Transpor Fisik Di Air Permukaan

TRANSPOR FISIK DI AIR PERMUKAAN

Karakter Utama Badan Air Permukaan

Sungai : secara fisik umumnya panjang, dangkal, dan tidak lebar; aliran horizontal kehilir; terkadang cukup turbulen untukmenyebabkan erosi dan membawa sedimenke hilir; karena sedimen, alur bisa berubah

Danau : dalam dan lebih lebar; tidakdidominasi arus ke hilir, memiliki stratifikasisecara vertical (cahaya, kandungan oksigen)

Muara : sering terstratifikasi karenaperbedaan berat jenis air laut dan air sungai; dipengaruhi pasang surut; kaya nutiren

Sumber Polutan Kimiawi

Titik (point) Bukan Titik (nonpoint)

Transpor Fisik di Sungai

Adveksi akibat gravitasi :

= =

= 1.49 2/3 1/2

BU = 2/3 1/2

SI =

Contoh Soal Transpor Fisik di Sungai

Saluran beton persegi empat dengan lebar 2 m danslope 0.001 didesain untuk membawa limpasanhujan dari pemukiman. Setelah hujan deras, tercatat aliran setinggi 8 in. Perkirakan kecepatanaliran tsb dengan asumsi aliran adalah uniform dansteady; koefisien kekasaran Manning (n)=0.013.

= (2 3.281) (8 1 12 )(2 3.281) + 2 (8 1 12 ) = 0.55

= 1.49 (0.55)2/3 (0.001)1/20.013 = 2.4


Proses Pencampuran Fickian

, = 4 2/(4 ) & 1 = 22 @0,61

dimana : (kondisi pulse injection) C = konsentrasi zat kimia [M/L3]; M = massa zat kimia per luaspenampang aliran [M/L2]; x = jarak ke lokasi di hilir [L]; V = kecepatan aliran [L/T]; t = waktu [T]; DL = koefisien pencampuranFickian longitudinal (arah aliran) [L2/T]; 2 = varians spatial daridistribusi zat kimia [L2]; k = laju proses [T-1]


Konsentrasi maksimum @t :

= 4 Panjang zone pencampuran transverse :

22 dari w 2

dimana : w = lebar aliran [L]; Dt = koefisienpencampuran Fickian transverse [L2/T]


Panjang zone pencampuran transverse adalah jarak yang dibutuhkan agar zatkimia terdistribusi secara uniform selebaraliran (tegak lurus aliran)

D adalah sama untuk semua zat kimia bilapencampuran hanya oleh difusi turbulendan dispersi.


Konsentrasi maksimum suatu pewarna yang injeksikan 5 jam sebelumnya terukur di titikA yang berjarak 1025 m dari titik injeksi. Berapa kecepatan aliran? Perkirakan DL jikastandar deviasi distribusi pewarna searahaliran (longitudinal; L) adalah 350 m di titikB yang berjarak 1975 m dari titik injeksi.

= 1025 5 = 205 /


Waktu tempuh ke titik B :

= 1975 205 / = 9.6 = 22 = (350 )2(2 9.6 ) 6400 2/


Perkiraan D dengan data aliran :

0.15 0.6

= = 0.011 2 2

dimana :u* = shear velocity [L/T]; g = percepatan gravitasi[L/T2]; d = kedalaman aliran [L]; S = slope saluran

Transpor Fisik di Danau

Pencampuran Fickian :

,, = 4 ( 24 + 2

4 )

dimana :M = massa zat kimia per kedalaman air [M/L]

Transpor Udara-Air

Ada 2 model : Thin Film (atau Stagnant Layer) Model :

konsentrasi zat kimia terlarut di masing-masing media udara dan air adalahuniform akibat difusi turbulen, terkecuali di lapisan sangat tipis di antara keduanyadimana hanya difusi molekuler yang terjadi sehingga membatasi transporantara udara-air. Dianggap lebih cocokuntuk badan air yang tenang, misal danau.

Transpor Udara-Air

Surface Renewal Model : turbulensi di air membawa gelembung-gelembung kecil kepermukaan dimana mereka mencapaiekuilibrium dengan udara. Waktu tinggalgelembung di permukaan menentukan lajutransport. Bila waktu tinggal gelembungcukup lama sehingga mencapai ekuilibriumdengan udara, maka tidak ada lagi transport hingga gelembung tersebut diganti dengangelembung baru. Semakin sering pergantiangelembung, semakin besar flux antara air-udara. Dianggap lebih cocok untuk badan air dengan turbulensi tinggi, misal sungai.

