STUDI DAYA DUKUNG DAN DAYA TAMPUNG KALI SURABAYA SEGMEN GUNUNGSARI JAGIR DENGAN METODE LINEAR PROGRAMMING STUDY OF CARRYING CAPACITY AND ASSIMILATIVE

Transkripsi

1 STUDI DAYA DUKUNG DAN DAYA TAMPUNG KALI SURABAYA SEGMEN GUNUNGSARI JAGIR DENGAN METODE LINEAR PROGRAMMING STUDY OF CARRYING CAPACITY AND ASSIMILATIVE CAPACITY OF SURABAYA RIVER AT GUNUNGSARI JAGIR SEGMENT USING LINEAR PROGRAMMING METHOD Ichda Maulidya 1) dan Niee Karnaningroem 2) Jurusan Teni Lingungan FTSP-ITS 1) ichda_world@yahoo.com ; 2) niee@enviro.its.ac.id ABSTRAK Kali Surabaya memegang peranan penting bagi ehidupan warga Surabaya arena air Kali Surabaya merupaan bahan bau PDAM Surabaya. Namun, banyanya limbah domesti dan industri yang dibuang e dalamnya menyebaban penurunan daya duung dan daya tampung Kali Surabaya. Oleh arena itu, diperluan upaya pengelolaan ualitas air Kali Surabaya, terutama minimisasi beban pencemaran. Dengan metode linear programming, dapat dietahui berapa beban pencemaran yang boleh dibuang e Kali Surabaya agar sesuai daya duung dan daya tampungnya. Dari hasil penelitian dietahui bahwa daya duung Kali Surabaya segmen Gunungsari Jagir telah terlampaui hingga ,13 g/hari aibat besarnya beban pencemaran yang dibuang e dalamnya. Daya tampung Kali Surabaya pun telah terlampaui aibat defisit osigen yang terjadi setelah percampuran point source I, II, dan III melebihi defisit osigen yang diperbolehan (1,62 mg/l). Oleh arena itu, beban pencemaran yang dibuang e Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir perlu diminimisasi menjadi 0 g/hari. Hal ini dapat dilauan mengolah limbahnya terlebih dahulu sebelum membuangnya e badan air. Kata unci: Kali Surabaya, daya duung, daya tampung, dan linear programming. 1

2 ABSTRACT Surabaya River plays an important role for Surabaya s citizen because it used as the raw water of PDAM Surabaya. However, many domestic and industral waste discharged into the stream causing a decrease in carrying capacity and assimilative capacity. Therefore, water quality management is needed, especially for minimization pollutant load. With the linear programming method can be nown how much pollution load that may be discharged into Surabaya River to comply with carrying capacity and assimilative capacity. Based on this research nown that carrying capacity of Surabaya River in Gunungsari - Jagir segment exceeded ,13 g/day due to the amount of pollution load discharged into the stream. Assimilative capacity has been exceeded due to the oxygen deficit that occurs after the mixing of point source I, II, and III exceed the allowable oxygen deficit (1,62 mg/l). Therefore, the pollution load discharged into the Surabaya River at Gunungsari Jagir segment have minimized to 0 g/day. This can be done by wastewater treatment before discharged them into the stream. Keywords: Surabaya River, carrying capacity, assimilative capacity, and linear programming. 1. PENDAHULUAN Kebutuhan air bagi mayoritas warga Surabaya banya bergantung pada pasoan air dari Kali Surabaya. Air Kali Surabaya digunaan oleh Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Surabaya sebagai bahan bau air minum. Namun, onsentrasi limbah dan beban pencemaran yang diterima oleh sungai ini meningat, sedangan daya duung SDA dan daya tampung beban pencemaran semain menurun. Untu mencapai tingat ualitas air sesuai standar yang telah ditetapan, maa perlu upaya pengelolaan. Hal ini dapat dilauan menetapan beban pencemaran yang boleh dibuang e sungai, yang disesuaian debit air sungai yang ada agar sesuai daya duung dan daya tampungnya. Besarnya apasitas beban (daya duung) sungai agar tida tercemar dihitung mengalian besarnya beban BOD limbah yang tida mencemari sesuai bau mutu sungai (dalam mg/l) debit aliran sungai (dalam m 3 /deti). Dari hasil peralian ini setelah dionversi aan diperoleh satuan apasitas beban BOD dalam ton/hari. Sedangan beban pencemaran dihitung 2

