PENGARUH ROUGHING FILTER DAN SLOW SAND FILTER DALAM PENGOLAHAN AIR MINUM DENGAN AIR BAKU DARI INTAKE KARANGPILANG TERHADAP PARAMETER BIOLOGIS

Transkripsi

1 PENGARUH ROUGHING FILTER DAN SLOW SAND FILTER DALAM PENGOLAHAN AIR MINUM DENGAN AIR BAKU DARI INTAKE KARANGPILANG TERHADAP PARAMETER BIOLOGIS INFLUENCE OF USING ROUGHING FILTER AND SLOW SAND FILTER FOR DRINKING WATER TREATMENT USING RAW WATER FROM INTAKE OF KARANGPILANG OBSERVED BY BIOLOGYCAL ANALYSIS Dita Endah Khumalasari* dan Wahyono Hadi* Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS * ** Abstrak Pengolahan air yang digunakan Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Karangpilang masih menerapkan sistem konvensional, sehingga memerlukan unit pengolahan yang lebih banyak seperti prasedimentasi, flashmix, slow mix, dan sedimentasi. Pada saat musim hujan, kekeruhan air baku akan meningkat, hal ini menyebabkan kebutuhan koagulan semakin banyak sehingga pengolahan air menjadi semakin mahal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui alternatif pengolahan yang lebih efektif dan meminimalisasi penggunaan bahan kimia khususnya yang efisien untuk menurunkan kandungan total coli dan faecal coli dengan rangkaian unit Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter (SSF). Penelitian ini menggunakan rangkaian unit RF yang terdiri dari empat variasi media kerikil yaitu 25; 19; 16; 1 mm kemudian unit SSF dengan diameter rata-rata pasir kali sebesar 0,25 mm. Penelitian ini juga terbagi atas tiga variasi filtration rate yaitu sebesar 0,125; 0,25; 0,5 m 3 /m 2.jam. Dari penelitian diperoleh hasil terbaik penurunan jumlah bakteri total coli dan faecal coli pada unit RF variasi filtration rate sebesar 0,25 m 3 /m 2.jam dimana efisiensi rata-rata sebesar 88,23% dan 85,59% serta pada unit SSF variasi filtration rate sebesar 0,125 m 3 /m 2.jam dimana efisiensi rata-rata sebesar 99,95% dan 99,96% Kata kunci: Roughing Filter,Slow Sand Filter,Total Coli, Faecal Coli Abstract Water treatment in PDAM Karangpilang still applies conventional systems, thus requiring more processing units, such as pre sedimentation, flashmix, slowmix, and sedimentation. During the rainy season, the turbidity of raw material increases, causing more coagulant demand so that water treatment become expensive. This research aims to find more effective water treatment system to minimize the use of chemicals, especially to reduce total coli and feacal coli. Roughing Filter (RF) and Slow Sand Filter (SSF) are utilized in this research. This research used RF unit consisting of four variations of gravel media 25; 19; 16; 10 mm and SSF units with an average diameter of sand is 0.25 mm. The research also divided into three variations of filtration rate 0.125; 0.25; 0.5 m 3 /m 2.hour. The research obtained the best result of total coli and faecal coli reduction on RF unit variations filtration rate of 0.25 m 3 /m 2.hour, where the average of efficiency are 88.23% and 85.59%, respectively. While SSF units variation filtration rate of m 3 /m 2.hour, where the average of efficiency are 99,95% and 99.96%, respectively. Kata kunci: Roughing Filter,Slow Sand Filter,Total Coli, Faecal Coli 1

