73 BAB IV METODOLOGI PENELITIAN 4.1 Tahapan Pengerjaan Hasil Penelitian Tahap Sebelumnya Penentuan parameter yang akan diteliti Penentuan metode pengambilan sampel Pemilihan metode analisa sampel. Persiapan Alat dan Bahan Pengambilan Data Sekunder : - Data teknis SPAB kota Bandung - Peta layanan SPAB kota Bandung - Penentuan lokasi sampling Pengambilan Data Primer : - Pengukuran parameter di lapangan - Pengambilan sampel Analisa Laboratorium untuk sampel yang telah diambil dari titik yang telah terpilih Analisa data hasil pengukuran dan penarikan kesimpulan Gambar 4.1 Tahapan Pengerjaan Penelitian
74 4.2 Persiapan Alat dan Bahan Alat yang digunakan untuk penelitian ini adalah peralatan untuk pengukuran di lapangan dan pengukuran di laboratorium. Untuk pengukuran di lapangan menggunakan alat pengukur multi-parameter yang dapat menentukan nilai suhu, ph, konduktivitas, turbiditas, DO dan salinitas yaitu HORIBA Water Analyzer tipe U-10. Alat yang digunakan di laboratorium meliputi peralatan gelas untuk pengujian seperti Erlenmeyer, gelas ukur, pipet, tabung COD, corong, labu ukur, alat timbang, lemari pendingin, kertas saring, reaktor COD merk Hach, statip, cawan, oven merk WTC Binder, Furnace 30400 merk Thermolyne, spektrofotometer. Peralatan pendukung yang dibutuhkan adalah peralatan fungsional seperti ember, stop watch, tali dan bola. Gambar 4.2 Alat pengukuran lapangan Gambar 4.3 Reaktan dan sampel
75 4.3 Rancangan Penelitian Penelitian ini menggunakan hasil yang ditemukan pada penelitian tahap sebelumnya oleh Gustiani (2006) sebagai acuan. Penelitian tersebut membahas tentang kinetika penyisihan organik pada air buangan dalam sewerage sebagai reaktor aliran sumbat. Penelitian akan dilakukan di lapangan untuk meneliti faktor-faktor yang dapat mempengaruhinya dan melakukan pengukuran materi organik untuk menentukan kinetika biodegradasi zat organik pada air buangan yang mengalir di saluran tersebut. Ruang lingkup penelitian ini hanya dibatasi pada karakteristik air buangan dan tidak memperhitungkan kondisi lapisan biofilm yang terdapat di sistem saluran air buangan. Pengambilan sampel dilakukan pada lima titik yang terletak di saluran utama kota Bandung. Lokasi pengambilan yang terpilih adalah saluran air buangan yang terletak di sepanjang Jl. Kuningan, Kelurahan Antapani, Kota Bandung. Saluran tersebut termasuk bagian dari sistem saluran terpusat dengan tujuan akhir penyaluran adalah IPAL Bojongsoang. Manhole yang tersedia di sepanjang saluran sebagai perlengkapan yang digunakan untuk mengontrol aliran dijadikan titik pengambilan sampel. Untuk mempermudah penelitian, saluran dianggap menjadi satu segmen dengan titik pengambilan sampel yang pertama adalah titik awal segmen dan titik pengambilan sampel yang kelima adalah titik akhir segmen. Panjang segmen saluran tersebut adalah 817 meter dengan slope rata-rata 0,00143. Denah lokasi ditunjukkan oleh gambar 4.4 dan skema lokasi penelitian ditunjukkan oleh gambar 4.5. Berdasarkan jarak lokasi penelitian dari titik akhir saluran, yang merupakan titik inlet IPAL, diasumsikan bahwa pda lokasi tersebut terdapat air buangan yang sudah tercampur dan dapat mewakili karakteristik air buangan domestik kota Bandung. Untuk memastikan bahwa hasil pengukuran yang ditemukan dapat mewakili keadaan sesungguhnya, maka dilakukan pengujian secara statistik dan data sekunder kualitas air buangan dari IPAL Bojongsoang sebagai perbandingan. Pertimbangan dalam menentukan lokasi pengambilan sampel adalah : 1. Mudah dijangkau.