3 mengalian BOD limbah yang masu e sungai (dalam mg/l) besarnya debit aliran sungai (dalam m 3 /deti). Dari hasil peralian ini setelah dionversi pada ahirnya aan diperoleh satuan beban pencemaran BOD dalam ton/hari (Razif dan Yuniarto, 2004). Point Source 1 STAGE 2 STAGE 3 STATE 3 1 Sungai 2 3 Q (L/deti v (m/deti) 4 Point Source 3 STAGE 1 Point Source 2 STATE 2 Gambar 1 Gambaran Limpasan Air Limbah e Sungai (Karnaningroem, 2006) Jia diasumsian bahwa sungai dan limbah tercampur sempurna pada titi buangan, maa onsentrasi onstituen pada campuran air-limbah adalah: Qr x Cr Qw x Cw Co Qr Qw (1) C o = onsentrasi onstituen awal pada titi buangan setelah pencampuran (mg/l) Q r = laju alir sungai (m 3 /deti) Cr = onsentrasi onstituen dalam sungai sebelum pencampuran (mg/l) C w = onsentrasi onstituen dalam air limbah (mg/l) Berdasaran Keputusan Menteri Negara Lingungan Hidup Nomor 110 Tahun 2003, daya tampung beban pencemaran air adalah emampuan air pada suatu sumber air untu menerima masuan beban pencemaran tanpa mengaibatan air tersebut menjadi cemar. Penetapan daya tampung beban pencemaran air dapat dilauan menggunaan perhitungan neraca massa omponen-omponen sumber pencemaran atau menggunaan model matemati yang diembangan oleh Streeter-Phelps. 3

4 Streeter dan Phelps menyataan bahwa laju osidasi bioimiawi senyawa organi ditentuan oleh onsentrasi senyawa organi sisa (residual). dl dt d L (2) Hasil integrasi persamaan (2.1) selama masa deosigenasi adalah: L t d t L 0.10 (3) L t : onsentrasi zat organi yang terosidasi pada saat t (mg/l) L 0 : onsentrasi zat organi awal (BOD ultimate) (mg/l) d : oefisien deosigenasi = 1 (/hari) t : watu (hari) 1T (T20) 1(20) θ (4) 1(20) : laju deosigenasi BOD pada temperatur 20 C = 0,1 θ = 1,047 Kandungan osigen dalam air aan menerima tambahan aibat turbulensi sehingga berlangsung perpindahan osigen dari udara e air dan proses ini merupaan proses reaerasi. Peralihan osigen ini dinyataan oleh persamaan laju reaerasi: dc dt 2 Cs Ct (5) C t : onsentrasi osigen (DO) pada saat t (mg/l) C s : onsentrasi osigen jenuh (mg/l) 2 : oefisien reosigenasi 4

5 D : defisit osigen (Cs Ct) 13,0 V 0,5 2(20 C) H 1,5 (6) v : ecepatan sungai rata-rata (m/dt) H : edalaman sungai rata-rata (m) 2T (T20) 2(20) θ (7) 2(20) : laju reaerasi BOD pada temperatur 20 C θ = 1,024 Setiap bagian perairan mempunyai apasitas tertentu untu dapat mengandung osigen. Diasumsian bahwa tingat ejenuhan osigen merupaan fungsi dari temperatur. Sedangan elarutan osigen jenuh dinyataan persamaan: DO sat 14,652 0,41022 T 0, T 2 0, T 3 (8) DO sat : elarutan osigen jenuh (mg/l) T : temperatur ( C) Suatu metode pengelolaan air dapat dilauan atas dasar defisit osigen ritis Dc, yaitu ondisi defisit DO terendah yang dicapai aibat beban yang diberian pada aliran tersebut..t D d r c c L x 10 a (9) 2 jia f d (10) 2 5

