Thursday, October 29, 2015

Garden Irrigation With Sewage Water Prevents Drought

In the dry season the water so scarce and it is not economical if used for watering the garden. Sewage water is suitable for garden irrigation if there are a lot of plants around the sewer, and a lot of fishes live in that sewer water. Usually sewer water is more suitable for garden irrigation instead of fresh water, because it contains nutrients suitable for plants. Perhaps it is equal to a liquid organic fertilizer.

Pumping sewer water for garden irrigation can increase groundwater volume. It will raise ground water level and prevent drought in the dry season. The costs would be enormous if it had to buy water in the dry season.

As ground water level raises, fresh water pump will work lighter, thereby reducing the electric power consumed by the fresh water pump. So in addition to saving water, this system can also save electricity cost.

The main constraints of sewage pump is difficult to use one-way valve (foot valve) at the end of the suction pipe. Because dirt and mud from the gutter will make the valve always leaking. The water in the suction pipe and in the pump impeller housing always fall back to the gutter. Then the pump must always be filled with water (primed) just before turned on. The pump also does not have a one-way valve inside the impeler housing.

Photo below shows a small and inexpensive pump that I use, the pump power of about 125 watts. No need to use an expensive big power jet pump. Because of the difference in height of water being pumped (total head) is not too high. Total head is about 1 meter only. I am using a jet pump with 250 watts for fresh water pump. Of course there will be a significant electricity cost savings if I am watering the garden with sewer water with a small 125 watts pump, compared watering the garden with fresh water from the 250 watts jet pump.

Submersible pump can also be used. Submersible pump does not need to be primed before start. But submersible pump price can be three times more expensive than a pump in the above photo. Submersible pump must also be immersed in the gutter in order to operate. My gutter is positioned outside the fence. So, there is a risk of theft when using a submersible pump.

Pump motor coil is wetted with about 2-3 tablespoons oil to protect coil from water seepage into the motor housing, see photo below. This often occurs in small cheap pump because the motor housing has unprecise sealing. So it is easy for water to enter motor housing when the pump is primed, and the coil will be damaged if exposed to water. Pump oil filled and shaken up for the oil to spread evenly coat the entire motor coil. The oil inside motor housing also helps to absorb heat. Cheap pump has a small-sized cooling fins and can be easily overheating. The oil used was SAE 40 (engine oil), which is formulated to absorb heat. Transformer oil can also be used.

CAUTION: beware of electric shock when opening motor coil cover. Make sure the pump power cable is disconnected from the grid. Make sure all wiring connections are well insulated. As shown in the photo, wiring connections are insulated with yellow plastic caps.

As we know that the air is elastic, it is compressible and also can be stretched. The air inside impeller housing will be stretched if sucked by impeller, and will be compressed if blown by impeller.

Water pump works by pushing the liquid contained inside impeller housing, to go out through the exit pipe. Furthermore, there will be a low pressure inside the impeller housing, this pressure is lower than the air pressure in the atmosphere. The nature of air or gas will always fill the empty space. The air in the atmosphere will be trying to get into the impeller housing through inlet pipe. Atmospheric air pressure will push the surface of the water to be sucked, so the water will fill the impeller housing through the inlet pipe. In daily language we call it 'the pump to suck water', but actualy atmospheric air pushes the water into the pump.

If there is plenty air inside impeller housing, the impeller can not blow or push it out. Because the air is compressed inside impeller housing, not blown out through the exit pipe. So nothing low pressure is happening inside impeller housing.

Goose neck or U pipe system is applied too avoid air to enter into suction pipe and impeller housing. It is also called as water valve. Water valve system is also applied to toilet or WC (water closet). With goose neck pipe, some of water will be trapped in the suction pipe. The pump is positioned in the lowest part of goose neck, so the water is also trapped in the impeller housing.

Goose neck system is also applied to vehicle brake bleeding by only one mechanic , to remove air from brake hydraulic system.

Please refer to the following schematic. It is shown in the schematic that suction pipe (I) have a knee that is higher than the pump. Difference in height is about 20 cm. The height difference makes the water trapped in the suction pipe and the pump. This trapped water can not fall back to the filter (Sc) and into the gutter. My suction pipe (I) is about 5 meters long, not include the vertical suction pipe section. Vertical suction pipe is about 80 cm long. Differences gutter water level to the pump is about 50 cm high.

