Penggunaan Filter Tembikar untuk Meningkatkan Kualitas Air Tanah Dangkal (Studi Kasus Rumah Tinggal di Kelurahan Pogot, Surabaya) Using Pottery Filter To Improve Water Quality Of Groundwater (Study Case Home At Pogot, Surabaya) Ni matul Janah dan Dr.Ir. Nieke Karnaningrum, Msc Jurusan Teknik Lingkungan FTSP ITS Surabaya nimah_sweety@yahoo.co.id Abstrak Keberadaan air bersih di perkotaan sangat vital bagi kelangsungan aktivitas manusia seharihari, dan salah satu sumber air bersih yang digunakan masyarakat perkotaan adalah air tanah. Di beberapa daerah air tanah belum memenuhi kualitas sebagai air bersih. Pada penelitian ini, pengolahan yang digunakan adalah filter tembikar sebagai media filtrasi. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah perbandingan bahan pembuat keramik dan head. Dalam penelitian ini mengambil 6 parameter untuk bahan penelitian yakni warna, kekeruhan, zat organik, besi, mangan dan bakteri Coliform. Dari hasil penelitian semua variasi filter mampu meningkatkan kualitas air tanah dangkal dan telah memenuhi Keputusan Menteri Kesehatan RI No 907/MENKES/SK/VII/2002. Filter tembikar dengan campuran 5% pada head lebih efektif dibandingkan dengan filter lainnya. Kata kunci : air tanah dangkal, filter tembikar, Coliform, Besi, Mangan, Warna, 1
Abstract The clean water in urban area is very important for daily human activities, one of clean water sources is groundwater. In some area groundwater does not meet the standard of clean water. Treatment of research that was used is pottery fiter as media filtration. The varieables of this research are proportion ingredients from pottery and head.this research used the sample of six paramaters, such as color, turbidity, permanganate value, iron, manganese and coliform bacteria. The result of research, all variety of pottery fiter can improve ground water quality and fulfill from the standart KEPMENKES RI No 907/MENKES/VII/2002. Keywords: Groundwater, Pottery filter, Coliform, Iron, Manganese, colors, Latar Belakang Keberadaan air bersih di perkotaan sangat vital bagi kelangsungan aktivitas manusia sehari-hari. Air tanah merupakan salah satu sumber air baku kebutuhan air bersih Pada umumnya air tanah mempunyai kualitas cukup baik dari segi kimia, fisika maupun bakteriologisnya. Tetapi karena adanya pencemaran air tanah maupun air permukaan memyebabkan air tanah ikut tercemar sehingga masyarakat kesulitan mendapatkan air minum. Salah satu air tanah dangkal yang tidak layak dijadikan air bersih adalah sumur penduduk di daerah pogot tepatnya dikelurahan Platuk Donomulyo. Sehingga diperlukan pengolahan, salah satu alternatif menggunakan filter tembikar. Tujuan Penulisan Tujuan penulisan karya tulis ini adalah untuk mengkaji kemampuan filter tembikar sebagai media pengolah air tanah dangkal agar memenuhi standar KEPMENKES RI No 907/MENKES/SK/VII/2002 dan menentukan komposisi campuran bahan yang paling tepat untuk meningkatkan kualitas air tanah dangkal. 2
Landasan Teori Penentuan kualitas air tanah didasarkan pada sifat fisik, kimia dan biologi air tanah. Sifat fisik meliputi, warna, rasa, bau, ph dan suhu. Sedangkan sifat kimia meliputi kandungan bahan-bahan kimia yang ada dalam air tanah. Dan sifat biologis meliputi kandungan mikroorganisme yang ada dalam air, seperti bakteri, alga, virus dan lain-lain. Kandungan mineral dan mikroorganisme dapat menyebakan adanya rasa, bau, warna, ph dan suhu pada air tanah. Mineral dalam air tanah dapat menyebabkan kesadahan yang juga mempengaruhi rasa air tanah. Sementara, mikroorganisme yang sering dijadikan parameter