2 1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Peningkatan jumlah penduduk menjadikan daerah sepanjang aliran sungai sebagai prioritas lokasi melakukan aktivitas seperti tempat tinggal, mencuci, mandi, bahkan sebagai tempat pembuangan sampah. Disamping menerima buangan limbah domestik, sungai masih harus menampung beban buangan limbah non domestik dari industri. Hal inilah yang menyebabkan pengolahan air minum menjadi mahal. Beberapa mata air terkadang memang sudah memenuhi syarat kualitas air minum, tetapi jarak yang jauh menghambat proses distribusi dan beban biaya perpipaan yang mahal. Keterbatasan ini mengakibatkan perlunya suatu pengolahan air minum dengan pengembangan dari berbagai alternatif yang dapat diterapkan, efektif, efisien, murah dan layak untuk diterapkan dengan rangkaian unit Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter (SSF). 1.2.Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, dapat disusun beberapa permasalahan sebagai berikut: 1. Berapa jumlah total coli dan faecal coli yang dapat diturunkan oleh tiap rangkaian unit 2. Berapa jumlah total coli dan faecal coli yang dapat diturunkan dari variasi filtration rate yang diberikan 3. Bagaimana pengaruh filtration rate terhadap pola pencucian pada unit RF dan SSF 1.3.Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Menentukan dan membandingkan kemampuan efisiensi penurunan jumlah total coli dan faecal coli terhadap rangkaian unit yang terdiri dari prasedimentasi, RF, RSF, dan SSF 2. Mengetahui pengaruh filtration rate terhadap jumlah total bakteri coli dan faecal coli 2

3 3. Menentukan periode pencucian terhadap unit RF, RSF, dan SSF 4. Menentukan pengaruh rangkaian unit RF dan SSF terhadap pengolahan air baku 1.4.Teori Filter lambat biasanya berbentuk empat persegi panjang dengan kedalaman 2,5 4 dan dibangun sebagian di bawah permukaan tanah. Untuk menghemat tempat, dindingnya dibangun secara vertikal dan terbuat dari batu, batu bata, atau beton. Pada dasar filter terdapat sistem underdrain, yang terdiri dari lantai dari beton yang berpori atau gabungan pipa yang berpori, mengelilingi dan tertutup oleh tumpukan kerikil yang mendukung media pasir. Di atas sistem underdrain adalah media pasir itu sendiri, dengan ketebalan 0,6 1,2 m, diatasnya terdapat air baku dengan kedalaman 1 1,5 m. Air memasuki filter, kemudian mengalir ke bawah melewati media. Air baku memiliki kedalaman 1 1,5 m di atas media selama 3 12 jam, tergantung dari kecepatan filtrasinya (Huisman, 1974). Partikel yang tersuspensi mulai terendapkan selama filter beroperasi Pada permukaan pasir, terdapat lumpur tipis yang menutupi pasir, dan terdapat banyak zat organik, yang dikenal sebagai schmutzdecke, atau filter skin, yang akan dilewati air sebelum air melewati media. Beberapa warna dihilangkan dan banyak dari partikel yang tersuspensi tersaring. Adsorpsi hampir terjadi pada semua bagian permukaan media. Antar butiran terdapat celah yang totalnya 40% dari volume filter. Air melewati permukaan butiran kemudian tiba tiba melambat karena melewati pori dari butiran ini, sehingga hasilnya jutaan dalam waktu 1 menit proses sedimentasi terbentuk di mana partikel terkecil mengendap di atas butiran pasir sebelum air mengalir semakin ke bawah. Karena itu selama air melewati setiap media, bakteri dan virus terbawa dan kontak dengan permukaan butiran tanah, yang mana bakteri dan virus tersebut akan menempel karena mass attraction atau gaya listrik. Permukaan media menjadi terlapisi oleh lapisan yang lengket, hampir sama komposisinya dengan schmutzdecke namun tanpa alga. Lapisan ini mencapai kedalaman 40 cm (kedalaman filter), berbeda kedalaman berbeda pula dominan kehidupan mikroorganismenya, 3

