Hardini, I. 1) Karnaningroem, N. 2) 1) Mahasiswi Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP ITS Surabaya,

Transkripsi

1 PENINGKATAN KUALITAS AIR SUMUR GALI MENJADI AIR BERSIH MENGGUNAKAN FILTER MANGAN ZEOLIT DAN KARBON AKTIF: STUDI KASUS AIR SUMUR GALI PERMUKIMAN DESA BANJAR PO SIDOARJO Hardini, I. 1) Karnaningroem, N. 2) 1) Mahasiswi Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP ITS Surabaya, Abstrak Saat musim kemarau tiba,warga disekitar Desa Banjar Po Sidoarjo mengalami kesulitan air bersih, sehingga dalam memenuhi kebutuhan warga membeli air bersih melalui penjual keliling, sedangkan warga yang tidak sanggup untuk membeli menggunakan air tanah yang kualitasnya masih mengandung besi 3,53 mg/l, mangan 2,85 mg/l, dan zat organik (KMnO 4 ) 554 mg/l dimana nilai tersebut masih belum memenuhi standart baku mutu. Untuk itu dibutuhkan unit filter dengan media karbon aktif dan mangan zeolit. zeolit yang telah di aktivasi digunakan untuk menyaring atau menghilangkan zat besi dan mangan, sedangkan karbon aktif yang telah di aktivasi digunakan untuk menghilangkan kandungan zat organik. Pada penelitian ini dilakukan 3 tahap, yaitu besi dengan kadar 1 mg/l dan 3 mg/l, mangan dengan kadar 1 mg/l dan 2,5 mg/l, dan zat organik dengan kadar 15 mg/l dan 50 mg/l di lewatkan pada filter berisi media karbon aktif, mangan zeolit, dan seri karbon aktif dan mangan zeolit dengan ketebalan 25 cm dan 40 cm. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa seri karbon aktif dan mangan zeolit dengan ketebalan 40 cm lebih optimum dalam menurunkan kandungan besi, mangan, dan zat organik dalam air. Kata kunci: Air bersih, air tanah, filter mangan zeolite, filter karbon aktif I. PENDAHULUAN Saat musim kemarau tiba, warga di sekitar Desa Banjar Po Sidoarjo mengalami kesulitan air bersih yang dikarenakan kualitas air minum Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Sidoarjo kurang layak dikonsumsi, karena airnya menjadi keruh yang diakibatkan oleh besi (Fe) dan mangan (Mn) serta berbau kurang sedap akibat adanya zat organik (KMnO 4 ) (Wibowo, 2010). Karena itu untuk memenuhi kebutuhan minum, mencuci, dan memasak, warga membeli air bersih melalui penjual keliling, dimana setiap jirigen ukuran 25 liter dijual seharga Rp 6 ribu (Wibowo, 2010). Air tersebut berasal dari sumber air Prigen Kabupaten Pasuruan. Sedangkan warga yang tidak sanggup membeli, menggunakan air tanah yang kualitasnya masih mengandung besi (Fe) 3,53 mg/l, mangan (Mn) 2,85 mg/l, (Taufan, 2010) dan zat organik (KMnO 4 ) 554 mg/l (Paynye, 2007) dimana nilai tersebut masih belum memenuhi standart baku mutu. Untuk itu dibutuhkan suatu pengolahan yang dapat meningkatkan kualitas air tanah agar layak untuk digunakan. (Wibowo, 2010) Menurut Said dan Wahjono (1999) filter mangan zeolit dapat digunakan untuk menyaring atau menghilangkan zat besi dan mangan, sedangkan filter karbon aktif dapat digunakan untuk menghilangkan kandungan zat organik, polutan mikro, dan dapat menjernihkan air. Dalam Tugas Akhir ini peningkatan kualitas air bersih akan dilakukan dengan menggunakan filter mangan zeolit dan karbon aktif. Dalam penelitian ini akan dikaji efisiensi penyisihan dan ketebalan media yang lebih optimal dalam meningkatkan kualitas air tanah. 1