kualitas air adalah bakteri coli. Filtrasi adalah proses pemilihan atau penyaringan air baku melalui media berbutir yang poros. Selama melalui media tersebut terjadi pemisahan atau reduksi kandungan material tersuspensi dan koloid, bakteri dan organisme lainnya, dan mengubah unsur-unsur kimiawi air melalui mekanisme filtrasi yang berlangsung di sepanjang filter bed. Pada saat ini terdapat trend baru mengenai piranti filter alam kemasan, salah satunya adalah menggunakan teknik membran. Adapun teknik atau proses membran memang beraneka jenis, antara lain: Reverse osmosis,elektrodialisis, Membran transport tergabung,dialisis, nano filtrasi, ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi. Mekanisme filtrasi dalam proses filtrasi yakni mekanikal straining, adsorpsi, aktifitas kimia, aktifitas biologi dan sedimentasi. Bahan pembuat keramik antara lain lempung, kaolin, pasir, feldspar. Dan proses pembuatan keramik meliputi pencetakan, pengeringan, dan pembakaran. Metodologi Penelitian Metodologi penelitian meliputi ide tugas akhir yakni Dari penelitian terdahulu diketahui bahwa filter tembikar mampu menurunkan kadar klorida dalam air payau. Oleh sebab itu dalam penelitian ini timbul ide studi untuk melakukan penelitian mengenai kemampuan filter tembikar untuk menurunkan 3
bahan bahan pencemar yang ada dalam air tanah dangkal agar dapat memenuhi standar air minum Studi literatur yakni Sumber literatur yang digunakan dalam penelitian ini meliputi buku buku teks, laporan penelitian tugas akhir, dan tesis mengenai penelitian terdahulu tentang desain filter dan prosesnya. Selain itu, sumber literatur juga diperoleh dari internet serta artikel dalam jurnal ilmiah. Studi literatur ini dilakukan sepanjang penelitian yakni mulai dari tahap awal penelitian sampai analisis dan pembahasan hasil penelitian sehingga dapat diperoleh kesimpulan Penentuan variabel dan parameter penelitian meliputi variabel yang digunakan dalam peneliian ini adalah variasi komposisi bahan pencampur keramik dan head. Sedangkan parameter yang digunakan adalah parameter Kekeruhan, warna, zat organik (PV), besi,mangan dan bakteri Coliform. Penelitian Awal, sampling dilkukan di sumur penduduk di kelurahan Pogot dan konsentrasi awal sumur di kelurahan Pogot adalah Besi 3,g/l, Mangan 2,2 mg/l, Zat Organik 24,02 mg/l, kekeruhan 34,76 NTU dan warna 27,86 Pt-co, bakteri Coliform 1600/100 ml. Persiapan Penelitian meliputi Pembuatan reaktor penelitian dan persiapan bahan bahan kimia untuk analisis. Variasi komposisi bahan pencampur tembikar meliputi bahan keramik:arang = 100:5,100:15 dan 100:25. Sedangkan head yang digunakan adalah head 4m dan, yang menyesuiakan ketinggian gedunng teknik lingkungan. Pelaksanaan Penelitian Analisis data dan pembahasan Kesimpulan dan Saran 4
Hasil dan Pembahasan Tabel 1 Hasil Penelitian Awal No Parameter Satuan KEPMENKES RI NOMOR 907/MENKES/SK/VII/2002 Hasil Analisis air sampel 1 Warna TCU 15 34,44 2 Kekeruhan NTU 5 27,86 3 Besi Mg/l 0,3 3,4 4 Mangan Mg/l 0,1 2,19 5 Zat organik (PV) Mg/l - 24,02 6 Total Bakteri Coliform Jumlah/100 ml sampel 0 1600 Sumber : Hasil Analisis,2009 Dari hasil penelitian awal ini air tanah ini belum memenuhi standar sehingga perlu ditingkatkan kualitasnya agar layak menjadi air bersih dan memenuhi standar air minum. Filter yang pertama dijalankan adalah filter dengan head, dan setelah filter mengalami penyumbatan/clogging filter di cuci dan dipasang kembali dan dioperasikan kembali untuk head. Pencucian tabung filter dengan cara menyikat permukaan filter. Volume Sampel diukur tiap jam hal ini dilakukan untuk mengetahui volume air yang terfiltrasi tiap jamnya sehingga dapat dihitung kecepatan filtrasinya. Operasi dihentikan apabila volume sampel terfilter 155 ml. Pada filter tembikar dengan campuran head 5%,15% dan 25% semuanya dioperasikan pada head 8 m, dan lama operasi pada head 8 adalah ± 68 jam. Sedangkan Pengoperasian head ini dilakukan setelah pengoperasian head selesai. Pada filter tembikar dengan campuran head 5%,15% dan 25% semuanya dioperasikan pada head, dan lama operasi pada head 4 adalah ± 50 jam. 5
