ANALISIS DAYA TAMPUNG BEBAN PENCEMARAN SUNGAI MANGETAN KANAL KABUPATEN SIDOARJO DENGAN METODE QUAL2KW

Transkripsi

1 ANALISIS DAYA TAMPUNG BEBAN PENCEMARAN SUNGAI MANGETAN KANAL KABUPATEN SIDOARJO DENGAN METODE QUAL2KW Oleh : Merdinia Nita Saraswaty NRP Dosen Pembimbing: Prof. Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, MSc. NIP Dosen Co-Pembimbing Ir. Didik Bambang Supriyadi, MT. NIP

2 Latar Belakang PDAM Delta Tirta cab. Kec. Krian Sidoarjo Adanya masukan limbah domestik dan industri ke sungai Air Baku berasal dari Sungai Mangetan Kanal Daya tampung beban pencemaran dengan metode QUAL2Kw

3 Rumusan Masalah Sungai Mangetan Kanal merupakan air baku untuk IPA Kecamatan Krian. Menurut pengamatan langsung kondisi sungai berwarna coklat agak keruh. Sungai Mangetan Kanal memerlukan perhitungan daya tampung beban pencemaran (DTBP) untuk memperkirakan beban maksimum dari bahan organik yang dapat masuk ke sungai dengan simulasi model kualitas air sungai, dalam hal ini adalah QUAL2Kw dikarenakan hanya ada kajian tentang DTBP pada sungai Mangetan Kanal. Tujuan Tujuan dari tugas akhir ini sebagai berikut : Mengaplikasikan metode QUAL2Kw dalam mengevaluasi kualitas air Sungai Mangetan Kanal dengan simulasi 4 (empat) skenario untuk IPA Kecamatan Krian. Menghitung daya tampung beban pencemaran sungai Mangetan Kanal. Manfaat Manfaat dari tugas akhir ini sebagai berikut : Memberikan informasi acuan untuk pengelolaan kualitas lingkungan pada sungai Mangetan Kanal. Memberikan acuan untuk peningkatan pengolahan air pada IPA Kecamatan Krian.

4 Ruang Lingkup Wilayah studi meliputi sungai Mangetan Kanal dari hulu hingga IPA Kecamatan Krian. (Lihat Gambar 2.1 Sungai Mangetan Kanal) Data primer, meliputi data kualitas air (ph, temperatur, DO, BOD, COD, TSS, NO 3-, NH 4+, dan PO 4 3- ), dan kuantitas air (debit air sungai). Data sekunder, meliputi data kualitas air (ph, temperatur, DO, BOD, COD, TSS, NO 3-, NH 4+, dan PO 4 3- ), data kuantitas air (debit air sungai dan debit air limbah), dan data meteorologi dan klimatologi. Sumber pencemar meliputi point source dan non-point source. Permodelan kualitas air sungai Mangetan Kanal menggunakan program QUAL2Kw yang ditujukan untuk perhitungan daya tampung menggunakan parameter BOD dengan baku mutu Peraturan Pemerintah (PP) No. 82 tahun 2001.

5 Kerangka Penelitian Mengetahui daya tampung beban pencemaran dan disesuaikan dengan baku mutu sesuai kelas sungai Observasi lapangan dan Penetapan segmen sungai Studi Literatur meliputi Pencemaran sungai, Self Purification, daya tampung beban pencemaran dan Qual2kw Penggunan Model Qual2kw Pengumpulan data meliputi Data primer dan data sekunder Analisis data dengan Qual2kw Kesimpulan dan Saran Parameter Uji, Debit Sungai, Klimatologi, Profil Hidrolis

6 Parameter Uji No. Nama Parameter Nama Parameter pada QUAL2Kw 1 ph ph 2 Temperatur ( C) Temperature ( C) 3 DO (mg/l) Dissolved Oxygen (mg/l) 4 BOD 5 (mg/l) CBOD fast (mg/l) 5 COD (mg/l) Generic Constituent (mg/l) 6 TSS (mg/l) ISS (mg/l) 7 NO 3 (mg/l) NO 3 (µg/l) 8 NH 4 (mg/l) NH 4 (µg/l) 9 PO 4 (mg/l) Inorganic P (µg/l)

7 QUAL2Kw Gambar 1. Worksheet QUAL2Kw

8 Segmen Penelitian Sungai Mangetan Kanal dibagi sebanyak 6 segmen sepanjang ±14,92 km dari hilir. Sungai Mangetan Kanal mengalir dari kecamatan Tarik, Balongbendo, Krian, Sukodono, dan Sedati.