2 BAB II. METODE Pada penelitian ini akan dilakukan uji pendahuluan pada air sampling untuk mengetahui karakteristik air sumur gali yang ada di Sidoarjo. Selanjutnya didapatkan range konsentrasi besi (Fe), mangan (Mn), dan zat organik (KMnO 4 ). Kemudian, dilakukan pengujian efisiensi penyisihan besi (Fe), mangan (Mn), dan zat organik (KMnO 4 ) dengan proses filter mangan zeolit dan karbon aktif. Hasil penelitian ini adalah diketahuinya efisiensi penyisihan besi (Fe), mangan (Mn), dan zat organik (KMnO 4 ) dengan menggunakan unit tersebut. Sampel Air Baku Nilai kadar Fe, Mn, dan KMnO 4 air sumur gali permukiman desa Banjar Po Sidoarjo adalah 1,5 mg/l Fe, 2 mg/l Mn, dan 16 mg/l KMnO 4. Kemudian dari angka tersebut dibuat range dengan berdasar pada kadar Fe, Mn, dan KMnO 4 pada uji terdahulu. Kadar Fe, Mn, dan KMnO 4 pada uji terdahulu adalah 3,53 mg/l Fe, 2,85 mg/l Mn (Sumber: Taufan, 2010), dan 554 mg/l KMnO 4 (Sumber: Paynye, 2007). Berikut adalah range yang digunakan utuk membuat artificial: Besi (Fe) : 1 mg/l dan 3 mg/l (Mn) : 1 mg/l dan 2,5 mg/l Zat organik (KMnO 4 ) : 15 mg/l dan 50 mg/l Variabel Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Media Karbon Aktif dengan tinggi = 25 cm dan 40 cm Media Zeolit dengan tinggi = 25 cm dan 40 cm Kadar konsentrasi Besi (Fe) : 1 mg/l dan 3 mg/l Kadar konsentrasi (Mn) : 1 mg/l dan 2,5 mg/l Kadar konsentrasi Zat organik (KMnO 4 ) : 15 mg/l dan 50 mg/l Pelaksanaan Penelitian Penelitian dilaksanakan secara kontinyu dengan debit 1 L/menit, dimana penelitian dilakukan pada reaktor dengan pemberian input maupun pengeluaran output selama proses penelitian berlangsung. Pengukuran terhadap parameter yang diukur dari hasil proses pengolahan dilakukan pada inlet sebelum masuk filter dan outlet filter. Pengukuran parameter dilakukan setiap 60 menit sekali selama 5 jam dalam sehari yang kemudian dianalisa di laboratorium. Skema Pelaksaan Penelitian Besi (Fe) Besi (Fe) Karbon Aktif 1 mg/l dan 3 mg/l Zeolit 1 mg/l dan 3 mg/l Karbon Aktif Zeolit Gambar 2.1 Skema pelaksanaan penelitian parameter Besi (Fe) 2

3 (Mn) (Mn) 1 mg/l dan 2,5 mg/l 1 mg/l dan 2,5 mg/l Karbon Aktif Zeolit Karbon Aktif Zeolit Gambar 2.2 Skema pelaksanaan penelitian parameter (Mn) Zat Organik (KMnO 4 ) Zat Organik (KMnO 4 ) 15 mg/l dan 50 mg/l 15 mg/l dan 50 mg/l Karbon Aktif Zeolit Karbon Aktif Zeolit Gambar 2.3 Skema pelaksanaan penelitian parameter Zat Organik (KMnO 4 ) Gambar 2.4 Skema Reaktor 3

