BAB 3 METODOLOGI 3.1 Penelitian Secara Umum Dalam bab ini menjelaskan cara penelitian yang dilakukan untuk menaikkan kualitas air hujan dengan batu kapur, baru kapur yang dipanaskan 400 C, karbon aktif dan zeolit. Metodologi penelitian dapat dibagi dalam pengambilan sampel air hujan, studi penggabungan air hujan dengan material agregat dan studi kolom. Untuk segmen pertama, air hujan dikumpulkan dengan wadah ember yang berdiameter 60 cm dan berkapasitas 40 liter. Wadah dibersihkan terlebih dahulu untuk menghilangkan kotoran atau sisa debu. Wadah tersebut ditaruh di atas atap gedung di bagian yang tidak terhalang apapun, agar air hujan yang tertampung langsung masuk ke wadah tanpa terkena benda yang dapat mempengaruhi kualitas sampel. Gedung tersebut berlokasi di Jalan Komplek Sandang D9, Kemanggisan, Jakarta Barat. Air hujan ditampung dalam wadah dan dikumpulkan secara teratur, biasanya sehari setelah hujan yang deras. Sampel air hujan yang sudah ditampung dimasukkan dalam jerigen berkapasitas 20 liter dan disimpan di tempat dengan suhu ruang normal. Periode pengambilan sampel dimulai pada bulan Maret 2014 sampai dengan bulan Juni 2014. Zeolit, batu kapur dan karbon aktif yang disaring, dikeringkan dalam oven pada suhu 115 C sebagai media peningkatan kualitas air hujan dari penelitian ini. Total terdapat tujuh jerigen berisi sampel air hujan yang berhasil dikumpulkan. Dari masing-masing empat buah jerigen berkapasitas 20 liter, diambil 18 liter air hujan untuk 90 botol berkapasitas masing-masing 200 ml. Sehingga total dari empat buah jerigen tersebut didapat sebanyak 360 botol sampel air hujan. 90 dimasukkan zeolit, 90 dimasukkan karbon aktif, 90 dimasukkan batu kapur murni dan 90 dimasukkan batu kapur 400 C. Dari 360 botol tersebut pembagian masing-masing material zeolit, karbon aktif, batu kapur murni dan batu kapur 400 C untuk lebih jelasnya ditunjukkan dalam skema pada Gambar 3.1, Gambar 3.2, Gambar 3.3 dan Gambar 3.4. Di segmen berikutnya parameter operasional dan karakteristik dari percobaan kolom pertama ditentukan. Kolom yang digunakan diisi dengan kapas 4 lapis untuk penyaringan. Kepentingan yang utama dari penelitian ini adalah untuk
membandingkan kualitas air hujan sebelum dan setelah disaring. Pada akhir penelitian kolom ini, laju aliran yang paling efektif dan set terbaik dari media penyaringan diidentifikasi. Air yang digunakan dalam percobaan kolom diambil dari tiga buah jerigen yang tersisa. Zeolit dimasukkan ke dalam 90 botol air hujan @ 200 ml Ukuran lolos No.4 tertahan No.8 Ukuran lolos No.8 tertahan No.10 Ukuran lolos No.10 tertahan No.16 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 Gambar 3.1 Skema Pembagian Zeolit dalam Sampel Air Hujan
Karbon Aktif dimasukkan ke dalam 90 botol air Ukuran lolos No.4 tertahan No.8 Ukuran lolos No.8 tertahan No.10 Ukuran lolos No.10 tertahan No.16 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 Gambar 3.2 Skema Pembagian Karbon Aktif dalam Sampel Air Hujan
Batu Kapur Murni 90 botol air Ukuran lolos No.4 tertahan No.8 Ukuran lolos No.8 tertahan No.10 Ukuran lolos No.10 tertahan No.16 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 Gambar 3.3 Skema Pembagian Batu Kapur Murni dalam Sampel Air Hujan
