KAJIAN INTERMITTENT SLOW SAND FILTER SKALA RUMAH TANGGA UNTUK MEMPERBAIKI KUALITAS AIR PDAM Dwi Ermawati Rahayu ABSTRAK

Transkripsi

1 KAJIAN INTERMITTENT SLOW SAND FILTER SKALA RUMAH TANGGA UNTUK MEMPERBAIKI KUALITAS AIR PDAM Dwi Ermawati Rahayu ABSTRAK Pemenuhan butuhan air yang disuplai oleh PDAM mempunyai kualitas air yang fluktuatif, terkadang tidak memenuhi persyaratan baku mutu. Sehingga diperlukan pengolahan lebih lanjut oleh individu dalam skala rumah tangga dengan teknologi yang mudah dan murah dalam operasional. Teknologi yang dapat dipergunakan adalah slow sand filter yang dioperasionalkan sesuai butuhan rumah tangga yang bersifat intermittent(tidak terus menerus) atau disebut juga Intermittent Operatisonal Slow Sand Filter (IOSSF). Penelitian dilakukan dengan air baku air PDAM di konsumen untuk parameter ruhan, Zat Organik (PV) dan e coli. Variasi yang dilakukan terhadap reaktor dengan mengatur cepatan filtrasi pada 0.3m/jam, 0.6m/jam dan volume air pada dan. Desain reaktor yang digunakan adalah reaktor skala rumah tangga menggunakan ember bervolume 50liter, tebalan rikil underdrain 8cm, separation layer pasir kasar 3cm, media pasir halus 20cm serta supernatant (tinggian air) 5cm. Setelah melewati masa ripening untuk pembentukan biofilm selama 3 minggu, reaktor dioperasionalkan selama dua minggu dengan masa henti operasi 10jam. Berdasarkan analisa laboratorium prosentase removal ruhan %, zat organik (PV) %, E coli 0 100%. Removal terbesar untuk tiga parameter tersebut terjadi pada reaktor variasi tiga yaitu reaktor dengan cepatan filtrasi 0.3m/jam pada volume air. Hal ini disebabkan pada cepatan tersebut terjadi mekanisme biologis yang optimal oleh lapisan biofilm dan tersedia waktu yang lebih lama untuk kontak antara media dan air yang melewatinya. Kata kunci : IOSSF, air PDAM, skala rumah tangga PENDAHULUAN Pemenuhan butuhan air untuk perluan sehari hari seperti memasak, air minum, mandi, dll di Indonesia sebagian besar disuplai oleh Perusahaan daerah Air Minum (PDAM). Namun kualitas air yang berasal dari PDAM belum memenuhi persyaratan baku mutu yang ditetapkan departemen sehatan, diantaranya masih terdapatnya e coli 1600MPN/100ml, warna Pto, ruhan dan zat orgabik PV dengan konsentrasi yang fluktuatif (Fairuza, 2008; Zamzami, 2006). Sehingga diperlukan suatu teknologi skala rumah tangga yang dapat diaplikaskan oleh konsumen PDAM dengan cara mudah dalam operasional dan pembiayaan. Salah satu teknologi tersebut adalah slow sand filter. Saringan pasir lambat ini merupakan teknologi tertua yang masih digunakan sampai sekarang di London sejak tahun 1829 (Bar, 1949). Berbagai penelitian telah menunjukkan bahwa slow sand filter ini efektif untuk menghulangkan Giardia lambia, Cryptosporodium oocysts, Candida albicans, Faecal streptococci, Clostridium perfingens, Campylobacter, total coliform. E coli, ruhan dan partil bahkan logam berat (Bellamy, 1984; Collins, 1998; Muhammad, 1997; El-