4 dengan aktivitas kehidupan terbesar terdapat pada permukaan, di mana tersedia banyak makanan. Semakin bertambahnya kedalaman semakin berkurangnya makanan sehingga terjadi kompetisi memperebutkan bahan makanan. Bakteri lain yang dominan, menggunakan oksigen terlarut dan mengekstrak nutrien kedalam bentuk larutan melewati filter. Akibatnya air baku yang memasuki filter memuat bermacam macam suspended solid, koloid, mikroorganisme, larutan garam mineral yang mengalir sedalam cm, menjadi air yang hanya memiliki kandungan beberapa garam inorganik. Tidak hanya menghilangkan organisme yang berbahaya saja tapi juga melarutkan nutrien yang mungkin membuat bakteri tumbuh. Dalam filter lambat mungkin memiliki kandungan dissolved oxygen (DO) yang rendah dan mengandung karbon dioksida terlarut tapi dengan adanya aerasi akibat terjunan air melalui weir dapat meningkatkan DO. Pada penelitian sebelumnya ditemukan bahwa jumlah total bakteri direduksi antara 100 sampai 1000 kali dan jumlah Eschericia coli direduksi antara 100 sampai 1000 kali dimulai dengan kualitas rata rata air baku itu untuk mengetahui keberadaan Eschericia coli dalam 100 ml air yang dihasilkan, hal ini merupakan kualitas standar untuk air minum. Adapun keuntungan kinerja unit saringan pasir lambat adalah menjaga turbidity minimal 10 NTU, menghilangkan bakteri coliform lebih dari 95%, lama filter operasi sebelum sand skimming minimal 50 hari, mengurangi Total Organic Compound (TOC) lebih dari 10%. Cryptosporidium oocysts dan Giardia cysts dapat dihilangkan lebih dari 99% dengan penyaringan menggunakan unit slow sand filter (Ainsworth et al,1997). Roughing Filter merupakan salah satu model dari pengendap dengan multi false bottom berupa kerikil yang dapat memisahkan partikel tersuspensi secara efektif (Wegelin, 1996). Roughing filter biasanya menggunakan kerikil dengan diameter yang berbeda-beda, pada bagian mukanya menggunakan kerikil dengan diameter besar, pada bagian berikutnya menggunakan kerikil dengan diameter yang lebih kecil, demikian seterusnya. Sehingga pada tiap bagian tersebut menyaring padatan dengan diameter yang berbeda beda pula. 4

5 Roughing filter merupakan pengolahan pendahuluan untuk menurunkan kekeruhan air di mana air melewati bak dengan media yang kasar seperti kerikil atau gerabah. Roughing filter ini sudah dipakai lebih dari 25 negara di antaranya Argentina, Bolivia, Madagaskar, Ghana, India, Australia, dan sebagainya. Roughing filter kebanyakan digunakan sebagai pengolahan pendahuluan untuk meremoval partikel dalam jumlah besar dan lebih sulit untuk menafsirkan peningkatan efisiensi dari pengolahan berikutnya seperti filter lambat (Levine, et all., 1985). Filter pasir lambat mengandung media dengan diameter 0,15 0,35 mm sementara roughing filter menggunakan media dengan ukuran lebih besar dari 2,0 mm. Ketika mengolah air dengan turbiditas yang tinggi, keuntungan slow sand filter adalah memiliki efisiensi yang tinggi dalam meremoval turbiditas dengan konsekuensi lebih sering terjadi clogging. Untuk meminimalisasi frekuensi pembersihan roughing filter dan memperlama masa operasi roughing filter, turbidity rata-rata air baku sebaiknya antara NTU (Okun dan Schlutz, 1996). Roughing filter sangat efektif digunakan sebagai pengolahan air untuk menghilangkan partikel koloid tanpa penambahan bahan kimia. Pada prisipnya tujuan pengujian air minum ialah untuk mengetahui ada tidaknya mikroorganisme patogen (Dwijoseputro, 1978). Tingkat pencemaran oleh mikroorganisme di dalam air dapat ditentukan dengan menggunakan mikroorganisme indikator (Trihadiningrum, 1995). Yang dimaksud dengan mikroorganisme indikator adalah jenis mikroba yang kehadirannya dapat menjadi petunjuk terdapatnya pencemaran oleh tinja, erat kaitannya dengan kemungkinan terdapatnya patogen. Dua kelompok mikroorganisme, yaitu kelompok coliform dan kelompok streptococci tinja, telah banyak digunakan dalam menentukan tingkat pencemaran mikrobial dalam air permukaan dan air minum. Digunakannya mkroorganisme indikator guna mendeteksi pencemaran air disebabkan oleh kurang sesuainya penggunaan mikroorganisme patogen untuk tujuan pemantauan. Salah satu sebabnya adalah bahwa mikroorganisme patogen terdiri dari beberapa jenis, sehingga penggujian untuk masing-masing jenis untuk tujuan menjadi tidak praktis. Selain itu pengujian langsung mikroba patogen seringkali berakhir dengan kegagalan. 5

