SIDANG TUGAS AKHIR Oleh : Ichda Maulidya 3305 100 007 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, M.Sc Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010 1
LATAR BELAKANG Kali Surabaya sebagai bahan baku air minum Tercemar oleh limbah industri, domestik, dan pertanian Penurunan kualitas air Kali Surabaya Optimisasi pengelolaan kualitas air Kali Surabaya 2
PERUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya pada segmen Gunungsari-Jagir apabila dikaitkan dengan beban pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya agar dapat digunakan sebagai bahan baku air minum? 2. Bagaimana meminimisasi konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya segmen Gunungsari Jagir dengan metode linear programming? 3
RUANG LINGKUP 1. Penelitian : skala laboratorium di Lab. TL ITS 2. Sampel : air Kali Surabaya 3. Obyek penelitian : segmen Gunungsari Jagir 4. Parameter : DO, BOD, COD, dan TSS 5. Variabel : debit dan kualitas air sungai, serta konsentrasi pencemar. 6. Metode : linear programming 7. Data yang digunakan: data primer dan sekunder 4
Gambar 1 Obyek Penelitian di Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir No Lokasi 1 Jembatan Cangu 2 Jembatan Perning 3 Jembatan Jrebeng 4 Cangkir Tambangan 5 Bambe Tambangan 6 Karangpilang 7 Jembatan Sepanjang 8 Gunungsari 9 Ngagel/ Jagir 5
TUJUAN PENELITIAN 1. Menganalisis daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya pada segmen Gunungsari-Jagir apabila dikaitkan dengan beban pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya agar dapat digunakan sebagai bahan baku air minum? 2. Meminimisasi konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya segmen Gunungsari Jagir dengan metode linear programming. 6
MANFAAT PENELITIAN 1. Membantu dalam menetapkan beban maksimum limpasan air limbah yang boleh dibuang ke Kali Surabaya. 2. Membantu memperingan kerja Instalasi Air Minum (IPAM) Ngagel untuk mengolah air baku. 7
KUALITAS AIR KALI SURABAYA Tabel 1 Kualitas Air Kali Surabaya Tahun 2009 Parameter DO BOD COD Residu Tersuspensi (TSS) Sumber : Dinas Kominfo Prop. Jatim (2009) Kandungan (mg/l) 4 5 16 120 8
PP NO. 82 TAHUN 2001 Tabel 2 Klasifikasi Mutu Air PARAMETER SATUAN KELAS I II III IV DO mg/l 6 4 3 0 BOD mg/l 2 3 6 12 COD mg/l 10 25 50 100 Residu Tersuspensi (TSS) mg/l 50 50 400 400 Jika air diperuntukkan untuk air minum, maka harus memenuhi kriteria kelas I PP No. 82 Tahun 2001 9
DAYA DUKUNG DAN BEBAN PENCEMARAN Daya dukung (kg/hari) = debit sungai (m 3 /hari) x konsentrasi baku mutu sungai (mg/l) Beban pencemaran = debit (m 3 /hari) dan pencemar (mg/l) 10
Linear Programming Merupakan suatu teknik matematika dalam menentukan alokasi sumber daya untuk mencapai suatu tujuan tertentu. Jadi linear programming berhubungan dengan masalah memaksimumkan atau meminimumkan suatu fungsi linear yang disajikan dalam ketidaksamaan linear (Asri, 1984). Untuk bentuk aljabar, model LP adalah: a 11 x 1 + a 12 x 2 +... + a 1m x n b 1 a 21 x 1 + a 22 x 2 +... + a 2m x n b 2 a m1 x1 + a m2 x 2 +... + a mn x n b m dan x 1 0, x 2 0,..., x n 0 (Mays dan Tung, 1992) 11
Persamaan Streeter-Phelps dan Mass Balance D c t c k r k k d 2 1 log L a log D c k r.t L c a x10 log f f 1 L a 1(f 1) D a k 1 r k 2 k r D 1 a D c 0,418 Dengan D c : defisit oksigen kritis (mg/l) t c : waktu kritis (hari) k 2 : koefisien reaerasi (/hari) k r : koefisien deoksigenasi = k d (/hari) D a : defisit oksigen (Cs Ct) mg/l L a : BOD 5 (mg/l) (Lee dan Lin, 1999) log k 2 k r Co Qr x Cr Qw x Cw Qr Qw dengan C o = konsentrasi konstituen awal pada titik buangan setelah pencampuran (mg/l) Q r = laju alir sungai (m 3 /detik) Cr = konsentrasi konstituen dalam sungai sebelum pencampuran (mg/l) C w = konsentrasi konstituen dalam air limbah (mg/l) (Razif dan Yuniarto, 2004) 12