2 Taweel, 2000; Hijnen, 2003). Namun ndala dalam penerapan slow sand filter ini adalah butuhan lahan yang cukup luas sehingga untuk penerapan dalam skala rumah tangga perlu modifikasi seperti yang dilakukan oleh Dr David Manz dengan mengoperasikan secara intermittent (aliran tidak terus menerus). Sehingga teknologi tersebut dinamakan Intermittent Slow Sand Filter (IOSSF) atau biosand filter. IOSSF yang telah diaplikasikan selama beberapa tahun di beberapa Negara seperti Nicaragua, Ethiopia, Kenya serta beberapa penelitian skala laboratorium menunjukkan hasil yang bagus namun masih dibawah slow sand filter konvensional. Sehingga penulis tertarik untuk meneliti mengenai hal ini. METODA Penelitian pendahuluan dilakukan pada sampel air baku yang berada pada konsumen untuk mengetahui layakan air baku yang akan digunakan sebagai air baku penelitian sesuai dengan criteria yang diharapkan. Kelayakan media juga diteliti untuk mengetahui layakan media digunakan sebagai media filter. Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Air Jurusan Teknik Lingkungan dan Laboratorium Mekanika Tanah Jurusan Teknik Sipil ITS. Parameter yang diteliti meliputi ruhan, zat organik PV dan e coli. Variabel yang diteliti adalah cepatan filtrasi yaitu pada cepatan 0.3m/jam dan 0.6m/jam serta volume air terfiltrasi yaitu dan. IOSSF akan dioperasikan setiap hari selama dua minggu setelah melewati masa ripening untuk pembentukan lapisan biofilm selama tiga minggu. IOSSF dioperasikan pada pagi dan sore hari dengan masa henti operasi selama 10jam. Desain reaktor dengan tebalan media pasir 20cm, pasir kasar sebagai separation layer setebal 3cm dan rikil pada underdrain setebal 8cm dengan tinggian air pada permukaan pasir 5cm untuk menjaga biofilm masih tetap hidup pada saat masa henti operasi. Reaktor IOSSF sebagaimana gambar berikut ini : Pasir halus (h=20cm) Pasir kasar (h= 3cm) Krikil (h=8cm) Gambar 1. Reaktor IOSSF Skala RT

3 HASIL DAN DISKUSI Analisa tahanan media sebagaimana tabel berikut ini digunakan untuk mengetahui layakan media tersebut untuk digunakan sebagai media filter. Media yang baik akan mengalami penyusutan maksimal 2% dari berat awal. Berdasarkan tabel di bawah ini semua media tersebut layak digunakan sebagai media filter Tabel 4.1. Analisa Ketahanan Media Jenia Media Berat Berat Setelah awal Uji Pasir halus % Pasir Kasar % Kerikil % Sumber: Data primer laboratorium, 2009 % Selisih Berat Analisa pendahuluan yang dilakukan pada air baku untuk parameter ruhan, zat organik dan e coli sebagai berikut : Tabel 4.2. Analisa Pendahuluan Air Baku PDAM Parameter Keruhan 5.71 NTU Zat Organik (PV) mg/l E coli 240 MPN/100ml Hasil analisa terhadap parameter ruhan pada reakor IOSSF dengan variasi cepatan filtrasi dan volume air sebagaimana tabel berikut ini. Tabel 4.3. Prosentase Removal Keruhan Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6m/jam, Volume air dan 20 liter Rata rata Prosentase removal ruhan pada variasi ini rata rata 81.02% selama 10 hari analisa. Pada hari pertama analisa prosentase removal cukup bagus yaitu 60.2% dan mengalami peningkatan dengan bertambahnya waktu bahkan mencapai 100% pada hari 5. Efisiensi yang cukup besar pada hari pertama analisa ini disebabkan filter telah mengalami mmsa ripening selama tiga minggu untuk pembentukan biofilm/lapisan