6 dan 1 D ( ) t 2 a 2 r c log 1 (11) 2 r r La d sehingga 1 D t log f 1 (f 1) a c (12) r f 1 L a Substitusi t c dalam D c (Thomas, 1948): 0,418 D L 2 r a a D c 1 1 (13) D r 2 r c atau log L a 0,418 D r a log D 1 1 log 2 c (14) 2 r D c r t c : watu ritis (hari) 2 : oefisien reaerasi (/hari) r : oefisien deosigenasi = d (/hari) D a : defisit osigen (Cs Ct) mg/l L a : BOD 5 (mg/l) (Lee dan Lin, 1999) Pemrograman linier menggunaan model matematia untu menggambaran suatu masalah. Sifat linier di sini berarti semua fungsi matematia harus berupa fungsi linier. Kata pemrograman di sini buan berarti program omputer, melainan perencanaan (Hillier dan Lieberman, 2008). Model linear programming (LP) telah banya diapliasian untu mengoptimalan masalah aloasi sumber daya. Seperti namanya, model LP mempunyai dua arateristi dasar, yaitu fungsi 6

7 tujuan dan endala yang merupaan fungsi linear dari variabel eputusan. Bentu umum model LP adalah: Masimuman (atau minimuman) x 0 n c j x j j 1 Dengan endala: n a ij bi j 1, untu i = 1, 2,...,m x j 0, untu j = 1, 2,...,n di mana: c j = oefisien fungsi tujuan a ij = oefisien tenologi b i = oefisien sumber daya yang tersedia Untu bentu aljabar, model LP adalah: a 11 x 1 + a 12 x a 1m x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x a 2m x n b 2 a m1 x1 + a m2 x a mn x n b m dan x 1 0, x 2 0,..., x n 0 (Mays dan Tung, 1992) 2. METODOLOGI PENELITIAN 1. Persiapan Alat dan Bahan Alat-alat yang dipersiapan untu analisis DO terdiri dari botol winler, buret 25 atau 50 ml, pipet uur 10 ml, pipet tetes, gelas uur 100 ml, dan erlenmeyer 250 ml. Sedangan alatalat untu analisis BOD sama analisis DO, hanya saja ditambah labu taar 500 ml, dan erlenmeyer 250 ml. 7

8 Reagen yang digunaan untu analisis DO dan BOD terdiri dari larutan MnSO 4, larutan pereasi osigen, indiator amilum, larutan natrium tiosulfat 0,0125 N, dan larutan H 2 SO 4 peat. Sedangan untu membuat air pengencer pada analisis BOD digunaan larutan buffer fosfat, larutan magnesium sulfat, larutan alium iodida, larutan feri lorida, dan bubu inhibitor nitrifiasi. 2. Pelasanaan Penelitian Penelitian aan dilauan dalam sala laboratorium menggunaan sampel dari air Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir parameter yang dianalisis meliputi DO dan BOD. Pengambilan sampel dilauan secara grab sampling 2 titi pengambilan pada lebar sungai di Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir pada masing-masing loasi (Gunungsari, Joyoboyo, dan Jagir). Sampel yang telah diambil dianalisis berdasaran Standart Nasional Indonesia bidang Peerjaan Umum mengenai Kualitas air (SNI, 1990) dan Standart Methods for Examination of Water and Waste Water (AWWA,WPCF-APHA,1995). No Loasi 1 Jembatan Cangu 2 Jembatan Perning 3 Jembatan Jrebeng 4 Cangir Tambangan 5 Bambe Tambangan 6 Karangpilang 7 Jembatan Sepanjang 8 Gunungsari 9 Ngagel/ Jagir Gambar 1 Obye Penelitian di Kali Surabaya pada Segmen Gunungsari - Jagir 8

9 3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Analisis Data Primer Analisis Data Kualitas Air Gambar 2 Grafi Sampling DO Segmen Gunungsari Jagir Gambar 3 Grafi Sampling BOD Segmen Gunungsari Jagir Dari Gambar 2 tersebut dapat dietahui bahwa onsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir pada bulan April Mei berisar antara 2 4 mg/l. Sedangan pada bulan November 2009 berisar antara 2 5 mg/l. Dari Gambar 3 tersebut dapat dietahui bahwa onsentrasi BOD pada bulan April - Mei 2009 berisar antara mg/l. Sedangan pada bulan November 2009, onsentrasi BOD berisar antara 1-6 mg/l. Berdasaran hasil analisis tersebut dapat disimpulan bahwa onsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir masih di bawah bau mutu DO elas I PP No. 82 Tahun Sedangan sebagian besar BOD Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir telah melampaui bau mutu BOD elas I PP No. 82 Tahun Dengan demiian, Kali Surabaya tida laya digunaan sebagai bahan bau air minum. 9