6 2. METODOLOGI Pada penelitian ini digunakan reaktor terdiri dari unit prasedimentasi, Roughing Filter (RF), Rapid Sand Filter (RSF), dan Slow Sand Filter (SSF). Air baku berasal dari limpasan bak aerasi Karangpilang I yang dialirkan secara kontinyu ke rangkaian reaktor. Pada penelitian ini, digunakan rangkaian unit RF yang terdiri dari empat variasi media kerikil yaitu 25; 19; 16; 1 mm. Unit RSF dual media yaitu silika dan antrasit secara terpisah. Unit SSF dengan diameter rata-rata pasir kali sebesar 0,25 mm. Penelitian ini juga terbagi atas tiga variasi filtration rate yaitu sebesar 0,125 m 3 /m 2.jam (variasi laju I ); 0,25 m 3 /m 2.jam (variasi laju II ); 0,5 m 3 /m 2.jam (variasi laju III ) dimana masingmasing variasi laju dilaksanakan selama 7 hari. Pengambilan sampel pada tiap variasi laju dapat dijelaskan pada Tabel 1 berikut ini. Variasi filtration rate (m 3 /m 2.jam) Prasedimentasi Tabel 1 Variasi Penelitian Roughing Filter Rapid Sand Filter Slow Sand Filter 0,125 0,25 0,5 Dari sampel-sampel yang telah diambil dilakukan analisa jumlah total coli dan faecal coli menggunakan metode Most Probability Number (MPN), dimana tabel Hopkins (Standard Methods, 1998) sebagai acuan dalam menentukan jumlah kandungan total bakteri coli dan faecal coli. 3. HASIL DAN PEMBAHASAN Secara umum, unit RF efisien dalam menurunkan jumlah kandungan total coli dan faecal coli karena roughing filter (RF) dilengkapi dengan media. Hal ini menjadikan proses yang terjadi di dalamnya tidak hanya berupa proses fisik berupa sedimentasi, namun juga proses biologis (Dita, 6

7 2010). Efisiensi SSF lebih besar dibandingkan dengan RSF dikarenakan diameter rata-rata media pada filter lambat yang lebih kecil mengakibatkan berbagai mikroorganime terjadi kontak dengan media dan terjadi mekanisme pelekatan pada permukaan media dan lebih efektif dalam melakukan proses penyaringan. Meskipun hal serupa terjadi di dalam RSF, namun diameter rata-rata media RSF yang lebih besar mengakibatkan pori-pori antar media juga menjadi lebih besar sehingga mikroorganisme masih mudah lolos saat dilakukan proses penyaringan. Pada tahap kedua untuk variasi laju 0,25 m 3 /m 2.jam, tidak lagi digunakan unit RSF sebagai pembanding pada SSF, karena pada penelitian ini terfokus pada kinerja RF dan SSF. Selain itu penyaringan cepat adalah salah satu pengolahan yang memberikan efektifitas lebih rendah dalam menurunkan kandungan bakteriologis dan reaksi-reaksi kimia dimungkinan kecil terjadi karena proses penyaringan berjalan sangat cepat (Huisman, 1974). Mechanical streaning akan kurang efisien karena pori antar partikel lebih besar. Bagaimanapun juga RSF sering dilengkapi dengan rangkaian pengolahan pendahuluan berupa koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Efisiensi RF meningkat sebanding dengan peningkatan besarnya laju filtrasi (Dita, 2010). Hal ini dimungkinkan karena semakin meningkatnya laju filtrasi maka periode pencucian terhadap unit RF semakin sering. Pada penelitian ini pencucian terhadap variasi laju 0,25 m 3 /m 2.jam dilakukan setiap 3 hari sekali. Setelah dilakukan pencucian maka efisiensi kinerja RF meningkat karena sebanding dengan semakin banyaknya partikel tersuspensi yang tersaring maka proses absorpsi sekunder juga semakin tinggi. Pada tahap ketiga untuk variasi laju 0,5 m 3 /m 2.jam, tidak lagi digunakan unit prasedimentasi sebagai pembanding pada RF, karena pada penelitian ini terfokus pada kinerja RF dan SSF. Efisiensi SSF menurun sebanding dengan peningkatan besarnya laju filtrasi. Hal ini dimungkinkan karena semakin meningkatnya laju filtrasi maka periode scrapping terhadap unit SSF semakin sering dilakukan. Sehingga proses pembentukan lapisan schmutzdecke berlangsung kurang baik. Hal ini diduga menyebabkan kondisi yang kurang ideal untuk mikroorganisme tumbuh dan melekat 7