4 schmutzdec. Biofilm dan mikroorganisme yang tumbuh pada media ikut berperan dalam menurunkan kadar ruhan air baku. Penurunan yang terjadi pada hari 6 setelah mencapai prosentase removal yang maksimal bukan merupakan pertanda bahwa slow sand filter mengalami clogging atau penyumbatan pada pori karena banyak suspensi/partil yang berhasil ditahan. Karena penurunan pada hari 8 ditandai dengan peningkatan efisiensi pada hari berikutnya. Penurunan ini lebih disebabkan oleh fluktuasi kualitas air bakunya yaitu ruhan influen air PDAM. Rata rata efisiensi penurunan ruhan pada air sebesar 78.49% dengan prosentase removal awal yang sudah cukup tinggi. Fluktuasi ruhan air baku yaitu influen dari PDAM mempengaruhi juga prosentase removal. PDAM bervariasi, yang berada di atas 5NTU berarti melebihi standar baku mutu sedangkan yang dibawah 5NTU masih dalam batas yang diperbolehkan oleh PERMENKES. Keruhan yang melebihi baku mutu hanya terjadi tiga kali selama dilakukan 10 kali analisa. Prosentase rata rata removal yang sedikti lebih rendah dibandingkan dengan variasi yang sama pada volume air disebabkan pada volume air mengalami kontak yang lebih lama dibanding air yaitu terjadi pada saat reaktor mengalami masa henti operasi selama 10jam. Namun perbedaan ini tidak terlalu besar karena pada air melewati media yang telah megalami masa ripening selama 3minggu. Pada reaktor dengan variasi cepatan filtrasi 0.3m/jam dengan volume air dan, prosentase penurunan ruhan yang dicapai sebagaimana tabel berikut ini : Tabel 4.4. Prosentase Removal Keruhan Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.3m/jam, Volume air dan 20 liter Rata rata Penurunan pada awal hari pertama analisa sebesar 59.80% dan mengalami peningkatan bahkan mencapai 100% pada hari tiga, lima dan sebelas. Hal ini terjadi karena mekanisme filtrasi yang terjadi tidak hanya secara fisik (mechanical straining) yaitu penyaringan suspended matter kasar melalui rongga antar butiran media pasir. Tetapi telah terjadi juga mekanisme biologis oleh koloni mikroorganisme pada lapisan biofilm yang telah terbentuk selama masa ripening 3minggu. Prosentase removal yang lebih tinggi dibandingkan pada cepatan filtrasi 0.6m/jam disebabkan oleh cepatan aliran yang rendah akan membantu proses pengendapan partil penyebab ruhan

5 sehingga tidak akan mudah tergerus oleh aliran dan terbawa luar bersama dengan effluent. Meskipun prosentase removal ruhan pada cepatan filtrasi 0.3m/jam lebih tinggi dibandingkan dengan cepatan filtrasi 0.6m/jam tetapi perbedaannya tidaklah terlalu besar. Hal ini disebabkan semua reaktor telah mengalami masa ripening selama 3 minggu yang menyebabkan rongga antar media tidak lagi kosong sehingga partil tidak mudah terbawa oleh aliran cepatan yang besar. Untuk removal parameter zat organik (PV), hasil yang dicapai ditunjukkan dalam tabel berikut ini : Tabel 4.5. Prosentase Removal Zat Organik (PV) Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6m/jam, Volume Air dan 20 liter Rata rata Prosentase removal zat organik pada volume air maupun cukup tinggi sejak hari pertama operasional disebabkan semua filter telah mengalami masa ripening untuk pembentukan biofilm. Dengan adanya masa ripening yang cukup lama yaitu 3 minggu, lapisan biofilm telah terbentuk dan mikroorganisme telah melekat dengan baik pada butiran media dan membentuk koloni. Koloni inilah yang mampu mereduksi air yang mengandung zat organik yang melewati celah pori antar media. Sehingga dengan bertambahnya waktu terjadi peningkatan removal zat organik. Penurunan pada hari 10 tidak telalu besar, disebabkan terjadi peningkatan konsentrasi zat organik pada effluent. Tabel 4.6. Prosentase Removal Zat Organik (PV) Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.3m/jam, Volume air dan 20 liter