Batu Kapur 400 C 90 botol air Ukuran lolos No.4 tertahan No.8 Ukuran lolos No.8 tertahan No.10 Ukuran lolos No.10 tertahan No.16 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 0, 3 gr 1 7 gr 1 10 gr 1 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 20 gr 1 2 30 gr 1 Gambar 3.4 Skema Pembagian Batu Kapur 400 C dalam Sampel Air Hujan
3.2 Diagram Arus Metodologi Gambaran metodologi diringkas dalam diagram alir di bawah ini : MULAI STUDI LITERATUR IDENTIFIKASI PERMASALAHAN PENGUMPULAN AIR HUJAN PENGUMPULAN DATA PEMILIHAN MATERIAL UNTUK PERCOBAAN KOLOM KOMPOSISI TERBAIK UNTUK PERCOBAAN KOLOM URUTAN TERBAIK UNTUK PERCOBAAN KOLOM ANALISIS KANDUNGAN AIR HUJAN SEBELUM DAN SESUDAH PERCOBAAN KOLOM KESIMPULAN DAN REKOMENDASI SELESAI Gambar 3.5 Bagan Alir Pengumpulan Data
3.3 Detail Penelitian 3.3.1 Tempat Penelitian 3.3.1.1 Tempat Pengambilan Sampling Air Hujan Tempat pengambilan sampling air hujan dilakukan di Jl. Sandang Kemanggisan Jakarta Barat. Gambar 3.6 Daerah Pengambilan Sampling Air Hujan (Sumber:Google Maps, diambil pada 1 Juli 2014) 3.3.1.2 Tempat Melakukan Uji Laboratorium Tempat penelitian berlokasi di Badan Tenaga Nulir Nasional, Lebak Bulus.Sedangkan pengambilan sampel air hujan diambil di Jl. U Gedung Kos D9, Palmerah (-6.202067, 106.785149). Gambar 3.7 Lokasi Badan Tenaga Nuklir Nasional (Sumber:Google Maps, diambil pada 1 Juli 2014)
3.3.2 Peralatan yang Digunakan dalam Penelitian 3.3.2.1 Wadah Penampung Air Hujan Wadah yang digunakan berdiameter 60 cm dan dibersihkan terlebih dahulu sebelum dipakai dari debu dan kotoran yang menempel. Wadah tersebut ditempatkan di atas lantai beton atap di bagian yang tidak terhalang apa pun sehingga air hujan dapat langsung tertampung di dalam wadah penampung tanpa terkontaminasi dulu sebelumnya. Setelah mendapatkan sampel yang cukup, air hujan tersebut disimpan ke dalam jerigen. Jerigen terlebih dahulu dibersihkan agar tidak merubah kandungan air hujan. Gambar 3.8 Peletakan Wadah Air Hujan 3.3.2.2 Wadah Penyimpanan Sampel Air Hujan Air hujan ditampung selama penelitian berjalan. Wadah yang digunakan dalam penelitian dibagi menjadi dua, yaitu wadah untuk penampungan air hujan dan wadah untuk penyimpanan sampel air hujan. Digunakan tujuh buah jerigen berkapasitas masing-masing 20 liter untuk menyimpan semua sampel air hujan yang telah ditampung.
Gambar 3.9 Tempat Penyimpanan Sampel Air Hujan 3.3.3 Persiapan Material Agregat Batu kapur, karbon aktif dan zeolit adalah agregat yang dipakai dalam penelitian ini. Setiap material dibagi dalam tiga ukuran, yaitu lolos saringan No. 4 tertahan No.8, lolos No. 8 tertahan No.10 dan lolos No.10 tertahan No.16. Zeolit dicuci lalu direndam dengan menggunakan NaCl selama 24 jam dan dikeringkan dalam oven selama 24 jam dengan suhu 115 C. Karbon aktif dicuci terlebih dahulu menggunakan NaOH selama 24 jam dan dikeringkan bersamaan dengan zeolit di dalam oven. Material batu kapur murni, batu kapur 400, karbon aktif dan zeolit ditunjukkan pada Gambar 3.6. Ketika dilarutkan dalam air, maka NaoH (natrium hidroksida) yang merupakan basa kuat akan terionisasi menjadi ion natrium dan ion hidroksida. Gambar 3.10 Material Agregat
Gambar 3.11 Contoh Pembagian Berat Material Gambar 3.12 NaCl
Gambar 3.13 NaOH Gambar 3.14 Oven Untuk batu kapur yang dipanaskan 400 C menggunakan alat pemanas khusus. Pertama dipanaskan 200 C terlebih dahulu, lalu setelah 15 menit dinaikkan suhunya menjadi 300 C. Lalu setelah 15 menit dinaikkan suhunya menjadi 400 C.