9 Pembentukan Model Penginputan data kualitas di Hulu (Headwater),Data Hidrolik dan Data Kualitas air (WQ data) Model di running, dan trial and error dari koefisien model Kalibrasi Data berupa Kalibrasi Data Hidrolik dan Kualitas Air

10 Kondisi Hidrolis Sungai Mangetan Kanal Kondisi hidrolis sungai dari titik hulu hingga hilir dilihat dari debit aliran, kecepatan aliran, dan kedalaman sungai. Jarak Debit Kedalaman Kecepatan km m 3 /s m m/s

11 Kondisi Hidrolis Sungai Mangetan Kanal Sungai Mangetan Kanal (4/21/2013) Sungai Mangetan Kanal (4/21/2013) flow (m^3/s) velocity (m/s) distance upstream (Km) distance upstream (Km) Grafik 1. Debit Aliran Q, m3/s Q-data m3/s U, mps U-data m/s Grafik 2. Kecepatan Aliran Sungai Mangetan Kanal (4/21/2013) depth (m) distance upstream (Km) H, m H-data m Grafik 3. Kedalaman

12 Penyamplingan Kualitas Air Dilakukan pada Jum at, 12 April 2013 pada jam WIB. Kegiatan pengambilan dilakukan secara bersamaan. Kegiatan sampling diambil dengan 2 (dua) lokasi titik pengambilan. Metode pengambilan contoh air permukaan dilakukan sesuai dengan Standar Nasional Indonesia (SNI) :2008 pada subbab 7 dan 8. Titik pengambilan contoh air sungai ditentukan dengan debit air sungai antara 5 m 3 /detik 150 m 3 /detik yang diambil pada 2 (dua) titik pada jarak ⅓ dan ⅔ lebar sungai pada kedalaman 0,5 kali kedalaman dari permukaan. ⅓L ⅓L ⅓L b Ke hilir a 0,5h Jembatan Gambar 1. Titik Pengambilan Gambar 2. Titik Pengambilan

13 Kondisi Kualitas Air Sungai Mangetan Kanal Kondisi kualitas air sungai dari hasil sampling berdasarkan pembagian segmen. TSS DO COD BOD Lokasi ph (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) NO - 3 NH + 4 PO 3-4 (mg/l) (mg/l) (mg/l) 1a b Rata-rata a b Rata-rata a b Rata-rata a b Rata-rata a b Rata-rata a b Rata-rata a b Rata-rata

14 Kondisi Sumber Pencemar Sungai Mangetan Kanal Kondisi sumber pencemar yang terdapat pada sungai Mangetan Kanal adalah air limbah industri, limbah domestik, dan limbah pertanian. Saluran dari kedua industri ini berlokasi tepat disamping sungai Mangetan Kanal. Saluran air limbah dari industri gas menjadi satu saluran dengan industri kertas. Debit rata-rata pemantauan sekitar m 3 /hari. Jenis Industri Temperatur ( C) ph BOD (mg/l) COD (mg/l) TSS (mg/l) NH 3 -N (mg/l) NO 3 -N (mg/l) Kertas Gas

15 Tenik Simulasi Skenario Kualitas Air di Hulu Sumber Pencemar Kualitas Air Sungai 1 Eksisting Eksisting Model 2 Eksisting Estimasi tahun 2018 Model 3 *BMA Kelas Satu Tanpa sumber pencemar Model 4 *BMA Kelas Satu Trial & error *BMA Kelas Satu Keterangan : *BMA = Baku Mutu Air (PP No. 82 Tahun 2001)