6 Rata rata Rata rata Tabel 4.6. menunjukkan prosentase removal zat organik pada variasi cepatan filtrasi 0.3m/jam dengan volume air dan. Efisiensi penurunan pada hari pertama cukup tinggi yakni lebih dari 60% dan terus mengalami peningkatan pada hari berikutnya. Bahkan pada hari tiga terjadi removal yang maksimal ditandai dengan konsentrasi effluent 0mg/lt. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme biologis yang telah terbentuk selama masa ripening berperan besar dalam mereduksi zat organik. Dibandingkan dengan dengan variasi sebelumya yaitu pada cepatan filtrasi 0.6m/jam, efisiensi yang dicapai lebih tinggi meskipun perbedaannya tidak terlampau besar karena semua reaktor telah mengalami masa ripening 3minggu. Factor yang mempengaruhi hal ini adalah cepatan aliran yang lebih cil akan memungkinkan kontak yang lebih lama sehingga reduksi oleh mikroorganisme akan lebih besar. Selain waktu kontak, aliran cil akan menyebabkan zat organik yang terdeposit pada media filter akan lebih banyak dan menjadi makanan bagi mikroorganisme yang tumbuh pada filter. Tabel 4.7. menunjukkan prosentase removal E coli oleh reaktor IOSSF pada variasi cepatan 0.6m/jam dengan volume air 10 liter dan. Tabel 4.7. Prosentase Removal E coli Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6/jam, volume air dan 20 liter 1 >240 >240 - >240-2 >240 >240 - >240-3 >240 >240 - >240-4 > >0 > > >0 12 > >0 Rata rata Pada operasional 4 hari pertama setelah reaktor melewati masa ripening selama tiga minggu tidak menunjukkan adanya penurunan angka e coli. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme biologis yang terbentuk selama masa ripening masih belum optimal untuk menurunkan parameter e coli dan dimungkinkan juga mikroorganisme yang terbentuk berada pada fase matian. Pada fase ini jumlah mikroorganisme yang mati dengan mikroorganisme yang menempel pada media sama banyaknya yang ditunjukkan dengan nilai effluent dan influen yang sama. Namun pada hari hari berikutnya prosentase removal mulai mengalami peningkatan meskipun masih belum stabil ditandai dengan

7 naik turunya konsentrasi effluent. Volume air mempunyai prosentase penurunan yang lebih tinggi dibandingkan dengan air yang disebabkan oleh waktu kontak yang lebih lama yang terjadi selama periode masa henti operasi selama 10 jam yang memungkinkan mekanisme biologis berlangsung lebih lama. Tabel 4.8. Prosentase Removal E coli Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.3/jam, Volume air dan 20 liter 1 >240 >240 - >240-2 >240 >240 - >240-3 >240 >240 - >240-4 >240 > > > > > > >240 - Rata rata Rata rata Sama seperti yang terjadi pada variasi sebelumnya yaitu pada cepatan filtrasi 0.6m/jam, tidak terjadi penurunan konsentrasi e coli pada empat hari pertama operasional. Hal ini dimungkinkan terjadi hal yang sama pada reaktor yang telah mengalami masa ripening selama 3 minggu. Tetapi setelah itu terjadi peningkatan prosentase removal meskipun terkadang terdapat fluktuasi penurunan. Pada air air terjadi penurunan konsentrasi yang lebih besar dibandingkan air. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme biologis oleh mikroorganisme lapisan biofilm tidak hanya terpenuhi waktu kontaknya dengan cepatan aliran yang cil saja tetapi juga memerlukan waktu yang lebih lama lagi yang terjadi pada air. Selama masa henti 10jam, air yang berada pada reaktor akan tereduksi jumlah e colinya sehingga tika filter dioperasikan mbali air yang luar sebagai effluent mempunyai kualitas yang lebih bagus. Pada penelitian ini terdapat empat variasi reaktor yang diteliti yaitu : Variasi 1 : Rate Filtrasi 0,6m/jam, Volume air 10 liter Variasi 2 : Rate Filtrasi 0,6m/jam, Volume Air 20 liter Variasi 3 : Rate Filtrasi 0,3m/jam, Volume Air 10 liter Variasi 4 ; Rate Filtrasi 0,3m/jam, Volume Air 20 liter Empat variasi tersebut dalam menurunkan parameter ruhan, zat organik (PV) dan E coli dapat dinyatakan sebagai berikut: Parameter Keruhan PV (zat Organik) E coli Variasi % Removal % removal Rata Rata V V V V