4 III. ANALISA DAN PEMBAHASAN Hasil yang didapatkan dari penelitian ini adalah berupa data, yang kemudian dari data tesebut dibuat kedalam bentuk Tabel dan Grafik guna mempermudah proses analisis. Dari Tabel dan Grafik tersebut dapat memberikan gambaran secara umum pola efisiensi yang ditimbulkan dari unit filter dan hubungannya dengan variasi yang digunakan. Kemudian dilakukan pembahasan mengenai data yang telah didapat. Hasil dari penelitian pendahuluan yang dilakukan, didapatkan bahwa kadar besi (Fe) 1,5 mg/l, mangan (Mn) 2 mg/l, dan zat organik (KMnO 4 ) 16 mg/l pada air sumur gali pemukiman Desa Banjar Po Sidoarjo. Nilai tersebut ternyata melebihi baku mutu air minum yang ditetapkan, yaitu Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492/MENKES/PER/IV/2010 Tanggal 19 April 2010 yang menyatakan bahwa kandungan Fe tidak boleh melebihi 0,3 mg/l, Mn tidak boleh melebihi 0,4 mg/l, dan KMnO 4 tidak boleh melebihi 10 mg/l. Penggunaan karbon aktif dan mangan zeolit sebagai untuk mengolah air sumur ini didasarkan pada penelitian yang telah dilakukan Said dan Wahjono (1999), bahwa karbon aktif dari tempurung kelapa yang telah diaktivasi mampu untuk menurunkan kadar besi (Fe), mangan (Mn), dan terutama zat organik (KMnO 4 ), sedangkan mangan zeolit yang terbentuk dari batu zeolit yang diaktivasi sehingga menjadi mangan zeolit atau yang lebih dikenal dengan zeolat ini juga mampu untuk menurunkan kadar besi (Fe) dan mangan (Mn). Demikian juga dari hasil penelitian Saifudin, dkk; (2004) menyatakan bahwa mangan zeolit kurang mampu menurunkan kadar zat organik (KMnO 4 ) jika dibandingkan dengn Karbon Aktif yang mampu menurunkn hingga 88,86 %. Proses yang terjadi pada kabon aktif dan mangan zeolit ini adalah adsorpsi, yaitu merupakan proses perpindahan massa. Pada proses tersebut, besi, mangan, dan zat organik menempel dan mengisi pori - pori karbon aktif dan mangan zeolit yang mengakibatkan terbentuknya lapisan pada butir karbon aktif dan mangan zeolit. Lapisan ini kian lama kian menebal dan akan mengakibatkan kejenuhan pada media. Melalui penelitian ini dengan ragam variasi yang digunakan, diharapkan dapat diperoleh tingkat efisiensi pengolahan yang cukup signifikan, sehingga dapat diaplikasikan pada masyarakat dalam bentuk unit filter sederhana skala rumah tangga. Prosedur Penelitian Langkah awal yang dilakukan pada penelitian ini yakni melakukan persiapan unit reaktor yang berupa filter. Adapun filter yang digunakan dalam penelitian ini adalah: Bahan = Kaca Dimensi : Panjang = 20 cm Lebar = 15,7 cm 16 cm Tinggi = 65 cm Media filter = Karbon Aktif dan Zeolit Diameter Karbon Aktif = 1 mm (20 mesh) Diameter Zeolit = 2 mm (10 mesh) Tinggi Karbon Aktif = 25 cm dan 40 cm Tinggi Zeolit = 25 cm dan 40 cm Debit = 1 Liter/menit Sedangkan air sampel yang digunakan pada penelitian ini berupa air sample buatan (artificial) yang dikondisikan seperti konsentrasi Fe, Mn, dan zat organik pada air sumur yang digunakan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui kemampuan media dalam menurunkan konsentrasi Fe, Mn, 4