In the vertical section of the suction pipe, air is accumulated when the pump is not working. Because of this vertical section is only 80 cm in length, while the declining pipe towards the pump is much longer (5 meters). The volume of air accumulated in the vertical pipe is much smaller than the volume of water that is accumulated or trapped in the declining pipe. Trapped water volume is plenty enough so that the pump can start and immediately remove the air from the pipe, no need pump priming.

Output pipe (O) is positioned vertically. It is also to trap water inside impeller housing. Output pipe (O) is high enough to help to remove air bubbles from pump (P) impeller housing, when air is sucked by impeller. Because the air is lighter than water, air will always move up when mixed with water, while the water will always seek and fill the lowest place. If there is a small amount of air sucked by impeller, the air will try to rise to the top of output pipe (O), while the water in the output pipe (O) will go down back to impeller housing. Water that returned back to impeller housing will help the impeller to suck water from the suction pipe (I). Thus the air will not be accumulated in impeller housing, but the water will always be accumulated in impeller housing. Output pipe (O) is about 50 cm height, this pipe is connected by hose to the sprinkler (Sp). If using a transparent hose for output pipe (O), it will be clearly visible air bubbles go out of impeller housing, and the water flows back into the impeller housing.

In order to prevent mud and dirt enter into the pump, a screener (Sc) is fitted at the end of the suction pipe. Screener is made of PVC pipe which has opening cuts along the side, as the photo below.

Those cuts are deliberately tilted to avoid pipe strength greatly reduced. Cuts are positioned at the left and the right side of pipe. If those cuts are at the upper sidea and the lower side of the pipe, dirt and mud will easily enter. Because dirt in water usually moves from top to bottom, dirt will be collected or settled at lower part of water.

Screener is placed in the gutter with supporting bricks to make it slightly higher than gutter base. Screener must always be below the water level, to avoid air is sucked by the pump. It is needed to check and ensure the minimum water level. A buoy can be used to make screener always follow water level, and the screener always be slightly lower than the water level. But because my gutter is a public facility and the size is not big enough, then the buoy system is not suitable to be applied. Other citizens could questioning the buoy in the gutter, as it could block water flow in the gutter.

I am using PVC pipe with 1 inch diameter and 70 cm length. Since the suction pipe has 3/4 inches diameter, it is necessary to add an adapter socket 1 inch to 3/4 inches. End of the screener pipe which has no knee is left open.

Knee which connects vertical suction pipe to declining suction pipe (I) is not glued. This way will make it easy to remove screener (Sc) for cleaning, if the screener is too dirty or clogged. That knee is smeared with oil or grease to avoid leaking.

Knee at screener end is also not glued, to make it easy to remove to clean the screener. Knee at the end of screener is always submerged in water, so the air can not enter although it is not glued.

If screener is positioned in the same direction to gutter water flow, in the schematic from right to left as shown by arrow (F). Then the dirt inside the screener can be cleaned by that water flow. Water will flow into the screener through opening cuts and exit through the other end of the pipe which has no knee, while carrying the dirt. In other words, the screener can be cleaned by itself.

After 3 weeks operation, it was found that the water usually smelly if sprayed in the morning. While spraying during the afternoon or evening is not too smelly. Maybe because in the afternoon and evening, the smelly gases from the sewer have been evaporated because exposed to hot sun. Sewer aroma will be smelled when using sprinkler which spray water into the air. If sewage directly discharged into the ground, then it is not too smelly. Because water is directly absorbed by the soil and less time to release smelly gases into the air. The pump operates about 15-30 minutes for each test.

Due to hygienic reasons, I do not spray this sewage water directly with hand-held hose. I use a sprinkler (Sp) as sprayers which is placed on grass or tied to a tree. This way prevents sewage water contact with my body when watering the garden. Yellow plastic sprinkler in the top picture can spray to the left and to the right at an angle of about 60 degrees automatically, so water spreads in wide area. With pump power of 125 watts, the total area of the sprayed water can reach about 4x4 square meters. Similar to artificial rain with water sourced from the gutter. The sprinkler has a filter at input section, this filter is usually clogged by dirt. After some time dirt will be accumulated inside hose just before sprinkler input, can be seen clearly as the blackish water if using a transparent hose. Disconnect the sprinkler, turn the pump on to spray the dirt out of the hose. Clean the sprinkler filter with water spray from the hose.