METODOLOGI PENELITIAN Ide Tugas Akhir Studi Literatur : Kualitas air sungai Kualitas air limbah Metode analisis DO, BOD, COD, dan TSS Daya dukung sungai Linear programming Pengambilan Data Primer : Data kualitas air kali Surabaya (BOD, COD, TSS, dan DO) Data jumlah fasilitas di sepanjang Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir dengan jarak 0,5 km dari tepi sungai. Pengambilan Data Sekunder : Data debit dan kualitas air kali Surabaya (BOD, COD, TSS), dan DO tahun 2004-2008 Data debit dan konsentrasi limbah industri PT Tahu Gunungsari (BOD, COD, dan TSS) tahun 2004-2008 A B 13
METODOLOGI PENELITIAN CONT. A B Persiapan Alat dan Bahan : Peralatan dan reagen analisis DO, BOD, COD, dan TSS Pelaksanaan penelitian Analisis DO, BOD, COD, dan TSS air Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir Analisis Data dan Pembahasan : Analisis kualitas air Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir Analisis daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir Analisis konsentrasi pencemaran yang boleh dibuang ke Kali Surabaya segmen Gunungsari- Jagir dengan metode linear programming Kesimpulan dan Saran Penulisan Laporan 14
Gambar 2 Grafik Sampling DO Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa konsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir pada bulan April Mei 2009 berkisar antara 2-4 mg/l, sedangkan pada bulan November berkisar antara 2 5 mg/l. Gambar 3 Grafik Sampling BOD Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009 Sedangkan konsentrasi BOD pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 11-48 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009, konsentrasi BOD berkisar antara 1-6 mg/l. Berdasarkan hasil analisis tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir tersebut masih di bawah baku mutu DO kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Sedangkan konsentrasi BOD telah melampaui baku mutu BOD kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Dengan demikian, Kali Surabaya tidak layak digunakan sebagai bahan baku air minum. 15
Gambar 4 Grafik Sampling COD Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa konsentrasi konsentrasi COD pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 16-50 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009 konsentrasi COD berkisar antara 11-48 mg/l. Gambar 5 Grafik Sampling TSS Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009 Sedangkan untuk konsentrasi TSS pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 120-240 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009, konsentrasi TSS berkisar antara 500-900 mg/l. Berdasarkan hasil analisis tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi COD dan TSS Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir telah melampaui baku mutu COD dan TSS kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Dengan demikian, Kali Surabaya tidak layak digunakan sebagai bahan baku air minum. 16
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 3 Debit Gunungsari Tahun Debit Gunungsari (m 3 /detik) 2004 (9,58 135,00) 2005 (9,00-141,76) 2006 (11,00 138,77) 2007 (11,00-114,00) 2008 (11,00-146,00) Sumber: PJT I, 2009 Tabel 4 Data Kualitas Air Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir Stasiun T ( C) BOD (mg/l) COD (mg/l) TSS (mg/l) DO (mg/l) Gunungsari 28,70 31,33 1,8-32,4 5,9-60,4 8,0 1.298,0 0,5-4,8 Jagir 29,17 30,53 1,8 22,5 6,8 78,2 8,0 1.746,7 0,8 3,8 Sumber: PJT I, 2009 17