Untuk menghitung fluks, persamaan yang digunakan, menurut satuannya : volume( l) Kecepatan filtrasi = waktu( jam) xluas( m2) Kecepatan filtrasi filter dengan campuran arang 5% pada head dan pada jam pertama adalah 0,41 l/menit.m 2. dan pada jam ke-68 kecepatan filtrasinya 0,1 l/menit.m 2. sedangkan pada head kecepatan filtrasinya pada jam pertama adalah 0,44 l/menit.m 2 dan pada jam ke-50 adalah 0,11 l/menit.m 2. Kecepatan filtrasi filter dengan campuran arang 15% pada head dan pada jam pertama adalah 0,505 l/menit.m 2. dan pada jam ke-68 kecepatan filtrasinya 0,098 l/menit.m 2. sedangkan pada head kecepatan filtrasinya pada jam pertama adalah 0,503 l/menit.m 2 dan pada jam ke-50 adalah 0,129 l/menit.m 2. Kecepatan filtrasi filter dengan campuran arang 25% pada head dan pada jam pertama adalah 0,616 l/menit.m 2. dan pada jam ke-68 kecepatan filtrasinya 0,127 l/menit.m 2. sedangkan pada head kecepatan filtrasinya pada jam pertama adalah 0,650 l/menit.m 2 dan pada jam ke-50 adalah 0,196 l/menit.m 2. Dari ketiga variasi diatas dapat disimpulkan bahwa semakin banyak bahan pencampur pada filter tembikar semakin besar kecepatan filtrasinya. Dan tinggi head juga mempengaruhi kecepatan filtrasi dan lama waktu operasi. Hal ini menunjukan bahwa semakin banyak bahan pencampur akan menimbulkan pori yang lebih besar. Dengan demikian penambahan bahan pencampur semakin banyak dapat memperbesar pori sehingga turut memperbesar kelolosan air terhadap media filter ini. Tabel 2 Data Porositas Filter Variasi Vair Vol Tabung Vtotal Porositas Keramik+ 5% 2,56 258 261,16 9,8 x 10-3 Keramik+ 15% 3,21 258 261,81 0,0122 Keramik+ 25% 3,82 258 262,42 0,0146 Sumber :hasil Analisis,2009 6
Tabel 3 nilai permeabilitas filter tembikar No Variasi Permeabilitas (cm/s) 1 Keramik+ 5% 0.000571364 2 Keramik+ 15% 0.000723521 3 Keramik+ 25% 0.000975045 Sumber :hasil Analisis,2009 Porositas dan permeabilitas filter semakin naik dengan adanya penambahan bahan pencampur. Hal ini dapat terjadi karena bahan pencampur tersebut akan menggumpal sehingga ketika dibakar akan menjadi pori -pori. Pori-pori ini yang menentukan sifat porous (nilai porositas) suatu benda. Pada tembikar ini dengan pori yang besar, maka nilai porositas juga besar. Dengan porositas yang tinggi memungkinan air untuk mudah merembes pada tembikar. Oleh karena itu, pada tembikar yang dianalisis ini memiliki nilai porositas tinggi sehingga daya rembesannya (permeabilitas) pun besar. Sehingga dari data ini dapat diketahui hubungan antara kecepatan filtrasi dengan porositas dan permeabilitas yang menunjukkan bahwa semakin besarnya porositasnya, maka semakin besar pula kecepatan filtrasinya. Hasil filter dari masing masing filter dicari efisiensi terbaiknya dan hasil analisis terbaik dari masing masing filter tembikar pada jam ke-6 untuk analisis warna dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter warna Parameter warna 5% 15% 25% Penurunan (%) 90.59 89.70 89.48 87.80 87.70 86.38 Konsentrasi (TCU) 3.15 3.44 3.44 4.09 4.11 4.56 Sumber : hasil Analisis,2009 7