Gambar 3.15 Tempat Pemanasan Material Batu Kapur 400 C 3.4 Langkah-langkah Percobaan 3.4.1 Cara Penelitian Penelitian dilakukan untuk mengetahui dampak dari penggunaan material agregat (batu kapur, zeolit, karbon aktif) yang dicampur dengan air hujan. Setelah dicampur air hujan akan diperiksa nilai ph, konduktivitas dan TDS. Pertama, mengambil sampel air hujan 200 ml sebanyak 30 botol. Setiap tiga botol dimasukkan agregat yang sudah ditimbang sama beratnya. Setelah itu botol dikocok manual menggunakan tangan selama 20 detik. Pengukuran menggunakan water checker dilakukan pada menit ke 15, 30, 45, 60, 75 dan 90. Agregat yang menghasilkan kandungan yang terbaik akan digunakan untuk percobaan kolom. Secara lebih rinci, berikut adalah langkah-langkah penelitian tersebut: Tahap I 1. Pengumpulan air hujan diperoleh 7 jerigen, masing-masing jerigen mempunyai volume 20 liter. 2. Melakukan sieve analysis pada setiap jenis material media filterisiasi (zeolit, karbon aktif, batu kapur murni dan batu kapur 400 C) yang dibagi menjadi 3 ukuran, yaitu material dengan ukuran yang lolos saringan No. 4 tertahan No.8, lolos No. 8 tertahan No.10 dan lolos No.10 tertahan No.16. 3. Kategorikan tiap ukuran menjadi 0,5 gr, 1 gr, 3 gr, 5 gr, 7 gr, 10 gr, 15 gr, 20 gr, 25 gr dan 30 gr.
4. Zeolit dengan variasi ketiga ukuran di rendam menggunakan larutan NaCl 1 N selama 24 jam kemudian dicuci. Karbon Aktif, direndam menggunakan larutan NaOH 1 N selama 48 jam kemudian dicuci. Kemudian keduanya di keringkan menggunakan oven dengan suhu 115 o C selama 24 jam. Batu kapur dipanaskan 400 C menggunakan alat pemanas khusus. 5. 1 jerigen digunakan untuk 1 jenis media material filterisasi. Tahap 2 6. Melakukan penelitian botol dengan cara mencampurkan 200 ml air hujan dengan tiap berat pada poin 2 dan poin 1. Pencampuran dilakukan dengan mengocok botol secara manual dengan tangan selama 20 detik. Pengukuran nilai ph, konduktivitas dan TDS dilakukan saat sebelum dicampur dan setiap 15 menit. Waktu yang digunakan adalah dari menit ke-15, ke-30, ke-45, ke- 60 dan ke-90. 7. Lakukan hal yang sama dua kali seperti pada poin 4, untuk mencari nilai ratarata. 8. Semua sampel air hujan murni yang ada di jerigen dicampur menjadi satu agar ph untuk penelitian kolom terbilang sama. 9. Penelitian kolom menggunakan 4 variasi urutan yang berbeda. Variasi I adalah zeolit, karbon aktif, batu kapur (dari atas ke bawah). Variasi II adalah zeolit, batu kapur, karbon aktif (dari atas ke bawah). Variasi III adalah batu kapur, zeolit, karbon aktif (dari atas ke bawah). Variasi IV adalah campuran dari ketiga material. 10. Air yg digunakan untuk kolom sebanyak 5 liter untuk setiap percobaan. 11. Setiap variasi dibagi menjadi 3 debit yang berbeda, yaitu 25 ml/menit, 50 ml/menit dan 75 ml/menit. 12. Air yang ditampung di gelas ukuran sebanyak 200 ml dan diukur nilai ph, konduktivitas dan TDS. Air ditampung sampai nilai ph sudah terbilang cukup stabil. 13. Hasil yang paling baik akan dilakukan ulang untuk diukur kandungannya di PT Unilab Perdana dan dibandingkan dengan Permenkes.