8 Rata rata penurunan yang terbesar pada tiga parameter ruhan, zat organik dan e coli terdapat pada variasi tiga yaitu reaktor dengan cepatan filtrasi 0.3m/jam dengan volume air 10 liter. Perbedaan prosentase removal pada parameter ruhan dan zat organik tidak terlalu besar tetapi pada e coli cukup besar. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme biologis oleh lapisan biofilm pada media berperan sangat besar karena e coli tidak mampu juka hanya diturunkan oleh mekanisme fisik saja. Keberadaan lapisan biofilm pada reaktor IOSSF didukung oleh factor ph yang berada pada kisaran ph normal ( ) dan suhu antara C. Hal ini sesuai bahwa slow sand filter merupakan satu unit pengolahan yang mempunyai proses yang lengkap (Huisman, 1974) sehingga mampu menurunkan parameter ruhan, zat organik dan E coli dengan efisiensi tinggi. KESIMPULAN 1. Prosentase removal maksimal untuk parameter ruhan, Zat Organik (PV) dan E coli terdapat pada reaktor dengan variasi cepatan filtrasi 0.3m/jam dan volume air dengan prosentase removal 90.33%. 2. Masa ripening sangat diperlukan untuk mencapai removal yang maksimal sejak pertama kali operasional reaktor. 3. Lapisan biofilm.schmutdec sangat berperan dalam operasional slow sand filter secara intermittent DAFTAR PUSTAKA Bellamy, W.D., Silverman, G. P., Hendricks, D.W., (1984), Filtration of Giardia Cysts And Other Substances Volume 2 Slow Sand Filtration, Environmental Protection Agency, Ohio El Taweel, G. E., Ali, G. H., (2000), Evaluation of Roughing And Slow Sand Filter For Water Treatment, Jurnal Water, Air and Soil Pollution, Kluwer Academic Publishers, hal Fairuza, E.Z., (2008), Pengaruh Variasi Media dan Tinggi Media Pada Filter Dual Media Untuk Peningkatan Kualitas Air Kran, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Lingungan ITS, Surabaya Hijnen, W.A. M., Schijven, J. F., Bonne, P., Visser, A., Medema, G. J., (2004), Elimination of Viruses, Bacteria and Protozoa Oocysts by Slow Sand Filtration, Water Science & technology, 50:01, IWA Publishing, Huisman, L., Wood, W. E., (1974), Slow Sand Filtration, World Health Organization, Genewa Stauber, C.E., Elliot, M.A., Koksal, F., Ortiz, G.M., Digiano, F.A., Sobsey, M.D., (2006), Characterization of The Biosand Filter For Reduction From Household Drinking Water Under Controlled laboratory and Field Use Conditions, Water Science and Technology, 54:3, IWA Publishing, 1 7 Zamzami, I., (2006), Desain IPAM Skala Rumah Tangga dengan Rapid Sand Filter dan UV untuk Pemisahan Keruhan dan E coli, Tugas Akhir, Jurusan Teknik Lingungan ITS, Surabaya

9 Tabel 4.1. Prosentase Removal Keruhan Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6m/jam, Tanpa Karbon aktif, Volume Air dan 20 liter Rata rata Tabel 4.3. Prosentase Removal Keruhan Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6m/jam, Penambahan Karbon aktif, Volume Air % Removal 1 % Removal reaktor Rata rata Tabel 4.3. Prosentase Removal Keruhan Pada Variasi Kecepatan Filtrasi 0.6m/jam, Penambahan Karbon aktif, Volume Air 20 liter % Removal % Removal reaktor

10 Rata rata