10 3.1.2 Analisis Data Limbah Domesti Data debit limbah domesti diperoleh menghitung jumlah fasilitas yang berada di sepanjang Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir jara 0,5 m dari tepi sungai, sedangan untu menghitung jumlah pendudu yang berontribusi membuang limbah e Kali Surabaya, tiap rumah diasumsian 5 jiwa (Ditjen Cipta Karya Departemen PU, 1985 dalam Sastrawijaya, 1991). Setelah menghitung jumlah pendudu dan pengguna tiap fasilitas, selanjutnya dihitung ebutuhan air bersihnya. Dalam perhitungan ebutuhan air bersih ini diperluan data ebutuhan air bersih tiap orang. Sedangan debit limbah domestinya diperoleh dari 70% ebutuhan air bersihnya. Hasil perhitungan debit limbah domesti tersebut aan digunaan untu menentuan beban pencemaran domesti yang dibuang e Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir. 3.2 Analisis Data Seunder Data seunder yang digunaan dalam penelitian ini mencaup debit dan ualitas air (DO dan BOD) Gunungsari, serta data debit dan onsentrasi pencemar industri yang berada di segmen Gunungsari Jagir tahun Debit Gunungsari bervariasi antara 9,00-146,00 m 3 /deti. Parameter ualitas air yang dipantau meliputi adar osigen terlarut (DO), ebutuhan osigen secara bioimia (BOD). Pada apliasi linear programming untu pengelolaan ualitas air Kali Surabaya ini digunaan data DO dan BOD hasil monitoring bulanan pada bulan Januari 2004 sampai Desember Pada penelitian ini juga menggunaan data limpasan limbah industri yang berada di segmen Gunungsari - Jagir yaitu PT Tahu Gunungsari. Dipilihnya PT Tahu Gunungsari arena industri tersebut memberian onstribusi pencemar yang cuup besar nilainya dan dianggap mewaili parameter yang diteliti (BOD). Debit limbah PT Tahu Gunungsari ini sebesar 101,08 m 3 /hari 10

11 (Perum Jasa Tirta I, 2007 dalam Maharani, 2008). Pada penelitian ini digunaan digunaan data BOD limbah industri tahun antara 43, ,7 mg/l (Perum Jasa Tirta I, 2009). Point source I Point source II Point source III Gambar 4 Setsa Loasi Point Source di Kali Surabaya Segmen Gunungsari Jagir Dari setsa tersebut, dapat ditentuan besarnya daya duung pada titi 1, 2, 3, dan 4. Perhitungan selengapnya dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Daya Duung Kali Surabaya Segmen Gunungsari Jagir terhadap Beban Pencemaran Titi Debit (m 3 /hari) Konsentrasi BOD (mg/l) Daya Duung (g/hari) Beban Pencemaran (g/hari) Beban Berlebih (g/hari) , ,00 1,80-32, , , , , , , ,85 2,54-32, , , , ,97 420, , , ,93 2,55-32, , , , ,56 428, , , ,24 3,11-32, , , , ,13 865, ,13 Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 Dari Tabel 1 tersebut dapat dietahui bahwa daya duung sungai telah terlampaui aibat beban pencemaran yang masu e sungai sehingga point source I, II dan III tida boleh membuang limbah e Kali Surabaya. Untu eperluan linear programming ini, Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir dibagi atas 3 point source. Adapun penentuan point source ini didasaran pada leta industri, di mana nantinya aan dibandingan antara beban pencemaran sebelum dan setelah industri. Adapun setsa pembuangan limbah di Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir dapat dilihat pada Gambar 5. 11