Although the sewer water sprinkler is positioned just a few meters from the clean water pump well, pumped clean water does not change color, taste, and odorless. Thanks to a good casing pipe in the clean water well. Sewer water that seeps into the soil is well filtered by the soil. The sewer water will enter into fresh water well after pervasive dozen meters from ground level. Sewer water can not enter directly into fresh water well because it is obstructed by casing pipe.

Small water pump that is used in this design can directly spray water in less than 5 seconds after power on. The pump does not need to be primed, even if the pump has been rested for 1-2 days. With proper application techniques, this small and inexpensive pump is proven quite reliable.

If too much mud inside impeller housing, the pump will be difficult to start or jammed. Connect and disconnect the electric power quickly (intermittently) sometime could help to start the pump. Intermittent electric power will vibrate pump shaft to free jammed impeller. Usually the pump can be started after 5 times the electric power turned on and off quickly. If the impeller is hard to move, the pump shaft should be rotated manually by hand. For the pump that I use, simply remove the cooling fan cover behind the pump by hand, no need tool as nothing screw to hold that cooling fan cover. Then turn the cooling fan by hand until it feels lighter, no longer jammed. The pump will rotate smoothly as soon as the power cord is connected to the grid.

If a lot of people use this garden irrigation by sewage water, it will reduce load of city's waste water system and prevent flooding. It will also raise the volume of ground water, which can prevent the intrusion of sea water.

Monday, October 5, 2015

Irigasi Taman Dengan Air Selokan Mencegah Kekeringan

Di saat musim kemarau air bersih jadi langka dan sayang jika digunakan untuk menyiram taman. Air selokan cocok untuk irigasi taman jika terdapat banyak tanaman hidup di sekitar selokan, dan banyak ikan-ikan yang hidup di air selokan itu. Biasanya air selokan lebih cocok untuk taman daripada air bersih, karena sudah mengandung nutrisi yang cocok untuk tanaman. Mungkin bisa disamakan dengan pupuk organik cair.

Memompa air selokan untuk menyiram taman dapat menambah volume air tanah. Sehingga akan menaikkan muka air tanah dan mencegah kekeringan di saat kemarau. Biaya yang harus dikeluarkan akan sangat besar jika harus membeli air di musim kemarau.

Dengan naiknya muka air tanah, maka pompa air bersih akan bekerja lebih ringan sehingga mengurangi daya listrik yang dikonsumsi oleh pompa air bersih tersebut. Jadi selain menghemat air bersih, sistem ini juga dapat menghemat biaya listrik.

Kendala utama dari pompa air selokan adalah tidak bisa menggunakan klep satu arah (one way valve, foot valve) di ujung pipa isap. Karena kotoran dan lumpur dari selokan akan membuat klep selalu bocor. Air di dalam pipa isap dan di dalam rumah kipas pompa (impeler) selalu turun kembali ke selokan. Maka pompa harus selalu diisi air (dipancing) sesaat sebelum dinyalakan. Pompa yang digunakan juga tidak mempunyai klep satu arah di dalam rumah kipasnya.

Foto di bawah memperlihatkan pompa kecil dan murah yang saya gunakan, daya pompa sekitar 125 watt. Tidak perlu menggunakan jet pump yang mahal dan berdaya besar. Karena selisih ketinggian air yang dipompa (total head) yang tidak terlalu tinggi. Total head sekitar 1 meter saja. Jet pump untuk air bersih yang saya gunakan berdaya 250 watt. Tentu akan ada penghematan biaya listrik yang signifikan jika saya menyiram taman dengan air selokan dengan pompa kecil 125 watt, jika dibanding menyiram taman dengan air bersih dari jet pump 250 watt.

Pompa celup (submersible pump) juga dapat digunakan. Pompa celup tidak perlu dipancing sebelum dinyalakan. Tapi pompa celup harganya bisa 3 kali lipat lebih mahal dari pompa di foto atas. Pompa celup juga harus tercelup di selokan agar dapat beroperasi. Selokan saya posisinya di luar pagar rumah. Sehingga beresiko kecurian jika menggunakan pompa celup.