Konsentrasi air hasil saringan filter tembikar ini sudah memenuhi batas maksimum nilai warna dalam KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu maksimum 15 TCU. Dari semua variasi bahan pencampur tembikar nilai penurunan pada head sedikit lebih tinggi daripada head. Input head yang semakin tinggi menjadikan persentase removalnya juga semakin besar. Dengan kata lain, persentase removal menjadi naik disebabkan input head semakin tinggi sehingga menghasilkan output yang semakin tinggi pula. filter tembikar dengan campuran arang dapat meningkatkan kualitas air tanah dangkal dan memenuhi batas maksimum nilai warna dalam KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu maksimum 15 TCU. Hasil terbaik dari tiap filter tembikar ini dibandingkan dan kemudian dipilih yang mempunyai removal terbesar. Hasil terbaik dari tiap filter tembikar pada jam ke-6 untuk analisis kekeruhan dapat dilihat pada Tabel 5 Tabel 5 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter kekeruhan Parameter kekeruhan 5% 15% 25% Penurunan (%) 97.28 96.53 96.29 96.29 94.31 94.06 Konsentrasi (NTU) 0.76 0.97 1.03 1.03 1.59 1.72 Sumber :Hasil Analisis, 2009 Proses mekanisme filtrasi yang dominan terjadi pada filter ini adalah adsorpsi dan pengendapan. Efisiensi tertinggi pada filter dengan campuran 5% pada head yakni 97,28%. Penurunan nilai kekeruhan cukup signifikan dari konsentrasi awal sebesar 27,86 NTU menjadi 0,76 NTU. Dan nilai kekeruhan ini sudah memenuhi batas maksimum nilai kekeruhan dalam KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu maksimum 5 NTU. 8
Hasil terbaik dari masing masing variasi filter dibandingkan satu dengan yang lainnya sehingga dapat diketahui filter yang terabaik yang mampu meremoval pencemar yang ada dalam air. Efisiensi filter terbaik pada jam ke-6 untuk analisis zat organik (PV) dapat dilihat pada Tabel 6 Tabel 6 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter Zat Organik (PV) Parameter Zat Organik (PV) 5% 15% 25% Penurunan (%) 75.39 75.00 64.21 73.42 65.00 62.63 Konsentrasi (mg/l) 5.91 6.00 8.60 6.38 8.03 8.41 Sumber :Hasil Analisis, 2009 Dari Tabel 6 dapat dilihat dengan banyaknya bahan pencampur efisiensi filter semakin kecil hal ini dikarenakan semakin banyak bahan pencampur yang ditambahkan dalam filter maka nilai porositas dan permeabilitasnya semakin besar juga sehingga kelolosan air juga semakin besar dan ini mempengaruhi kualitas air hasil filtrasi. Dari semua variasi bahan pencampur tembikar nilai penurunan pada head sedikit lebih tinggi daripada head. Input head yang semakin tinggi menjadikan persentase removalnya juga semakin besar. Dengan kata lain, persentase removal menjadi naik disebabkan input head semakin tinggi sehingga menghasilkan output yang semakin tinggi pula. penurunan tertinggi terjadi pada filter dengan campuran arang 5% pada head dengan nilai penurunan sebesar 75,39% dan konsentrasi zat organik adalah 5,91 mg/l. Karena permanganat value tidak ada dalam KEPMENKES RI No 907/MENKES/SK/VII/2002 maka penelitian ini hanyauntuk mengetahui kemampuan filter tembikar untuk menurunkan konsentrasi zat organik. 9