5 dan zat organik dalam air sumur gali dan seberapa besar efisiensi yang dapat dicapai oleh media tersebut. Matriks Hasil Penelitian Matriks hasil penelitian disusun untuk memudahkan indentifikasi pencapaian hasil penelitian yang paling efisien. Hasil matriks penelitian dapat dilihat pada Tabel 3.1 dan 3.2 berikut ini. Tabel 3.1 Matriks Penurunan dan % dari Hasil Penelitian Filter Karbon Aktif, Filter Zeolit, dan Filter Karbon Aktif dan Zeolit untuk ketebalan 25 cm Karbon Aktif dan Karbon Aktif Zeolit Zeolit Inlet Besi (Fe) (Mn) 1 0,503 50,24 0,4 59,68 0,258 48,78 3 1,367 54,41 1,028 65,84 0,635 53,53 1 0,762 23,81 0, ,420 46,51 2,5 1,833 26,67 0,238 90,48 1, Zat Organik 15 8, ,008 33,33 9,973 35,59 (KMnO 4 ) 50 24,648 54,39 35,392 34,12 26,608 29,83 Sumber: Hasil Analisa, 2011 Tabel 3.2 Matriks Penurunan dan % dari Hasil Penelitian Filter Karbon Aktif, Filter Zeolit, dan Filter Karbon Aktif dan Zeolit untuk ketebalan 40 cm Karbon Aktif dan Karbon Aktif Zeolit Zeolit Inlet Besi (Fe) (Mn) 1 0,044 95,72 0,037 96,31 0,024 90,31 3 0,793 73,61 0,195 93,52 0,052 93,52 1 0,548 43,90 0,024 97,62 0,016 97,62 2,5 1,167 53,33 0,071 97,14 0,048 97,14 Zat Organik 15 1,580 90,91 11,060 33,96 5, (KMnO 4 ) 50 17,380 70,11 31,6 40,12 12,125 36,05 Sumber: Hasil Analisa, 2011 Dari Tabel Matriks 3.1 terlihat bahwa konsentrasi Fe 1 mg/l dan 3 mg/l lebih efektif dengan menggunakan kedua media, yaitu karbon aktif dan mangan zeolit. Namun untuk Mn konsentrasi 1 mg/l dan 2,5 mg/l lebih efektif dengan menggunakan media mangan zeolit. Hal ini terjadi sebagai akibat minimnya kemampuan karbon aktif dalam menurunkan Mn, sehingga media karbon aktif menjadi lebih cepat jenuh atau mengalami Breakthrough. Akibat dari media karbon aktif yang menjadi cepat jenuh atau mengalami Breakthrough, membuat kinerja mangan zeolit menjadi lebih berat dan hasilnya menjadi kurang efektif. Sedangkan pada KMnO 4 konsentrasi 15 5

6 mg/l dan 50 mg/l lebih efektif dengan menggunakan media karbon aktif. Hal ini disebabkan oleh kurang dapatnya mangan zeolit dalam menurunkan KMnO 4, sehingga media mangan zeolit menjadi lebih cepat jenuh atau mengalami Breakthrough. Akibat dari media mangan zeolit yang menjadi cepat jenuh atau mengalami Breakthrough, membuat kinerja karbon aktif menjadi tidak optimal dan hasilnya menjadi kurang efektif. Dari Tabel Matriks 3.2 di atas terlihat bahwa dengan menggunakan kedua media, yaitu karbon aktif dan mangan zeolit lebih efektif, kecuali pada KMnO 4 konsentrasi 15 mg/l, terlihat bahwa media karbon aktif menunjukkan penurunan konsentrasi KMnO 4 yang jauh melebihi, hal ini dimungkinkan telah terjadi kesalahan analisa atau perlakuan dalam melakukan penelitian ini. Dari hasil uraian Tabel 3.1 dan 3.2, dapat dinyatakan bahwa dengan menggunakan media karbon aktif dan mangan zeolit dengan ketebalan 40 cm lebih efektif sehingga mampu mengolah hingga sesuai dengan standar baku mutu Permenkes tahun 2010 dimana Fe 0,3 mg/l, Mn 0,4 mg/l, dan KMnO 4 10 mg/l, kecuali untuk konsentrasi 50 mg/l media karbon aktif dan mangan zeolit dengan ketebalan 40 cm belum mampu mengolah hingga sesuai dengan standar baku mutu Permenkes tahun 2010, dimana kandungan KMnO 4 masih 12,125 mg/l. Hal ini dikarenakan konsentrasinya terlalu besar untuk dapat diolah dengan media karbon aktif dan mangan zeolit dengan ketebalan 40 cm. Dengan menambah ketebalan media, dapat menigkatkan kemampuan media dalam menurunkan kandungan Fe, Mn, dan KMnO 4 yang terdapat di dalam air. Hal ini dikarenakan semakin banyak media yang di tambahkan, maka semkin luas permukaan pori pori yang dapat menampung masuknya Fe, Mn, dan KMnO 4. Dengan semakin banyak yang dapat tertampung maka kadar Fe, Mn, dan KMnO 4 semakin berkurang. Namun untuk media mangan zeolit tidak terlalu terlihat perbedan yang cukup jauh dalam menurunkan KMnO 4, sebab media mangan zeolit lebih berkemampuan untuk menurunkan kadar logam. Dari matriks hasil penelitian pada Tabel 3.1 dan 3.2 di atas terlihat bahwa penurunan tertinggi dicapai dengan menggunakan seri karbon aktif dan mangan zeolit, sedangkan urutan kedua dicapai dengan menggunakan Zeolit untuk Fe dan Mn, dan urutan terakhir dicapai dengan menggunakan Karbon Aktif untuk KMnO 4. Luasan Area Adsorpsi Untuk mengetahui bahwa Breakthrough benar terjadi, maka dilakukan perhitungan luasan area adsorpsi dengan cara membuat grafik Breakthrough dari data penelitian yang telah didapatkan, kemudian dihitung dengan menggunakan rumus: Zs = Z Berikut di bawah ini adalah Tabel 3.3 Matriks Hasil Perhitungan Luasan Area Adsorpsi. Besi (Fe) Tabel 3.3 Matriks Hasil Perhitungan Luasan Area Adsorpsi Media Ketebalan Karbon Aktif Zeolit Karbon Aktif dan (cm) (cm) (cm) Zeolit (cm) , ,7 21,4 16, ,

