliran terbagi merata. Kalau muncul PERIKSA: perpanjang ambang dengan pelimpah bergerigi di kedua sisi talang, atau perlebar bak.

Beban hidrolis permukaan

Coba di simulasi →

Beban hidrolis permukaan (HLR, hydraulic loading rate) adalah tinggi lapisan air yang diterima setiap hari oleh satu satuan luas lahan basah (cm/hari). Beban terlalu besar membuat air meluap di atas media, mengalir di permukaan tanpa diolah, dan menimbulkan bau serta nyamuk. Beban kecil aman tetapi memerlukan lahan luas. Rentang di simulasi untuk lahan basah: paling besar 5 cm/hari. Pada debit domestik, syarat ini sering menjadi kriteria penentu luas lahan basah. Kalau muncul PERIKSA: tambah luas sel. Bila lahan tidak cukup, kurangi debit yang masuk ke lahan basah atau pilih rangkaian lain.

Saringan kasar

Rumus pada saringan memakai bagian terbuka kisi e = s / (s + t), dengan s jarak bersih dan t tebal batang:

v_kisi = Qp / (B x h x e)
hL     = (1/0,7) x (v_kisi² - v_saluran²) / (2g)

B = lebar saluran (m); h = tinggi air di saluran (m); hL = kehilangan tinggi tekan (m); g = 9,81 m/detik².

Kecepatan melalui kisi

Coba di simulasi →

Kecepatan melalui kisi adalah kecepatan air saat melintasi celah di antara batang saringan pada debit puncak (m/detik). Kecepatan terlalu kecil membuat pasir dan kotoran mengendap di depan kisi; terlalu besar mendorong sampah lunak menembus celah dan menaikkan kehilangan tinggi tekan. Rentang di simulasi untuk saringan: 0,30 sampai 1,00 m/detik. Kalau muncul PERIKSA: kecepatan terlalu besar diatasi dengan melebarkan saluran atau memperlebar jarak kisi; terlalu kecil diatasi dengan mempersempit saluran. Perhatikan bahwa kisi yang separuh tersumbat menggandakan kecepatan, sehingga simulasi memakai kehilangan tinggi tekan minimal 0,05 m.

Jarak bersih antar batang kisi

Coba di simulasi →

Jarak bersih antar batang kisi adalah lebar celah di antara dua batang saringan (mm), diukur dari sisi ke sisi, bukan dari sumbu ke sumbu. Celah terlalu sempit cepat tersumbat dan menuntut pembersihan sangat sering; terlalu lebar meloloskan plastik, kain, dan pembalut yang menyumbat pipa dan pompa di hilir. Rentang di simulasi untuk saringan: 15 sampai 40 mm; nilai baku 20 mm. Jarak kisi juga mengubah bagian terbuka e dan karena itu kecepatan kisi. Kalau muncul PERIKSA: kembalikan ke 15 sampai 40 mm, lalu periksa ulang kecepatan kisi.

Kemiringan kisi

Coba di simulasi →

Kemiringan kisi adalah sudut batang saringan terhadap bidang datar (derajat). Kisi yang miring memudahkan petugas menggaruk sampah ke atas dan memperluas bidang saring. Sudut terlalu landai membuat saluran panjang dan kisi sulit dijangkau; terlalu tegak membuat garukan sulit menahan sampah dan kisi lebih cepat tersumbat. Rentang di simulasi untuk saringan: 45 sampai 75 derajat; nilai baku 60 derajat. Kalau muncul PERIKSA: kembalikan sudut ke rentang tersebut. Sudut tidak dipakai dalam hitungan kecepatan, tetapi menentukan panjang kisi pada gambar kerja.

Hal yang perlu diwaspadai

Kesalahan yang sering terjadi

Memperdalam bak pengendap untuk mengatasi beban permukaan terlalu besar. Yang menentukan adalah luas muka air.
Memeriksa kecepatan naik ABR dengan debit rata-rata, padahal lumpur terangkat justru pada jam puncak.
Memasang ambang pelimpah tidak rata, sehingga seluruh aliran keluar di satu sudut dan beban ambang setempat berlipat.
Mengukur jarak kisi dari sumbu batang, sehingga celah nyata lebih sempit dari rancangan.

Studi kasus: kecepatan dan beban di Griya Asri

Studi kasus

Debit puncak 4,34 L/detik (15,62 m3/jam), debit rata-rata 150,0 m3/hari.

Saringan. Jarak 20 mm, tebal batang 10 mm: e = 20/(20+10) = 0,667. Lebar saluran 0,40 m, kecepatan sasaran 0,45 m/detik: h = 0,00434/(0,45 x 0,40 x 0,667) = 0,05 m. Kecepatan nyata melalui kisi 0,33 m/detik (OK, 0,30 sampai 1,00), sudut 60 derajat, 13 batang. Kehilangan tinggi tekan dipakai 0,05 m.

ABR. Luas satu kompartemen 3,30 m x 1,20 m per modul, 2 modul: v naik = (15,62/2)/(3,30 x 1,20) = 1,97 m/jam (OK, paling besar 2,0). Inilah kriteria penentu volume ABR.

Filter anaerobik. Kecepatan naik 0,78 m/jam (OK). Bukan penentu.

Pengendap awal. SOR = 150,0/6,31 = 23,78 m3/m2/hari (OK, paling besar 24).

Pengendap akhir (R4). Luas 6,10 m x 2,05 m = 12,51 m2: SOR 12,00 m3/m2/hari (OK, 8 sampai 16); beban ambang 150,0/2,05 = 73,2 m3/m/hari (OK, paling besar 185).

Lahan basah (R5). Luas dari HLR 5 cm/hari = 150,0/0,05 = 3.000 m2, lebih besar dari syarat Kickuth (486,6 m2) dan beban BOD (896,0 m2). HLR nyata 5,00 cm/hari (OK, tepat di batas), dan inilah sebab R5 membutuhkan lahan sekitar 4.250 m2.

Rujukan

Buku 3, Bab 8.
Metcalf & Eddy. Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery.
Ten States Standards (Recommended Standards for Wastewater Facilities).
Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.
Kadlec, R. H., & Wallace, S. D. (2009). Treatment Wetlands.
SNI 8153:2015.

← Waktu tinggal dan kriteria penentu Beban organik, F/M, dan umur lumpur →