76 2. Kondisi jalan tidak terlalu ramai sehingga tidak terganggu oleh lalu lintas dan begitu pula sebaliknya. 3. Saluran yang dipilih merupakan aliran downstream sehingga karakteristiknya dianggap lebih mewakili kualitas air buangan domestik yang ada di kota Bandung. 4. Jarak antara titik sampling (manhole) tidak terlalu jauh, yaitu sekitar 200 meter untuk mengurangi pengaruh infiltrasi. Lokasi penelitian : Jl. Kuningan, Bandung Tengah Gambar 4.4 Denah Lokasi Penelitian 190 m 177 m 190 m 260 m M1 M2 M3 M4 M5 Gambar 4.5 Skema Lokasi Penelitian, jl. Kuningan, Bandung Tengah Pengambilan contoh air di lapangan dilakukan selama tujuh hari pada musim hujan, yaitu pada hari Rabu, 5 Desember 2007 Selasa, 11 Desember 2007. Untuk mengetahui perbedaan kualitas air buangan, pengambilan sampel awalnya
77 dilakukan hanya pada pagi hari dan kemudian juga dilakukan pada sore hari selama tiga hari terakhir, sehingga terdapat data dengan variasi diurnal selama tiga hari. Pada pagi hari, pengukuran dilakukan di antara jam 09.00 11.00 pagi, sedangkan untuk pengukuran sore hari dilakukan di antara jam 16.00 18.00. Berdasarkan variasi pengukuran tersebut, maka pola aktifitas masyarakat yang menghasilkan air buangan akan terukur, sehingga bisa menentukan waktu penghasilan debit maksimum danwaktu penghasilan debit minimum. Sampel yang telah diambil disimpan dalam botol plastik dan diawetkan terlebih dahulu sebelum disimpan di dalam laboratorium. Pengawetan ini bertujuan untuk menjaga kualitas air buangan agar tidak berubah sampai dilakukan pengukuran. Berdasarkan literatur dan penelitian-penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, maka tahap pelaksanaan untuk pengambilan sampel air adalah sebagai berikut : 1. Menentukan karakteristik saluran (bentuk, diameter, kemiringan). 2. Mengukur kedalaman hidrolis dan mengukur kecepatan air dalam saluran dengan bantuan bola. Kondisi saluran dan kecepatan air kemudian digunakan untuk menghitung angka debit dan waktu tinggal air buangan dalam saluran. 3. Mengambil sampel dari 5 titik yang telah ditentukan. Untuk pengukuran BOD, sampel hanya diambil dari titik 1 dan titik 5. Pembagian jumlah sampel dan ukuran botol sampel ditampilkan pada tabel 4.1. 4. Mengukur kualitas air buangan secara onsite untuk parameter DO, ph, konduktivitas, turbiditas, salinitas dan suhu. 5. Sebelum diukur di laboratorium, sampel terlebih dahulu diawetkan sesuai dengan kebutuhan penelitiannya. Metode pengawetan dan penyimpanan sampel juga ditunjukkan pada tabel 4.1. 6. Pemeriksaan sampel dilakukan untuk parameter COD, TSS, VSS, Nitrat, Nitrit dan BOD. Metode dan alat pengukuran ditunjukkan pada tabel 4.2. Semua pengukuran dilakukan di laboratorium penelitian Teknik Lingkungan ITB.
78 Tabel 4.1 Jumlah sampel, penyimpanan dan pengawetan No. Paramater Analisa Jumlah Sampel Ukuran Sampel Penambahan zat Penyimpanan 1 2 3 4 Karakteristik COD, TSS, VSS BOD Nitrat & Nitrit 4 48 12 30 5 liter 2 liter 2 liter 500 ml - Asam sulfat lemah - - Freezer 5 C Freezer 5 C Freezer 5 C Freezer 5 C Tabel 4.2 Metode dan alat pengukuran parameter (APHA, 1998) Parameter Metode Pengukuran Alat Closed reflux, titrimetric Electrometric Electrometric Electrometric Electrometric Electrometric Gravimetric Gravimetric Diazotasi spectrofotmetri Brucin Spectrofotometri Soxhlet Ekstraksi Ekstraksi dengan cloroform COD ph Suhu DO Turbiditas Konduktivitas TSS VSS Nitrat Nitrit Minyak & Lemak Deterjen Buret, COD cooker (hach), closed reflux Horiba Horiba Horiba Horiba Horiba Cawan pijar, oven 105 C Cawan pijar, oven 105 C, oven 600 C. Spektrofotometer Spektrofotometer Soxhlet extraction, hotplate Spektrofotometer Gambar 4.6 Lokasi pengambilan sampel jl. Kuningan, Bandung Tengah, Desember 2007