8 secara sempurna terhadap media pasir untuk selanjutya terdegradasi. Sesuai dengan teori bahwa debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien (Hamdani, 2005). Hal ini berkaitan erat dengan tidak terjadinya proses filtrasi sempurna, akibat adanya aliran air yang terlalu tinggi melewati lubang pori yang dapat menyebabkan ikut terbawanya partikelpartikel halus yang akan disaring. Peristiwa lainnya yang mungkin terjadi akibat kecepatan aliran air yang terlalu tinggi adalah terjadinya gerakan-gerakan butiran media yang akan menyebabkan tertutupnya lubang pori. Peristiwa akhir ini akan mempercepat terjadinya clogging, sehingga proses filtrasi terhenti. Hasil analisa untuk efisiensi penurunan jumlah faecal coli dan total coli untuk variasi laju 0,125 m 3 /m 2.jam dapat dijelaskan secara lengkap pada Gambar berikut ini. PRASEDIMENTASI %R = 68,10 INLET ROUGHING FILTER %R = 64,51 RAPID SAND FILTER %R = 83,06 SLOW SAND FILTER %R = 99,96 Gambar 1 Efisiensi Penurunan Faecal Coli untuk Variasi Laju 0,125 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian PRASEDIMENTASI %R = 19,94 INLET ROUGHING FILTER %R = 81,73 RAPID SAND FILTER %R = 99,14 SLOW SAND FILTER %R = 99,95 Gambar 2 Efisiensi Penurunan Total Coli untuk Variasi Laju 0,125 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian 8

9 PRASEDIMENTASI %R = 67,34 INLET ROUGHING FILTER %R = 85,59 SLOW SAND FILTER %R = 99,46 Gambar 3 Efisiensi Penurunan Faecal Coli untuk Variasi Laju 0,25 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian PRASEDIMENTASI %R = 41,17 INLET ROUGHING FILTER %R = 88,23 SLOW SAND FILTER %R = 99,60 Gambar 4 Efisiensi Penurunan Total Coli untuk Variasi Laju 0,25 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian INLET ROUGHING FILTER %R = 87,57 SLOW SAND FILTER %R = 99,49 Gambar 5 Efisiensi Penurunan Faecal Coli untuk Variasi Laju 0,5 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian INLET ROUGHING FILTER %R = 62,19 SLOW SAND FILTER %R = 99,55 Gambar 6 Efisiensi Penurunan Total Coli untuk Variasi Laju 0,5 m 3 /m 2.jam pada Rangkaian Unit Penelitian Berdasarkan data hasil penelitian dapat dilihat bahwa, variasi 2 memiliki rata rata efisiensi yang paling efisien untuk total coli dan faecal coli,. Maka untuk aplikasi di lapangan dapat memilih variasi laju filtrasi 0,25 m 3 /m 2.jam, dengan mempertimbangkan dari segi ekonomi, operasional dan 9