Kumparan (coil) motor pompa dibasahi dengan oli sekitar 2-3 sendok makan agar terlindung dari rembesan air yang masuk ke dalam rumah motor, lihat foto di bawah. Hal ini sering terjadi pada pompa kecil dan murah karena mempunyai rumah motor yang tidak terlalu presisi penyekatannya. Sehingga mudah kemasukan air saat pompa dipancing, dan kumparan bisa putus jika terkena air. Pompa yang terisi oli diguncang-guncang dan dinyalakan agar oli menyebar merata melapisi seluruh kumparan motor. Oli yang diisikan ke rumah motor juga membantu menyerap panas. Pompa murah ini mempunyai sirip pendingin berukuran kecil sehingga cepat panas. Jenis oli yang digunakan adalah SAE 40 (engine oil), yang memang diformulasikan untuk dapat menyerap panas. Dapat juga menggunakan minyak pendingin trafo. 

PERHATIAN: hati-hati tersengat listrik saat membuka penutup rumah kumparan. Pastikan kabel listrik pompa tidak tersambung dengan jaringan PLN. Pastikan sambungan-sambungan kabel terisolasi dengan baik. Sebagaimana terlihat pada foto, sambungan kabel diisolasi dengan plastic cap warna kuning.

Sebagaimana diketahui bahwa udara bersifat elastis, dapat dimampatkan dan dapat direnggangkan. Udara yang mengisi rumah kipas akan merenggang jika diisap kipas, dan akan memampat jika ditiup atau ditekan kipas.

Pompa air bekerja dengan mendorong cairan yang terdapat di dalam rumah kipas agar keluar melalui pipa keluar. Selanjutnya akan terjadi tekanan rendah di dalam rumah kipas, tekanan ini lebih rendah dari tekanan udara di atmosfir. Sifat udara atau gas akan selalu mengisi ruang yang kosong. Udara di atmosfir akan berusaha masuk ke dalam rumah kipas melalui pipa isap. Tekanan udara atmosfir akan menekan permukaan air yang akan diisap, sehingga air akan mengisi rumah kipas melalui pipa isap. Dalam bahasa sehari-hari kita menyebutnya sebagai 'pompa menyedot air', tapi sebenarnya air didorong udara atmosfir sehingga masuk ke dalam pompa.

Jika terdapat banyak udara yang masuk ke dalam rumah kipas, maka kipas tidak dapat menghembus atau menekan udara tersebut keluar. Karena udara termampatkan di rumah kipas, tidak tertiup keluar melalui pipa keluar. Sehingga tidak timbul tekanan rendah di dalam rumah kipas.

Untuk mengatasi agar udara tidak masuk ke dalam pipa isap dan rumah kipas, digunakan sistem pipa leher angsa (goose neck) atau pipa U. Sering juga disebut sebagai katup air (water valve). Sistem katup air juga digunakan pada toilet atau WC (water closet). Dengan pipa leher angsa, maka sebagian air akan terjebak tidak bisa turun keluar dari pipa isap. Pompa diposisikan di bagian terendah dari leher angsa, sehingga air juga terjebak di dalam rumah kipas pompa.

Cara memisahkan gas dari cairan dengan sistem pipa leher angsa ini juga diterapkan untuk membuang angin pada rem kendaraan oleh hanya satu orang mekanik.

Harap lihat skema berikut. Tampak dalam skema pipa isap ( I, input) mempunyai sambungan siku (knee) yang lebih tinggi dari pompa. Perbedaan ketinggian adalah sekitar 20 cm. Perbedaan ketinggian tersebut membuat air terjebak di dalam pipa isap dan pompa. Air yang terjebak ini tidak dapat turun kembali ke saringan (Sc) dan ke selokan. Panjang pipa isap ( I ) yang saya coba adalah sekitar 5 meter, tidak termasuk bagian pipa isap yang tegak. Pipa isap tegak sepanjang sekitar 80 cm. Perbedaan tinggi muka air selokan dengan tinggi pompa sekitar 50 cm.