79 Gambar 4.7 Kondisi titik pengambilan sampel, Jl. Kuningan, Bandung Tengah, Desember 2007 4.4 Parameter Yang Diamati Karakteristik air buangan ditentukan oleh transformasi materi yang terjadi di dalamnya dan variasi aliran yang terjadi. Air buangan mengandung hampir 70% zat padat yang berada dalam fase tersuspensi. Transformasi organik diukur berdasarkan perubahan konsentrasi zat yang terdapat di dalam air buangan. Perubahan ini diukur dengan mengukur beberapa parameter, yaitu 1. Debit air buangan Salah satu cara pendekatannya adalah dengan mengukur kecepatan aliran menggunakan bantuan bola pingpong. Dengan alat bantu stopwatch, pengukuran kecepatan saluran diulang sebanyak tiga kali untuk mendapatkan angka rata-rata. 2. COD Prinsip pengukuran COD adalah oksidasi senyawa organik menjadi CO 2 dan H 2 O oleh oksidator kuat dalam suasana asam. Konsentrasi yang terukur menggambarkan oksigen yang dobutuhkan untuk proses oksidasi aerob menjadi CO 2 dan H 2 O dengan asumsi bahwa semua materi organik mudah terbiodegradasi. Pengukuran COD mengukur materi organik yang bisa teroksidasi namun tidak membedakan materi organik yang bisa terdekomposisi dan tidak (Benefield & Randall,1980).
80 3. BOD BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan zat organik dalam air buangan pada kondisi aerob, dengan suhu dan waktu optimum. Pengukuran ini dikenal dengan BOD 5 yang menunjukkan sekitar 70% dari BOD total. Perubahan angka DO menunjukkan nilai BOD pada air buangan. Pemeriksaan BOD diperlukan untuk menentukan beban pencemaran akibat air buangan penduduk atau industri, dan untuk merancang sistem pengolahan biologis bagi air yang tercemar tersebut. Tujuan dari pengukuran BOD adalah untuk mengetahui rentang kekuatan air buangan dan kemampuannya untuk bisa diolah secara biologis. 4. Nitrat Prinsip pengukuran nitrat adalah nitrat dalam air dalam suasana asam dengan brusin sulfat dan asam sulfanilat membentuk senyawa kompleks yang berwarna kuning. Intensitas warna yang terjadi diukur absorbannya pada panjang gelombang 420 nm. Pengukuran nitrat dan nitrit dilakukan pada 3 hari terakhir untuk melihat kemungkinan apakah terjadi kondisi anoksik di dalam saluran air buangan. 5. Nitrit Nitrit terbentuk dari hasil reaksi dari nitrogen monoksida (NO), nitrogen dioksida (NO 2 ) dan larutan hidroksida, atau melalui dekomposisi termal nitrat. Nitirit merupakan berntuk sementara dari nitrat yang telah bereaksi. Pada kondisi anoksik, nitrat yang akan terlebih dahulu digunakan oleh mikroorganisme sebagai akseptor elektron, diubah menjadi nitrit, kemudian nitrit digunakan sampai habis bereaksi. Nitrit juga bisa terbentuk melalui reduksi dari nitrat. Nitrit dengan asam sulfanilat dan N dihidroklorida dalam suasana asam membentuk senyawa kompleks yang berwarna ungu. Warna ungu yang terjadi diukur intensitasnya dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 520 nm. Nitrit diukur
81 bersamaan dengan sampel nitrat. Konsentrasi nitrit juga digunakan untuk menunjukkan apabila terjadi kondisi anoksik atau tidak. 6. VSS Zat padat di dalam air buangan terbagi menjadi padatan terlarut, padatan koloidal dan padatan tersuspensi. Padatan tersuspensi menyebabkan kondisi yang tidak diinginkan yaitu peningkatan kekeruhan dan beban pasir pada badan air penerima. Konsentrasi biomassa dalam air dinyatakan dalam mg/l VSS, karena biomassa merupakan bahan organik yang menguap pada suhu tinggi. Pengukuran VSS dilakukan dengan metode gravimetri, sebelum dilakukan pengukuran, sampel harus disaring sehingga diperoleh endapan. Selanjutnya endapan ini dibakar dalam oven 105 C dan 600 C. Secara teoretis, kadar VSS akan meningkat sesuai dengan penurunan kadar substrat. VSS juga akan menunjukkan apakah bakteri yang ada di saluran air buangan berada dalam keadaan tersuspensi atau juga terlekat. Untuk menentukan nilai VSS, nilai TSS juga harus ditentukan menggunakan metode gravimetri. 