7 (Mn) Zat Organik (KMnO 4 ) 1 2, Sumber: Hasil Analisa, 2011 Keterangan: - = tidak ada Tabel 3.3 (Lanjutan) Media Ketebalan Karbon Aktif Zeolit Karbon Aktif dan (cm) (cm) (cm) Zeolit (cm) , , , , ,4 21,4 21, , ,4 16 Dari Tabel Matriks 3.3 di atas terlihat bahwa ada yang tidak ada hasilnya, hal ini disebabkan oleh kurangnya penelitian yang dilakukan. Akibat kurangnya data dari hasil penelitian, maka data hasil perhitungan pada Tabel matriks di atas belum menunjukkan hasil yang maksimal. Hasil Foto SEM-EDX Pada penelitian ini, juga dilakukan scanning dengan menggunakan mikroskop elektron yang dikenal dengan SEM (Scanning Electron Microscope). Analisa ini dilakukan untuk membuktikan bahwa selama proses filtrasi dengan mangan zeolit terjadi proses pengendapan ferri oksida dan mangan dioksida pada permukaan mangan zeolit tersebut. Hasil Scanning pada Media ini dengan menggunakan mikroskop perbesaran kali dapat dilihat pada Gambar 3.1 berikut ini. Gambar 3.1 Foto Permukaan Media Zeolit dengan menggunakan Mikroskop Elektron 7

8 Gambar 3.1 di atas menunjukkan adanya endapan berbentuk bulat yang merupakan hasil reaksi pertukaran ion yang menyebabkan besi dan mangan menjadi bentuk endapan yang menempel pada. Agar lebih jelas dan untuk membuktikan bahwa memang terdapat kandungan besi, mangan, dan zat organik yang menempel pada media, selanjutnya dilakukan analisa EDX, dimana menggunakan mikroskop yang mana dapat mengenali molekul yang terdapat pada permukaan media. Berikut ini Gambar 3.2 yang menunjukkan hasil dari EDX. Gambar 3.2 Foto Hasil Analisa EDX Gambar 3.2 terlihat adanya bermacam macam warna, yaitu warna merah untuk (Mn), warna biru untuk Besi (Fe), warna hijau untuk Carbon (C), warna orange untuk Oksigen (O), sedangkan Hidrogen tidak dapat dibaca karena untuk pembacaannya alat ini menggunakan Hidrogen. Kandungan C dan O adalah bagian dari larutan artificial zat organik (KMnO 4 ) yang dibuat dari larutan gula (Glukosa). IV. KESIMPULAN Dari penelitian yang telah dilakukan pada filter karbon aktif, filter mangan zeolit, dan filter seri karbon aktif dan mangan zeolit terhadap sumur gali adalah sebagai berikut: 1. removal konsentrasi besi (Fe), mangan (Mn), dan zat organik (KMnO 4 ) dalam air sumur gali dengan masing masing menggunakan filter karbon aktif, filter mangan zeolit, dan filter seri karbon aktif dan mangan zeolit, paling besar yang terjadi pada ketebalan media 40 cm dan konsentrasi terbesar, adalah sebagai berikut: 8