Pada bagian yang tegak dari pipa isap adalah tempat udara terkumpul saat pompa tidak bekerja. Karena bagian yang tegak ini panjangnya hanya 80 cm, sedangkan bagian yang menurun menuju pompa jauh lebih panjang yaitu 5 meter. Maka volume udara yang terkumpul di pipa tegak jauh lebih kecil dari volume air yang terkumpul atau terjebak di pipa menurun. Sehingga air yang terjebak tersebut cukup besar volumenya agar pompa dapat start dan segera mengeluarkan udara dari pipa, tanpa perlu memancing pompa.

Pipa keluar (O, output) diposisikan tegak ke atas. Hal ini juga agar menjebak air agar tidak keluar dari rumah kipas. Pipa keluar (O) yang tinggi juga membantu mengeluarkan gelembung udara dari dalam rumah kipas pompa (P), ketika udara tersedot kipas. Karena udara lebih ringan dari air sehingga akan selalu bergerak naik jika tercampur air, sedangkan air akan selalu mencari dan mengisi tempat yang lebih rendah. Jika ada sedikit udara tersedot kipas, maka udara akan berusaha naik ke atas di pipa keluar (O), sedangkan air di dalam pipa keluar (O) akan turun ke bawah berusaha kembali mengisi rumah kipas. Air yang kembali ke rumah kipas selanjutnya akan membantu kipas mengisap air dari pipa isap (I). Dengan demikian udara tidak akan berkumpul di rumah kipas, tapi air akan selalu berkumpul di rumah kipas. Pipa keluar (O) mempunyai tinggi sekitar 50 cm, selanjutnya pipa ini disambung dengan selang menuju sprinkler (Sp) atau penyemprot. Jika menggunakan selang transparan sebagai pipa keluar (O), akan jelas terlihat gelembung udara keluar dari rumah kipas, dan air mengalir kembali ke dalam rumah kipas.

Guna mencegah masuknya lumpur dan kotoran ke dalam pompa, maka ujung pipa isap diberi penyaring (Sc, screener). Penyaring dibuat dari pipa pralon yang diiris-iris miring di sepanjang sisinya, sebagaimana foto di bawah.

Irisannya sengaja dibuat miring agar tidak terlalu mengurangi kekuatan pipa pralon yang diiris. Posisi irisan di sisi kiri dan kanan pipa. Jika diiris di atas dan di bawah pipa, akan mempermudah kotoran masuk. Karena kotoran dalam air biasanya bergerak dari atas ke bawah, kotoran akan terkumpul atau mengendap di bagian bawah air.

Penyaring diletakkan dalam selokan dengan diberi landasan agar sedikit lebih tinggi dari dasar selokan. Tinggi penyaring harus selalu di bawah muka air selokan, agar tidak ada udara yang masuk ke pompa. Jadi perlu diketahui tinggi air minimal dari selokan. Sebenarnya bisa menggunakan pelampung agar penyaring selalu mengikuti ketinggian muka air, sehingga penyaring selalu berada sedikit lebih rendah dari muka air. Tapi karena selokan tersebut adalah fasilitas umum dan ukurannya tidak terlalu besar, maka sistem pelampung ini tidak cocok diterapkan. Akan dapat menimbulkan pertanyaan dari warga yang lain karena khawatir pelampung di selokan akan menghambat aliran air di selokan.

Panjang pipa saringan yang saya gunakan sekitar 70 cm dan terbuat dari pipa pralon (PVC) diameter 1 inchi. Berhubung pipa isap terdiri dari pipa diameter 3/4 inchi, maka perlu  ditambahkan soket adaptor 1 inchi ke 3/4 inchi. Ujung pipa saringan yang tidak tertutup knee dibiarkan terbuka.

Knee pada pipa isap yang tegak tidak dilem ke pipa isap yang menurun (I). Tujuannya supaya mudah dilepaskan untuk membersihkan penyaring (Sc), jika penyaring terlalu kotor hingga tersumbat. Agar tidak bocor maka knee tersebut diolesi dengan oli atau gemuk (grease).

Knee pada ujung penyaring juga tidak dilem, agar mudah dilepas untuk membersihkan penyaring. Knee pada penyaring selalu terendam air, maka udara tidak mungkin masuk walau tidak dilem.

Jika posisi saringan mengikuti arah aliran air selokan, pada skema dari kanan ke kiri seperti ditunjukkan panah (F). Maka kotoran pada saringan dapat dibersihkan oleh aliran air selokan. Aliran air selokan akan masuk ke saringan lewat irisan-irisan, dan keluar membawa kotoran melalui ujung pipa saringan yang tidak tertutup knee. Dengan kata lain saringan dapat membersihkan dirinya sendiri.