10 Efisiensi (%) pemeliharaan untuk perencanaan suatu instalasi pengolahan air minum. Grafik rata-rata efisiensi penurunan parameter pada tiap variasi disajikan pada Gambar 7 berikut ini. Rata - Rata Efisiensi Penurunan Parameter pada Tiap Variabel 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% RF SSF RF SSF RF SSF Total Coli Faecal Coli Variasi 1 Variasi 2 Variasi 3 Parameter Gambar 7 Rata-Rata Efisensi Penurunan Parameter pada Tiap Variasi Apabila penelitian ini diterapkan di instalasi pengolahan air minum (IPAM) Karangpilang yang memiliki luas lahan ± 4 Ha, maka perhitungan kebutuhan luas lahan untuk slow sand filter pada tiap variasi laju disajikan pada Tabel 2 berikut ini. Tabel 2 Perhitungan Kebutuhan Luas Lahan Slow Sand Filter tiap Variasi Laju Filtrasi (m 3 /m 2.jam) Q penelitian (m 3 /jam) Luas Permukaan SSF (A SSF ) Q Karangpilang Luas Lahan yang dibutuhkan (A) 5,76 Ha 0,125 0,045 0,36 m L/s = 0,25 0, m 3 2,8 Ha /jam 0,5 0,18 1,4 Ha Sumber : Hasil Perhitungan 10

11 4. KESIMPULAN Dari hasil analisa dan pembahasan penelitian ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Penurunan jumlah bakteri total coli dan faecal coli efisien dilakukan dengan rangkaian unit Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter (SSF) 2. Penurunan jumlah faecal coli dan total coli paling efektif pada unit RF terdapat pada variasi filtration rate 0,25 m 3 /m 2.jam sedangkan pada unit SSF terdapat pada variasi filtration rate 0,125 m 3 /m 2.jam 3. Telah dibuktikan bahwa semakin kecil laju filtrasi, maka periode pencucian tiap unit semakin lama 4. Rangkaian unit RF dan SSF dapat menekan penggunaan bahan kimia untuk penurunan parameter biologis DAFTAR PUSTAKA Ainsworth et al, Water Treatment Processes and Practices. T Hall (Editor). Wiltshire : WRC Swinden AWWA,1998. Standar Methods for The Examination of Water and Wastewater 20th edition. Washington DC Dwidjoseputro, P Dasar-Dasar Mikrobiologi. Djambatan : Jakarta Galvis C. G Development and Evaluation of Multistage Filtration Plants: an Innovative, Robust and Efficient Water Treatment Technology. Centre for Environmental Health Engineering (CEHE) : Guildford, UK Hamdani, R.M Tugas Akhir : Studi Penurunan Nilai Permanganat (PV), Kekeruhan dan Coliform terhadap Air PDAM dengan Menggunakan Reaktor Komunal Upflow Slow Sand Filter Media Tunggal. TL-FTSP-ITS Huisman, L and Wood, W.E Slow Sand Filtration. WHO : Geneva 11

12 Levine et al in Lasleben, Tamar Rachelle Pilot Study of Horizontal Roughing Filter in Northern Ghana as Preteatment or Highly Turbid Dogout Water. Rice University : Massuchessets SNI Metode Pengujian Jumlah Bakteri Koli Tinja dalam Air dengan Tabung Fermentasi SNI Metode Pengujian Jumlah Total Bakteri Golongan Koli dalam Air dengan Tabung Fermentasi Schulz, C.R. and Okun, D.A Surface Water Treatment for Communities in Developing Countries. (Wiley - interscience). New York, NY, USA: Wiley; ITDG Publishing : London, UK Trihadiningrum, Yulinah Mikrobiologi Lingkungan. TL-FTSP-ITS. Surabaya Wegelin. M Surface Water Treatment by Roughing Filter. Swiss Centre for Development Cooperation in Technology and Management (SKAT), CH-9000 St. Gallen, Switzerland 12