12 L 1 L 3 L 2 Gunungsari PT Tahu Gunungsari Joyoboyo L 1e, Q 1e L 2e, Q 2e L 3e, Q 3e Q 3 C 6 mg/l Q 1 Q 2 L 0, Q 0 L 1e, Q 1e L 1e, Q 1e L 3e, Q 3e Karah Ketintang Barat Pulo Wonoromo L 1 L 1 L 3 Point source I Point source II Point source III Gambar 5 Setsa Pembuangan Limbah di Kali Surabaya Segmen Gunungsari - Jagir Keterangan: L 0 = beban pencemaran awal di sungai (mg/l) L 1, L 2, L 3 = beban pencemaran dari limbah sebelum diolah (mg/l) L 1e, L 2e, L 3e = beban pencemaran dari limbah setelah diolah (mg/l) Q 1e, Q 2e, Q 3e = debit limbah (m 3 /hari) Q 0, Q 1, Q 2, Q 3 = debit air sungai (m 3 /hari), : Q 1 = Q 0 + Q 1e, Q 2 = Q 1 + Q 2e, dan Q 3 = Q 2 + Q 1e C = DO di sepanjang sungai, : C 6 mg/l Berdasaran uraian, data, dan asumsi di atas, maa model linear programming dirumusan sebagai beriut: Tujuan: Meminimisasi: Z = L 1e + L 2e +L 3e Kendala: (Q 0 x C 0 ) (Q 1e x C 1 ) BOD mas.saat DO 6 mg/l Q 1 12

13 (Q 0 x C 0 ) (Q 1e x C 1 ) (Q 2e x C 2 ) BOD mas.saat DO 6 mg/l Q 2 (Q 0 x C 0 ) (Q 1e x C 1 ) (Q 2e x C 2 ) (Q 3e x C 3 ) BOD mas.saat DO 6 mg/l Q 3 Dengan model tersebut, selanjutnya data yang ada dianalisis menggunaan persamaan Streeter-Phelps dan mass balance untu menentuan beban pencemaran tiap point source yang boleh dibuang e sungai agar sesuai bau mutu sungai elas I. Perhitungan selengapnya dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Beban Pencemaran yang Boleh Dibuang e Sungai Kelas I Point Source Semula Beban Pencemaran (g/hari) Yang Boleh Dibuang Yang Harus Diolah Persentase Pengolahan (%) I.Karah, Ketintang Barat, Gunungsari 580, , II. PT Tahu Gunungsari 4,35 275,01 0 4,35 275, III.Pulo Wonoromo, Joyoboyo 438, , Dari Tabel 2 tersebut dapat dietahui bahwa masing-masing point source harus mengolah limbahnya terlebih dahulu sebelum membuangnya e sungai elas I. 4. KESIMPULAN 1a. Daya duung Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir telah terlampaui hingga ,13 g/hari aibat besarnya beban pencemaran yang dibuang e dalamnya. b. Daya tampung Kali Surabaya telah terlampaui aibat defisit osigen yang terjadi setelah percampuran point source I, II, dan III melebihi defisit osigen yang diperbolehan (1,62 mg/l). 2. Point source I, II, dan III perlu meminimisasi beban pencemaran yang dibuang e Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir menjadi 0 g/hari. Hal ini menandaan bahwa point 13

14 source I, II, dan III harus mengolah limbahnya terlebih dahulu sebelum membuangnya e Kali Surabaya segmen Gunungsari - Jagir. DAFTAR PUSTAKA 1. Hillier, Frederic S. dan Lieberman, Gerald J Introduction To Operation Research Eighth Edition. Yogyaarta: ANDI. 2. Karnaningroem, Niee Model Hidrodinamia Penyebaran Polutan Di Sungai. Disertasi S3 Program Pasca Sarjana. ITS Surabaya 3. Lee, C.C. dan Lin, Sun Dar Handboo Environmental Engineering Calculations. New Yor: McGRAW-HILL. 4. Maharani, Aditya Pengembangan Model Optimasi Manajemen Pengelolaan Kualitas Air Kali Surabaya Interval Fuzzy Linear Programming (IFLP). Thesis. Jurusan Teni Industri FTI ITS Surabaya. 5. Mays, Larry W. dan Tung, Yeou-Kong Hydrosystems Engineering & Management. Singapore: McGraw-Hill. 6. Razif, M. dan Yuniarto, Adhi Pengelolaan Kualitas Air. Surabaya: Teni Lingungan FTSP-ITS. 7. Sastrawijaya, A. Tresna Pencemaran Lingungan. Jaarta: Rinea Cipta. 14