Setelah 3 minggu pompa air selokan ini beroperasi, ditemukan bahwa biasanya air yang disiram ke taman menebarkan aroma selokan jika disemprotkan di pagi hari. Sedangkan penyemprotan pada siang hari atau sore hari tidak terlalu menebarkan aroma selokan. Mungkin karena pada siang dan sore hari, gas-gas yang berbau sudah menguap dari selokan karena terkena panas matahari. Aroma selokan akan lebih tercium saat menggunakan sprinkler yang menyemprot air ke udara. Jika air selokan langsung dialirkan ke tanah, maka aromanya tidak terlalu tercium. Karena air selokan yang langsung dialirkan ke tanah tersebut langsung diserap tanah dan tidak sempat melepaskan gas-gas yang berbau di udara. Setiap dinyalakan, pompa beroperasi sekitar 15-30 menit.

Karena alasan higienis, saya tidak menyemprot langsung dari selang yang dipegang tangan. Saya menggunakan sprinkler (Sp) sebagai penyemprot yang diletakkan di atas rumput atau diikatkan ke pohon. Dengan cara ini mencegah air selokan mengenai badan saat menyiram taman. Sprinkler dari plastik berwarna kuning pada foto paling atas dapat bergerak ke kiri dan ke kanan dengan sudut sekitar 60 derajat, secara otomatis agar semburan airnya menyebar luas. Dengan daya pompa 125 watt, total area yang disemprot air dapat mencapai seluas 4x4 meter persegi. Mirip dengan hujan buatan dengan air bersumber dari selokan. Sprinkler ini mempunyai saringan bagian inputnya, saringan ini yang biasanya tersumbat kotoran. Setelah beberapa lama kotoran akan terkumpul diselang menuju sprinkler, dapat terlihat jelas sebagai air yang kehitaman jika menggunakan selang transparan. Lepaskan koneksi sprinkler, nyalakan pompa agar kotoran keluar dari selang. Bersihkan saringan sprinkler dengan semprotan air.

Walaupun posisi sprinkler air selokan hanya beberapa meter dari sumur pompa air bersih, air bersih yang dipompa dari tanah tidak berubah warna, rasa, dan tidak berbau. Hal ini karena adanya pipa selubung (casing) di sumur air bersih tersebut. Sehingga air selokan yang meresap ke tanah disaring dengan baik oleh tanah. Air selokan baru masuk ke sumur pompa setelah meresap belasan meter dari muka tanah. Air selokan tidak bisa langsung masuk ke sumur pompa air bersih karena terhalang casing. 

Pompa air kecil yang digunakan pada desain ini langsung dapat menyemprotkan air selokan dalam waktu kurang dari 5 detik setelah dinyalakan. Pompa tidak perlu dipancing, walaupun pompa sudah diistirahatkan selama 1-2 hari. Dengan aplikasi teknik yang tepat, pompa kecil dan murah ini ternyata cukup dapat diandalkan.

Jika terlalu banyak endapan lumpur di dalam rumah kipas, pompa akan sulit start alias macet. Cara mengatasinya dengan menyambung dan memutus aliran listrik pompa dengan cepat. Hal ini akan membuat sentakan-sentakan pada poros pompa sehingga membebaskan kipas yang macet. Biasanya pompa sudah dapat start setelah suplai listriknya disambung-putus sekitar 5 kali. Jika macetnya terlalu parah, maka poros pompa harus diputar secara manual atau dengan tangan. Pada pompa yang saya gunakan, cukup melepas tutup kipas pendingin di belakang pompa dengan tangan, tanpa bantuan perkakas karena tutup kipas pendingin tidak ada bautnya. Lalu putar kipas pendingin dengan tangan sampai terasa lebih ringan, tidak macet lagi. Selanjutnya pompa akan berputar lancar segera setelah kabel listriknya disambung ke jaringan PLN.

Jika banyak orang yang menggunakan irigasi taman dengan air selokan ini, tentu akan mengurangi beban sistem pembuangan air kota sehingga mencegah banjir. Juga akan menaikkan volume air tanah, yang dapat mencegah intrusi air laut.