Point Source Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 5 Data Debit Limbah Domestik Kebutuhan Air Bersih (l/hari) Kebutuhan Air Bersih (l/dt) Limbah Domestik (l/dt) Point Source I Karah 533.000 6,17 4,32 Ketintang Barat 290.000 3,36 2,35 Gunungsari 666.233 7,71 5,40 Jumlah 1.489.233 17,24 12,07 Point Source III Pulo Wonokromo 1.016.000 11,76 8,23 Joyoboyo 128.000 1,48 1,04 Ngagel Kebonsari 223.500 2,59 1,81 Jumlah 1.367.500 15,83 11,08 18
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 6 Konsentrasi Pencemar Domestik Point Source Konsentrasi (mg/l) BOD COD TSS Point Source I Karah 555,35 1.110,69 833,02 Ketintang Barat 565,52 1.131,03 848,28 Gunungsari 554,50 1.109,01 831,76 Rata-rata 556,95* 1.113,90* 835,43* Point Source III Pulo Wonokromo 560,74 1.121,48 841,11 Joyoboyo 444,20 888,39 666,29 Ngagel Kebonsari 571,43 1.142,86 857,14 Rata-rata 551,55* 1.103,09* 827,32* Baku mutu* 100-100 Nama Industri PT Tahu Gunungsari Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 Tabel 7 Konsentrasi Pencemar PT Tahu Gunungsari Debit* (m 3 /hari) BOD limbah** (mg/l) COD limbah** (mg/l) TSS limbah** (mg/l) 101,08 (43,0 2.720,7) (62,6 4.592,1) (84,0-848,0) Sumber: * Perum Jasa Tirta I, 2007 dalam Maharani, 2008 ** Hasil Perhitungan, 2009 19
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 8 Beban Pencemar Awal Parameter Beban Pencemar Awal di Sungai (kg/hari) BOD 1.399,68 408.706,56 COD 4.587,84 761.909,76 TSS 6.220,80 16.373.491,20 Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 20
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 9 Beban Pencemar Domestik Point source Point source I Karah Ketintang Barat Gunungsari Point source III Pulo Wonokromo Joyoboyo Ngagel Kebonsari Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 Beban Pencemar (kg/hari) BOD COD TSS 580,81 1.161,63 871,23 528,01 1.056,00 792,00 Nama Industri PT Tahu Gunungsari Debit* (m 3 /hari) Tabel 10 Beban Pencemar Industri Beban Pencemar (kg/hari) BOD** COD** TSS** 101,08 4,35 275,01 6,33 464,17 5,46 85,72 Sumber: * Perum Jasa Tirta I, 2007 dalam Maharani, 2008 ** Hasil Perhitungan, 2009 21
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN C 1 C 3 C 3 C 2 Gunungsari PT Tahu Gunungsari Joyoboyo Ngagel Kebonsari C 1e, Q 1e C 2e, Q 2e C 3e, Q 3e C 3e, Q 3e Q 3 Q 1 Q 2 C 0, Q 0 C 1e, Q 1e C 1e, Q 1e C 3e, Q 3e Karah Ketintang Barat Pulo Wonokromo C 1 C 1 C 3 Point source I Point source II Point source III Gambar 2 Sketsa Pembuangan Limbah di Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir 22
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 11 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar BOD Titik Debit (m 3 Konsentrasi Daya Dukung Beban Pencemar BOD /hari) BOD (mg/l) (kg/hari) (kg/hari) 1 777.600,00-12.614.400,00 1,80-32,40 1.555,20-25.228,80 1.399,68-408.706,56 2 778.642,85-12.615.442,85 2,54-32,44 1.557,29-25.230,89 1.977,75-409.244,97 3 778.743,93-12.615.543,93 2,55-32,46 1.557,49-25.231,09 1.985,80-409.500,56 4 779.701,24-12.616.501,24 3,22-32,50 1.559,40-25.233,00 2.510,64-410.036,29 Tabel 12 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar COD Titik Debit (m 3 /hari) Konsentrasi COD (mg/l) Daya Dukung (kg/hari) Beban Pencemar COD (kg/hari) 1 777.600,00-12.614.400,00 5,90-60,40 7.776,00-126.144,00 4.587,84-761.909,76 2 778.642,85-12.615.442,85 7,38-60,49 7.786,43-126.154,43 5.746,38-763.108,14 3 778.743,93-12.615.543,93 7,39-60,53 7.787,44-126.155,44 5.754,91-763.618,87 4 779.701,24-12.616.501,24 8,74-60,61 7.797,01-126.165,01 6.814,59-764.686,14 Tabel 13 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar TSS Titik Debit (m 3 /hari) Konsentrasi TSS (mg/l) Daya Dukung (kg/hari) Beban Pencemar TSS (kg/hari) 1 777.600,00-12.614.400,00 8,00-1.298,00 38.880,00-630.720,00 6.220,80-16.373.491,20 2 778.642,85-12.615.442,85 9,11-1.297,96 38.932,14-630.772,14 7.093,44-16.374.340,20 3 778.743,93-12.615.543,93 9,12-1.297,96 38.937,20-630.777,20 7.102,14-16.374.471,40 4 779.701,24-12.616.501,24 10,12-1.297,92 38.985,06-630.825,06 7.890,58-16.375.209,29 23