16 Skenario 1 Sungai Mangetan Kanal Sumber pencemar pada skenario 1 ini menggunakan kondisi eksisting dari sungai Mangetan Kanal. Simulasi pada skenario 1 dimaksudkan untuk mengetahui kondisi beban pencemar yang ada dari hulu hingga hilir segmen pada sungai. Grafik 2. Temperatur Keterangan : Grafik 1. ph = point source yang masuk

17 Skenario 1 Sungai Mangetan Kanal Aerasi pada km ,62 Grafik 3. DO Keterangan : = point source yang masuk Gambar 4. Segmen Sungai

18 Skenario 1 Sungai Mangetan Kanal Grafik 6. COD Keterangan : Grafik 5. BOD = point source yang masuk

19 Skenario 1 Sungai Mangetan Kanal Grafik 8. Nitrat Keterangan : Grafik 7. TSS = point source yang masuk

20 Skenario 1 Sungai Mangetan Kanal Grafik 10. Fosfat Keterangan : = point source yang masuk Grafik 9. Ammonium

21 Skenario 2 Sungai Mangetan Kanal Simulasi skenario 2 mempunyai kesamaan dengan skenario 1, hanya saja berbeda pada debit dan kualitas air limbah domestik. Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui kondisi sungai pada 5 (lima) tahun kedepan dari kondisi eksisting. Jumlah penduduk pada tahun 2018 untuk kecamatan Tarik sebesar jiwa, kecamatan Balongbendo sebesar jiwa, dan kecamatan Krian sebesar jiwa. Debit limbah domestik pada kecamatan Tarik sebesar 0,006 L/detik, kecamatan Balongbendo sebesar 0,03 L/detik, dan kecamatan Krian sebesar 0,009 L/detik.

22 Skenario 2 Grafik 1. DO Grafik 2. BOD Grafik 3. COD

23 Skenario 3 Sungai Mangetan Kanal Skenario 3 ini debit inflow beban pencemar pada point dan non-point source akan dihilangkan, sehingga dari simulasi ini dapat diketahui kemampuan self-purifikasi dari sungai Mangetan Kanal.

24 Skenario 3 Grafik 1. DO Grafik 2. BOD Grafik 3. COD

25 Skenario 4 Sungai Mangetan Kanal Simulasi pada skenario ini didasarkan pada nilai parameter kualitas air yang sesuai dengan batas baku mutu badan air kelas satu sesuai PP 82 Tahun Skenario ini akan menggunakan metode trial and error pada nilai kualitas air sungai dalam point dan non-point source.

26 Skenario 4 Grafik 1. DO Grafik 2. BOD Grafik 3. COD

27 Perhitungan Daya Tampung Daya tampung pada prinsipnya adalah kemampuan badan air menerima beban pencemaran tertentu tanpa menjadi tercemar oleh sumber pencemar tersebut. Skenario 3 dan Skenario 4 Dalam hal ini beban pencemaran penuh yang dimaksudkan disesuaikan dengan baku mutu air kelas satu dan beban tanpa pencemar merupakan tidak ada satupun sumber pencemar yang masuk dengan kata lain sungai mengalami purifikasi secara alamiah. Berikut rumus yang digunakan dalam mencari daya tampung beban pecemaran. Daya Tampung = Beban pencemar maksimum Beban kondisi awal

28 Perhitungan Daya Tampung Perhitungan daya tampung beban pencemaran akan menggunakan worksheet Source Summary yang merupakan hasil perhitugan beban pencemaran debit dan kualitas air tiap segmen. Beban Pencemaran = Debit (L/detik) x Konsentrasi (mg/l) = (Beban (mg/detik) x 86400) : = kg/ hari

29 Perhitungan Daya Tampung Segmen Jarak (km) Beban Pencemaran Skenario 3 Sungai Mangetan Kanal TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari Beban Pencemaran Skenario 4 Sungai Mangetan Kanal Segmen Jarak (km) TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari

30 Perhitungan Daya Tampung Daya Tampung = Beban Pencemar Maksimum Beban Kondisi Awal Daya Tampung Beban Pencemaran Sungai Mangetan Kanal Segmen Jarak (km) TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari Perhitungan daya tampung segmen sungai yang maksimum untuk parameter TSS sebesar ,66 kg/hari pada segmen 5, BOD sebesar 790,56 kg/hari pada segmen 1, Ammonium sebesar 172,08 kg/hari pada segmen 5, Nitrat sebesar 2.753,23 kg/hari pada segmen 5, Fosfat sebesar 44,63 kg/hari pada segmen 1, dan COD sebesar 3.754,73 kg/hari pada segmen 1. Perhitungan daya tampung segmen sungai yang minimum untuk parameter TSS sebesar 1.512,00 kg/hari pada segmen 4, BOD sebesar 60,48 kg/hari pada segmen 4, Ammonium sebesar 15,12 kg/hari pada segmen 4, Nitrat sebesar 85,43 kg/hari pada segmen 2, Fosfat sebesar 1,36 kg/hari pada segmen 4, dan COD sebesar 302,40 kg/hari pada segmen 4.

31 Penurunan Beban Pencemaran Menurut kondisi eksisting dari skenario 1, diperlukan adanya penurunan beban pencemaran agar kualitas air sungai Mangetan Kanal dapat tetap memenuhi baku mutu badan air kelas satu. Perhitungan penurunan beban pencemaran ini menggunakan selisih antara beban pencemaran pada skenario 1 dan 4. Segmen Jarak (km) Beban Pencemaran Skenario 1 TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari

32 Penurunan Beban Pencemaran Segmen Jarak (km) Selisih Beban Pencemaran Skenario 1 dan 4 TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari kg/hari Segmen Jarak (km) Persentase Penurunan Beban Pencemaran TSS BOD NH 4 NO 3 PO 4 COD % % % % % % % 94% 51% 0% 2% 87% % 97% 88% 0% 27% 84% % 97% 83% 0% 0% 89% % 98% 94% 0% 0% 98% % 98% 95% 0% 0% 94% % 98% 95% 0% 0% 20%

33 Kesimpulan Hasil aplikasi metode QUAL2Kw dalam mengevaluasi kualitas air sungai Mangetan Kanal dengan simulasi 4 (empat) skenario untuk IPA Kecamatan Krian, yaitu : 1. Hasil simulasi skenario 1 tidak memenuhi baku mutu badan air kelas satu 2. Hasil simulasi skenario 2 tidak memenuhi baku mutu badan air kelas satu. 3. Hasil simulasi skenario 3 memenuhi baku mutu badan air kelas satu. 4. Hasil simulasi skenario 4 memenuhi baku mutu badan air kelas satu. Daya tampung segmen sungai dari hasil perhitungan sebagai berikut : Parameter TSS Maksimum = ,66 kg/hari pada segmen 5 Minimum = 1.512,00 kg/hari pada segmen 4 Parameter BOD Maksimum = 790,56 kg/hari pada segmen 1 Minimum = 60,48 kg/hari pada segmen 4

34 Kesimpulan Parameter Ammonium Maksimum = 172,08 kg/hari pada segmen 5 Minimum = 15,12 kg/hari pada segmen 4 Parameter Nitrat Maksimum = 2.753,23 kg/hari pada segmen 5 Minimum = 85,43 kg/hari pada segmen 2 Parameter Fosfat Maksimum = 44,63 kg/hari pada segmen 1 Minimum = 1,36 kg/hari pada segmen 4 Parameter COD Maksimum = 3.754,73 kg/hari pada segmen 1 Minimum = 302,40 kg/hari pada segmen 4

35 Saran Saran yang diberikan dari tugas akhir untuk perhitungan daya tampung beban pencemaran dengan metode QUAL2Kw ini diperlukan adanya kajian lebih lanjut pada perhitungan daya tampung beban pencemaran ini dengan skenario yang lain, seperti variasi pada debit dan kondisi kualitas air di hulu sungai.