7. DO DO merupakan jumlah oksigen terlarut pada sampel air khusus. Hal ini ditunjukkan dalam mg/l, ppm atau persen saturasi. Air buangan menempatkan kebutuhan oksigen terlarut pada bawaan air sebagai bawaan limbah. Bila oksigen yang cukup secara kontinu disuplai secara buatan, air buangan akan tetap aerob melalui proses pengolahan. Angka DO ditentukan dalam percobaan untuk menghitung angka BOD. Pengukuran konsentrasi oksigen terlarut dilakukan di lapangan menggunakan alat ukur elektronik. 8. ph Konsentrasi ion hidrogen merupakan parameter kualitas yang penting baik untuk air alami atau air buangan. Metode umum untuk mengukur konsentrasi ion hidrogen adalah sebagai ph, yang didefinisikan
82 sebagai logaritma negatif dari konsentrasi ion hidrogen. ph = -log (H+). Pengukuran ph dilakukan di lapangan menggunakan alat ukur elektronik. 9. Suhu Suhu air buangan umumnya lebih tinggi daripada suhu persediaan air karena penambahan air hangat dari rumah tangga dan aktivitas industri. Pada suhu tertentu, pertumbuhan bakteri tidak akan terjadi. Pada saat terjadi peningkatan suhu, maka pertumbuhan bakteri akan mencapai laju maksimum. Pengukuran suhu dilakukan di lapangan menggunakan alat ukur elektronik. 10. Parameter lainnya Karakteristik air buangan ditentukan dengan pengukuran beberapa parameter tambahan yaitu minyak dan lemak, deterjen sebagai MBAS dan nitrogen sebagai amonia. Pengukuran parameter minyak dan lemak dilakukan karena dapat mengganggu proses biologi aerob dan anaerob dan juga menurunkan efisiensi pengolahan air limbah apabila berada dalam konsentrasi yang berlebih. Karaktersitik air buangan menunjukkan kekuatan dari air buangan di lokasi pengambilan sampel bila dibandingkan dengan literatur. Karakteristik air buangan kualitas air buangan domestik dan seberapa besar pengaruh masukan limbah industri terhadap kualitas air buangan tersebut. 4.5 Pengukuran dan Perhitungan Debit Air Buangan Perhitungan debit air buangan dilakukan dengan menggunakan data-data tinggi aliran air dan kecepatan air yang mengalir dipermukaan air di dalam sewer. Kecepatan aliran diukur dengan menghitung waktu tempuh bola di dalam area manhole. Cara pengukuran kecepatan aliran ini sebenarnya relatif kurang akurat, oleh karena aliran di dalam pipa sewer mempunyai distribusi kecepatan yang berbeda-beda (gambar 4.8). Cara ini dilakukan karena pengukuran debit secara konvensional dibatasi oleh ketersediaan alat, dan metode pengukuran dengan
83 metode area-velocity terkendala oleh alat ukur current meter yang tidak bisa dioperasikan di lokasi pengukuran. Pengukuran kecepatan diulang 3 kali untuk tiap ruas manhole dan diambil nilai rata-ratanya. Gambar 4.8 Distribusi kecepatan di dalam pipa sewer (Huisman, 2003) Perhitungan debit di dalam sewer dilakukan dengan menggunakan grafik elemen hidrolis untuk pipa sewer berbentuk bulat dari ASCE (Gambar 4.9). Prosedur perhitungan debit adalah sebagai berikut: 1. Dari hasil pengukuran, didapatkan kecepatan aliran di dalam sewer, v s, kedalam aliran air buangan, d, dan diameter pipa Sewer, D. 2. Dihitung rasio kedalaman aliran terhadap diameter saluran (d/d), untuk kemudian diplotkan ke gambar 4.5, sehingga didapatkan rasio luas area aliran, terhadap luas area circular sewer total (A/A full ) 3. A full dihitung dengan: 4. A dapat dihitung dengan : 5. Debit air buangan dihitung dengan:
84 Perhitungan ini dirasakan yang paling sesuai, mengingat data angka kekasaran Manning (n) secara aktual tidak diperoleh/diukur. Gambar 4.9 Grafik elemen hidrolis untuk pipa sewer bulat (ASCE, 1969)