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tujuan: Meminimumkan: Z = C 1e + C 2e +C 3e Kendala: Kualitas air Kali Surabaya (BOD, COD, TSS, dan DO) (Q 0 x C 0 ) (Q 1e Q 1 x C 1 ) BM sungai (Q 0 x C 0 ) (Q 1e x C 1 ) (Q 2e Q 2 x C 2 ) BM sungai (Q 0 x C 0 ) (Q 1e x C 1 ) Q 3 (Q 2e x C 2 ) (Q 3e x C 3 ) BM sungai 24
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 14 Konsentrasi BOD yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I Konsentrasi BOD yang Boleh Konsentrasi BOD Dibuang (mg/l) Point Source Semula Saat Debit Sungai Saat Debit Sungai (mg/l) Minimum Maksimum Karah, Ketintang Barat, Gunungsari 556,95 0 30.849,42 PT Tahu Gunungsari 43,00-2.720,70 0 4,35 Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari 551,55 0 4,35 Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 Tabel 15 Konsentrasi COD yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I Point Source Konsentrasi COD Semula (mg/l) Konsentrasi COD yang Boleh Dibuang (mg/l) Saat Debit Sungai Minimum Saat Debit Sungai Maksimum Karah, Ketintang Barat, Gunungsari 1.113,90 0 49.604,03 PT Tahu Gunungsari 62,60-4.592,10 0 10,05 Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari 1.103,09 0 10,00 Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 25
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 16 Konsentrasi TSS yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I Point Source Konsentrasi TSS Semula (mg/l) Konsentrasi TSS yang Boleh Dibuang (mg/l) Saat Debit Sungai Minimum Saat Debit Sungai Maksimum Karah, Ketintang Barat, Gunungsari 835,43 0 508.086,45 PT Tahu Gunungsari 84,00-848,00 0 50,04 Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari 827,32 0 50,00 Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 26
KESIMPULAN 1. Daya dukung Kali Surabaya segmen Gunungsari- Jagir telah terlampaui pada saat beban pencemar maksimum. Namun pada saat beban pencemar minimum, daya dukung sungai terhadap beban pencemar BOD masih dapat menampung hingga 155,52 kg/hari, COD hingga 3.188,16 kg/hari, dan TSS hingga 32.659,20 kg/hari. Sedangkan daya tampungnya juga terlampaui karena defisit oksigen yang terjadi setelah percampuran point source I, II, dan III melebihi defisit oksigen yang diperbolehkan (1,62 mg/l). 27
KESIMPULAN CONT. 2. Konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabayasegmen Gunungsari-Jagir perlu diminimisasi dengan rincian sebagai berikut: a) Untuk point source I Konsentrasi BOD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. b) Untuk point source II Konsentrasi BOD ada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 4,35 mg/l. Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 10,05 mg/l. Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 50,04 mg/l. c)untuk Point source III Konsentrasi BOD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 4,35 mg/l. Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 10,00 mg/l. Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 50,00 mg/l. 28
SARAN 1. Disarankan untuk menganalisis semua pencemar, baik domestik, industri, maupun pertanian. 2. Disarankan untuk mengolah seluruh beban pencemar di sepanjang Kali Surabaya sebelum dibuang ke Kali Surabaya agar sesuai dengan daya dukungnya. 3. Disarankan untuk menganalisis konsentrasi pencemar yang boleh dibuang ke semua kelas sungai, baik I, II, III, dan IV. 29
30