9 - removal untuk Fe, Mn, dan KMnO 4 yang terjadi pada filter media karbon aktif yaitu sebesar: efisiensi removal untuk Fe mencapai 73,6%, Mn 53,33%, dan KMnO 4 70,11%. - removal untuk Fe, Mn, dan KMnO 4 yang terjadi pada filter media mangan zeolit yaitu sebesar: efisiensi removal untuk Fe mencapai 93,52%, Mn 97,14%, dan KMnO 4 40,12%. - removal untuk Fe, Mn, dan KMnO 4 yang terjadi pada filter seri media karbon aktif dan media mangan zeolit yaitu sebesar: efisiensi removal untuk Fe mencapai 93,52%, Mn 97,14%, dan KMnO 4 36,0%. 2. Semakin tebal media maka efisiensi penyisihan semakin tinggi. Dalam penelitian ini ketebalan media 40 cm memiliki efisiensi penyisihan yang lebih tinggi dibanding ketebalan 25 cm. Berikut adalah nilai konsentrasi terbesar yang dapat diturunkan oleh dengan ketebalan 40 cm: - Pada filter karbon aktif, konsentrasi Fe turun menjadi 0,793 mg/l, Mn turun menjadi 1,167 mg/l, dan KMnO 4 turun menjadi 17,380 Mg/L. - Pada filter mangan zeolit, konsentrasi Fe turun menjadi 0,195 mg/l, Mn turun menjadi 0,071 mg/l, dan KMnO 4 turun menjadi 31,6 mg/l. - Pada filter seri karbon aktif dan mangan zeolit, konsentrasi Fe turun menjadi 0,052 mg/l, Mn turun menjadi 0,048 mg/l, dan KMnO 4 turun menjadi 12,125 mg/l. 3. Semakin tinggi konsentrasi, maka ketebalan media perlu ditambah. Menambah ketebalan media mangan zeolit untuk Fe dan Mn berkadar tinggi, sedangkan media karbon aktif ditambahkan jika kadar KMnO 4 yang tinggi. 4. Nilai penurunan penyisihan yang berbeda beda antara media serta efisiensi penyisihan yang mencapai 95% hingga 100% menunjukkan terjadinya Breakthrough pada media. DAFTAR PUSTAKA Alaerts, G., dan Santika, S.S Metoda Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional. Anonim, Hidrologi untuk Pengairan. Edisi 4. Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Anonim, Kumpulan Modul Advance Course Water Quality Control. New York: Mc. Graw Hill book company. Anonim, Water Treatment Handbook, Volume 1. New York: Mc.Graw Hill Company. Anonim, Pengertian Dan Jenis/ Macam Air Permukaan Dan Air Tanah-Preatis, Artesis, Darat & Laut, <URL: Anonim, Penetapan Kadar Zat Organik (Bilangan Permanganat), <URL: Awandana, Perecanaan Prasarana Air Bersih, <URL: 9

10 Khaeruddin, J. M., Cathaputra, E., dan Winoto, H. P., Produksi Isopropil Alkohol Murni untuk Aditif Bensin yang Ramah Lingkungan Sebagai Wujud Pemanfaatan Produk Samping pada Industri Gas Alam. Bandung, PERMENKES RI No. 492 / MENKES / PER / IV / Prawiro, R.H Ekologi-Lingkungan Pencemaran. Edisi 1. Semarang: Satya Wacana. Reynold, T.D., and Richard, P.A Unit Operations and Process in Envronment Engineering. Boston: PWS Publishing Company. Said, N.I., dan Wahjono, H.D Pembuatan Filter untuk Menghilangkan Zat Besi dan di Dalam Air. Jakarta, Saifudin, M. R., dan Astuti D., Kombinasi Media Filter untuk Menurunkan Kadar Besi (Fe). Jurnal Penelitian Sains & Teknologi, 6, 1: Saifudin, M. R., Widiarto, N., dan Astuti D., Efektivitas Kombinasi Filter Pasir-Zeolit, Pasir- Karbon Aktif dan Zeolit-Karbon Aktif Terhadap Penurunan Kadar (Mn): Di Desa Danyung Kecamatan Grogol Kabupaten Sukoharjo. Infokes, 8:1-12. Wibisono, Kelapa Sebagai Bioindustri Potensial Indonesia, <URL: Wibowo, D Pedagang Air Bersih. Tempo (Jakarta), 7 Juni. 10