Thin Film Model

Kendali dari sisi air (water-side control) : Bila H >> 0.01, misal pelarut, bahan bakar cair,

dan gas Hambatan difusi molekuler oleh lapisan udara

tipis di permukaan air bisa diabaikan

= ( )

= = = 0dimana : kw =gas exchange coefficient dari sisi air; nilai tipikal ketebalan lapisan tipis di air = 20-200 m

Thin Film Model

Kendali dari sisi udara (air-side control) : Bila H

Thin Film Model

Kondisi umum : Bila H sekitar 0.01 Hambatan ada dari 2 sisi

= 1

+ ( )

Thin Film Model :Gas Exchange Coefficient

Kendali dari sisi air :

4 104 + 4 105 102

u10 (m/detik)=kecepatan angin 10 m di atas mukaair; kw sekitar 1-10 cm/detik

Kendali dari sisi udara :

0.3 + 0.2 10 atau

1100 (

)

Perbandingan antar zat :

=

Contoh Soal Thin Film Model

Cw trichloroethylene (TCE) di danau adalah 1 ppb. Dengan data propane H=0.4 dan kw=3 10-3 cm/detik, hitung flux density TCE dari danau. Asumsi Ca = 0

MW : TCE = 131 g/mol; propane = 44 g/mol

kw = 3 10-3 44131 = 1.7 10-3 cm/detik = 1.7 103 1 1 1000 3= 1.7 106

2

Surface Renewal Model :Gas Exchange Coefficient

=

Contoh Soal Surface Renewal Model

Cw trichloroethylene (TCE) di sungai adalah 1 ppb. Dengan data propane H=0.4 dan kw=3 10-3 cm/detik, hitung flux density TCE dari sungai. Asumsi Ca = 0

MW : TCE = 131 g/mol; propane = 44 g/mol

kw = 3 10-3 44131 = 2.3 10-3 cm/detik = 2.3 103 1 1 1000 3= 2.3 106

2

Penguapan dari Fasa Cair Murni

Misal lapisan NAPL di permukaan air Hambatan hanya dari lapisan udara tipis

dipermukaan NAPL

= =

=

Contoh SoalPenguapan dari Fasa Cair Murni

Truk terguling menumpahkan benzene ke suatudanau. Dengan u10 = 3 m/detik, hitung J daribenzene di permukaan danau. Vapor pressure benzene = 0.12 atm (20C).

Konsentrasi benzene di interface NAPL dan udara :

= 0.12 (293 )(0.082 ) 78 = 0.4 = 1100 3 = 3300

Contoh SoalPenguapan dari Fasa Cair Murni

= 3300

0.4

1 1000 3 = 1.3 2 = 360 2

Gas Exchange Coefficient Oksigen

Negelescu and Rojanski (1969) :

2 = 1.92 0.85 Thackston and Krenkel (1969) :

2 = 24.94 (1 + ) Owens et al. (1964) :

2 = 23.2 0.731.75 Bennet and Rathbun (1972) :

2 = 106 0.413 0.2731.408

Gas Exchange Coefficient Oksigen

Dimana :

V = kecepatan aliran; d = kedalaman aliran; w = lebar aliran; S = slope saluran

Froude number : =

Shear velocity : =

Pemodelan DO di Air Permukaan

TRANSPOR FISIK DI AIR PERMUKAANKarakter Utama Badan Air PermukaanSumber Polutan KimiawiTranspor Fisik di SungaiContoh Soal Transpor Fisik di SungaiTranspor Fisik di SungaiTranspor Fisik di SungaiTranspor Fisik di SungaiContoh Soal Transpor Fisik di SungaiContoh Soal Transpor Fisik di SungaiTranspor Fisik di SungaiTranspor Fisik di DanauTranspor Udara-AirTranspor Udara-AirThin Film ModelThin Film ModelThin Film ModelThin Film Model :Gas Exchange CoefficientContoh Soal Thin Film ModelSurface Renewal Model :Gas Exchange CoefficientContoh Soal Surface Renewal ModelPenguapan dari Fasa Cair MurniContoh Soal Penguapan dari Fasa Cair MurniContoh Soal Penguapan dari Fasa Cair MurniGas Exchange Coefficient OksigenGas Exchange Coefficient OksigenPemodelan DO di Air Permukaan

Documents

Transpor Fisik Di Air Permukaan