Gambar 3.16 Botol Penelitian 3.4.2 Pengujian Penyaringan Menggunakan Kolom Uji kolom dibagi menjadi empat variasi yang berbeda untuk mengetahui hasil set variasi yang terbaik. Material zeolit selalu diletakkan diatas karbon aktif, sedangkan batu kapur dirubah urutannya dari paling bawah sampai paling atas. Tabel 3.1 Variasi Uji Kolom beserta Urutan Material No. Variasi I II III IV Urutan Filterisasi (dari atas ke bawah) Zeolit, karbon aktif, batu kapur Zeolit, batu kapur, karbon aktif Batu kapur, zeolit, karbon aktif Campuran dari ketiga material Percobaan kolom uji filterisasi air hujan dilakukan dengan pipa PVC berdiameter 5 inci dengan panjang 1,5 meter dan diberi keran yang diperkuat dengan lem. Debit yang keluar dapat diatur dengan menggunakan keran. Agar kolom dapat berdiri maka digunakan dua penjepit dari besi. Menurut penelitian yang dilakukan oleh Foong Han Yang yang berjudul Enhancement of Rainwater Quality Using Limestone, Zeolite and Activated Carbon Filter for Potable Water (2014) menjelaskan bahwa ada perbedaan nilai ph dan konduktivitas dari perbandingan debit. Maka penulis akan membandingkan nilai ph, konduktivitas dan TDS dengan 3 debit yang berbeda.
Debit yang dipakai dibagi menjadi 3, yaitu : a. 25 ml/menit b. 50 ml/menit c. 75 ml/menit Satu sampel mempunyai volume 200 ml dan langsung diukur menggunakan water checker. Hasil yang didapat akan dibandingkan dengan air hujan yang masih murni agar dapat diketahui perbedaan nilai sebelum dan sesudah percobaan. Sebelum percobaan kolom pipa dicuci terlebih dahulu. Lalu dimasukkan kapas berbentuk persegi sebanyak empat lembar, ditekan menggunakan pipa yang lebih kecil sampai kedasar pipa. Lalu agregat satu persatu pipa. Terakhir adalah memasukkan air hujan dari lubang pipa. Gambar 3.17 Alat Kolom
3.5 Metodologi Pendekatan Eksperimental 3.5.1 Pengukuran ph, konduktivitas dan TDS Nilai ph adalah parameter yang menunjukkan kadar asam dari sebuah larutan air. Nilai ph dimulai dari 0 sampai 14. Skala ph adalah logaritmik, maka kadar asam akan lebih besar 10 kali lipat dimulai dari ph 7 kebawah. Sebaliknya, mulai 7 keatas akan 10 kali lipat lebih basa. Umumnya hujan asam mempunyai kadar ph sebesar 5,6 sampai 5,8 akibat dari pengaruh karbon dioksida (CO₂). Karbon dioksida terbentuk saat karbon dioksida yang terdapat di atmosfer larut dengan hujan. Tidak seperti skala ph pada umumnya, air hujan yang mempunyai nilai ph lebih besar daripada 5,6 sudah termasuk air yang basa. Ujung tabung water checker sampel dan didiamkan sampai nilai ph stabil, kurang lebih sekitar 3 menit. Nilai konduktivitas dan TDS lebih cepat stabil dibandingkan nilai ph. Konduktivitas adalah ukuran suatu konsentrasi dari konstituen yang larut berdasarkan kemampuannya untuk mengalirkan muatan listrik.konduktivitas listrik suatu larutan secara langsung berkaitan dengan konsentrasi kandungan garam yang larut dalam maka berkaitan juga dengan TDS (total dissolved solids).pada umumnya nilai konduktivitas dari air minum berkisar antara 50 sampai 500 µs/cm. Suhu dari sampel dapat mempengaruhi nilai konduktivitas.kenaikan 1 C dapat menaikkan nilai konduktivitas sebesar 2% sampai 3%. Gambar 3.18 Alat Water Checker