Hasil terbaik dari masing masing variasi filter dibandingkan satu dengan yang lainnya sehingga dapat diketahui filter yang terabaik yang mampu meremoval pencemar yang ada dalam air. Efisiensi filter terbaik pada jam ke-6 untuk analisis Besi dan Mangan dapat dilihat pada Tabel 7 dantabel 8 Tabel 7 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter Besi Parameter Besi 5% 15% 25% Penurunan (%) 99.50 99.20 99.15 99.30 99.23 99.16 Konsentrasi (mg/l) 0.02 0.04 0.05 0.03 0.04 0.05 Sumber :Hasil Analisis, 2009 Tabel 8 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter Mangan Parameter Mangan 5% 15% 25% Penurunan (%) 95.65 89.47 88.56 83.07 81.24 75.97 Konsentrasi (mg/l) 0.09 0.23 0.25 0.37 0.41 0.53 Sumber :Hasil Analisis, 2009 Dari Gambar tersebut juga dapat dilihat dengan banyaknya bahan pencampur efisiensi filter semakin kecil hal ini dikarenakan semakin banyak bahan pencampur yang ditambahkan dalam filter maka nilai porositas dan permeabilitasnya semakin besar juga sehingga kelolosan air juga semakin besar dan ini mempengaruhi kualitas air hasil filtrasi. Dari semua variasi bahan pencampur 10
tembikar nilai penurunan pada head sedikit lebih tinggi daripada head. Input head yang semakin tinggi menjadikan persentase removalnya juga semakin besar. Dengan kata lain, persentase removal menjadi naik disebabkan input head semakin tinggi sehingga menghasilkan output yang semakin tinggi pula. Dalam proses mikrofiltrasi head juga berpengaruh terhadap proses filtrasi dan syarat variasi head adalah 1 m sampai dengan 30 m. Dan nilai konsentrasi akhir Besi dan mangan ini sudah memenuhi standar maksimum nilai Besi dan mangan dalam KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu maksimum 0,3 mg/l dan 0,1 mg/l. Hasil terbaik dari masing masing variasi filter dibandingkan satu dengan yang lainnya sehingga dapat diketahui filter yang terabaik yang mampu meremoval pencemar yang ada dalam air. Efisiensi filter terbaik pada jam ke-48 dapat dilihat pada Tabel 9 Tabel 9 Penurunan Filter tembikar terhadap parameter Bakteri Coliform Parameter Bakteri Coliform 5% 15% 25% Penurunan (%) 100 100 100 100 99.87 99.87 Konsentrasi 0 0 0 0 2 2 Sumber :Hasil Analisis, 2009 Filter tembikar dapat meningkatkan kualitas air tanah untuk parameter bakteri Coliform dan sudah memenuhi batas maksimum nilai bakteri Coliform pada KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 yaitu negatif.kecuali untuk filter tembikar dengan campuran 25%. 11
Kesimpulan 1. Reaktor filter tembikar dengan campuran arang telah terbukti mampu meningkatkan kualitas air tanah dangkal sesuai dengan KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002. 2. Hasil penyaringan menggunakan filter tembikar arang telah memenuhi parameter penelitian dan KEPMENKES RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002. Akan tetapi jenis filter tembikar dengan campuran 5% dan pada head lebih efektif. Hal ini dikarenakan hasil filtrasi yang dihasilkan lebih baik dibandingkan dengan jenis tembikar yang lain. Daftar Pustaka Al- Layla, M. A., S. Ahmad, S. J. Middle brooks. 1977. Water Supply Engineering Design. 2 nd edition. Ann Arbor Science. Michigan: USA. Alaerts, G.1984. Metodologi Penelitian Air.Usaha Nasional, Surabaya. Hanafiah, K.2004.Rancangan Percobaan :Teori dan Aplikasi.PT. Radja Grafindo Persada Hartomo dan Widiatmoko. 1994. Teknologi Membran. Andi Offset. Yogyakarta. Huismann, L., dan W. E. Wood. 1974. Rapid Sand Filter. WHO. Genewa. Keputusan Menteri Kesehatan RI No.907/MENKES/VII/2002 Tanggal 29 Juli 2002. Kiuk,J.I. 2008. Penyediaan Air Bersih di Wilayah Pesisir Dengan Menggunakan Filter Tembikar Studi Kasus Pantai Kenjeran Surabaya. Laporan Tugas Akhir (S1). Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP ITS Surabaya. Linsley, R K. Dan Joseph B. F, (1994) Teknik Sumber Daya Air. Diterjemahkan oleh: Djoko Sasongko. Erlangga. Jakarta Trihadiningrum, Y.1995. Buku Pegangan Kuliah.Mikrobiologi Lingkungan.Jurusan Teknik Lingkungan. Surabaya. Widarto L. 1995. Teknologi Tepat Guna Membuat Gerabah. Penerbit Kanisius. Yogyakarta. 12