36 Daftar Pustaka Agustiningsih, D Kajian Kualitas Air Sungai Blukar Kabupaten Kendal Dalam Upaya Pengendalian Pencemaran Air Sungai. Hal 16. Semarang : UNDIP. Al Baduwi, M. S Aplikasi Model Simulasi Komputer QUAL2Kw pada Studi Pemodelan Kualitas Air Kali Surabaya. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan ITS. Anonim Keputusan Gubernur Jawa Timur Nomor 45 Tahun 2002 tentang Baku Mutu Limbah Cair bagi Industri atau Kegiatan Usaha Lainnya di Jawa Timur. Anonim Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 110 Tahun 2003 tentang Pedoman Penetapan Daya Tampung Beban Pencemaran Air. Anonim Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 112 Tahun 2003 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Anonim Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 01 Tahun 2010 tentang Tata Laksana Pengendalian Pencemaran Air. Anonim Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 42 Tahun 2008 Tentang Pengelolaan Sumber Daya Air. Pasal 9. Anonim Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 37 Tahun 2012 tentang Pengelolaan Daerah Aliran Sungai. Pasal 1. Anonim SNI :2008 tentang Metoda Pengambilan Contoh Air Permukaan. Anonim Undang-Undang Republik Indonesia Nomor 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup. American Public Health Association Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater : 20 th Edition. Washington DC. : American Water Works Association. Billota, G. S. dan Brazier, R. E Understanding The Influence of Suspended Solids on Water Quality And Aquatic Biota. United Kingdom : Elsevier.

37 Daftar Pustaka Brown, L. C. dan Thomas O. B The Enhanced Stream Water Quality Models QUAL2E and QUAL2E-UNCAS : Documentation and User Manual. Georgia : Environmental Protection Agency. Corbitt, R. A Standard Handbook of Environmental Engineering : 2 nd Edition. New York : McGraw-Hill Companies. Fernandez, J. F Informasi dan Data Kualitas Air Pemantauan Kualitas Air dalam Wilayah Sungai BWS NT.II Kilas Informasi Kualitas Air di Beberapa Sumber Air dalam WS. BWS NT.II : Vol. 1 No. 3. Hal 166. NTT : Sipil UNWIRA. Hendrasarie, N., dan Cahyarani Kemampuan Self Purification Kali Surabaya ditinjau dari Parameter Organik Berdasarkan Model Matematis Kualitas Air. Surabaya : UPN Veteran. Kannel, P. R., et. al A Review of Public Domain Water Quality Models for Simulating Dissolved Oxygen in Rivers and Streams. Canada : Springer Science. Kannel, P. R., et. al Application of Automated QUAL2Kw for Water Quality Modeling and Management in the Bagmati River, Nepal. United Kingdom : Elsevier. Kementrian Lingkungan Hidup Indeks Kualitas Lingkungan Hidup Indonesia. Hal 10. Jakarta : Kementrian Lingkungan Hidup. Lestari, A. D. N Studi Pengaruh Hidrolika, Naungan, dan Point Source terhadap DO-BOD Sungai Menggunakan Model QUAL2Kw (Studi Kasus: Sungai Gajahwong, Yogyakarta). Yogyakarta : Universitas Gadjah Mada. Oliveira, B., et. al Application of QUAL2Kw Model as a Tool for Water Quality Management : Cértima River as a Case Study. Portugal : Departement of Environment and Planning. Pelletier, G. dan S. Chapra QUAL2Kw Theory and Documentation (Version 5.1) : a Modeling Framework for Simulating River and Stream Water Quality. Washington : Departement of Ecology. Rusnugroho, A Penentuan Daya Tampung Beban Pencemaran Kali Madiun (Segmen Wilayah Kota Madiun) Menggunakan QUAL2Kw. Surabaya : Jurusan Teknik Lingkungan ITS. Sawyer, C. N Chemistry for Environmental Engineering: 3 rd edition. New York : McGraw-Hill Companies.

38 TERIMAKASIH