22 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Persiapan Penelitian Saringan kasar (Horizontal Roughing Filter - HRF) merupakan pengolahan pendahuluan untuk menurunkan kekeruhan atau memisahkan padatan dalam jumlah besar serta pencemaran kimia zat organik, dengan cara mengalirkan air baku (air sungai) melewati bak filter, menerobos melalui media yang kasar berporos seperti kerikil dengan diameter yang berbeda-beda, dimulai bak bagian muka menggunakan kerikil dengan diameter 30 20 mm, pada bak berikutnya menggunakan kerikil dengan diameter 20 15 mm, kemudian diameter 15 10mm, diameter10-5 mm dan di bak terakhir memakai krikil ukuran diameter 5-2 mm, seperti gambar: Penelitian ini menggunakan RF dengan aliran horizontal (HF) seperti gambar dimensi dibawah : Gambar 15 Dimensi Penampang Basah Bangunan Filtrasi HRF Penjelasan simbol : - - - - Urutan bak filter ke 1 sampai ke 5 Titik pengambilan sampel uji melalui kran penguji Kran penguji Kedalaman media filter (cm) Panjang dasar bak filter (cm)
23 Hukum Darcy adalah hubungan umum untuk aliran dalam media berpori. Ini menu njukkan laju aliran volumetrik adalah fungsi dari luas daerah aliran, ketinggian, tekanan fluida dan proporsionalitas konstan. Ini dapat dinyatakan dalam berbagai bentuk tergantung pada kondisi aliran dengan rumusan bentuk umum (Ardiansyah, et.al, 2004) ;.. (6) Perumusan untuk penghitungan tiap-tiap kompartemen; kompartemen-1 (K1); kompatemen-2 (K2) dan seterusnya:..... (7)....(8)..(9)......(10).......(11) Pelaksanaan Penelitian Pada pelaksanaan penelitian dimulai penyiapan media krikil dengan melakukan pemilahan-pemilahan besaran ukuran krikil sesuai dengan peruntukan pada pengisian dimasing-masing bak dengan cara penyaringan. Melakukan uji coba aliran untuk mengecek aliran air terjadi pada lubang-lubang filtrat yang terukur diameternya dan tidak mengalir melalui celah-celah dinding yang besarannya tidak terukur, dilanjutkan uji coba pengambilan sampel uji dari bakbak hasil fitrat untuk memperkirakan hasil proses yang mungkin dicapai, pengamatan laju aliran tiap bak dilakukan untuk mengetahui kebutuhan waktu aliran air disetiap bak dari saat masuk sampai keluar melalui lubang-lubang tersedia disetiap sekat dinding media. Pengamatan laju aliran dilakukan sampai mencapai aliran yang stabil, dilanjut terus sepanjang penelitian, analisis kebutuhan waktu proses, kecepatan alir pada setiap bak filter setiap waktu pengambilan sampel uji, konduktivitas hidrolika, berapa penurunan turbidity dan organik sebelum dan sesudah proses filtrasi, dengan melakukan rangkaian pelaksanaan. Penyiapan Media Krikil Penyiapan media krikil di Bak 1 diameter 30 20 mm, Bak 2 diameter 20 15 mm, Bak 3 diameter 15 10 mm, Bak 4 diameter 10-5 mm dan di bak terakhir memakai krikil diameter 5-2 mm, selanjutnya dilakukan pengaliran air baku. Pengamatan dan sampling dimulai setelah aliran filtrat dari bak filter ke 1 men
24 capai ketinggian 10 cm, yang ditunjukan ditunjukan oleh alat ukur skala centimeter (penggaris) yang dipasang disetiap dinding bak tampungan air filtrat. Dalam bahasan ini ditunjukan hasil olah data dalam bentuk kurva laju aliran air fitrat. Data konduktivitas hidraulika, kemampuan penurunan turbidity dan penurunan kandungan organik didapat dari hasil uji analisa air filtrat ditunjukan dengan kurva. Gambar 16 Penyiapan krikil media filter HRF Untuk melaksanakan penelitian menyiapkan susunan atau komposisi media filter dengan ukuran yang berbeda, mulai dari bagian bak depan atau bak masukkan berukuan besar terus ke bagian keluaran semakin berukuran kecil seperti pada gambar 17. Gambar 17 Susunan krikil media filter HRF
25 Mekanisme filtrasi lebih lanjut yaitu penahanan padatan tersuspensi oleh HRF, prosesnya agak kompleks mencakup sedimentasi, adsorpsi dan biologi serta kegiatan biokimia. Pada dasarnya, seperti yang diilustrasikan pada gambar, solid partikel harus diangkut kepermukaan dan tetap melekat pada permukaan media yang sebelumnya mungkin diubah oleh proses biologi dan biokimia, terakhir yang penting untuk menghilangkankotoran yang larut (Sandec - SKAT, 1996). Dari serangkaian penelitian yang telah dilaksanakan mendapatkan data, dan dari olah data memberikan gambaran hasil kinerja dari alat bangunan pengolahan air HRF tersebut. Dalam bahasan ini menunjukan data konduktivitas hidrolika, debit aliran, kemampuan penurunan turbiditas dan penurunan kandungan organik. Uji Coba Aliran Uji coba aliran dimaksudkan sebagai kegiatan awal dari serangkaian uji penelitian alat/bangunan HRFtersebut, untuk mengecek aliran air filtrat supaya mengalir dari lubang-lubang yang ada disekat pembatas media krikil disetiap bak, mungkin aliran air filtrat itu mengalir juga dibagian pinggir sekat, hal ini tentu tidak dikehendaki dan mengharuskan untuk memperbaikinya sampai kondisi aliran sudah yakin mengalir dari lubang-lubang yang ada disekat media yang ada disetiap bak media. Uji Coba Pengambilan Sampel Uji Uji coba pengambilan sampel dilakukan setelah aliran air mengalir melalui lubang yang berada di sekat pembatas media krikil, kemudian mengatur besaran aliran masuk dengan mengukur debit aliran dengan gelas ukur sampai mendapatkan besaran yang maksimal, seperti gambar dibawah diukur debit masuk dan debit keluar. Gambar 18 Mengukur debit aliran masuk dan keluar
26 Pengambilan sampel uji pada penelitian dilakukan dengan cara membuka krankran uji/pembuang yang berada disetiap bak filtrat media krikil seperti pada gambar dibawah, mulai dari kran keluaran ke 6 atau terakhir kemudian kran 5, kran 4 dan terus sampai kran masuk. Pengambilan sampel uji dilakukan sesuai perencanaan pengambilan sampel uji dengan interval waktu pengambilan hari pertama setiap 2(dua) jam diambil sampel, hari kedua dan ketiga interval waktu 4 (empat) jam dan hari keempat dan kelima interval waktu pengambilan setiap 24 jam sekali yang semuanya dilakukan pengambilan dari kran-kran uji pada bak. Gambar 19 Pengambilan sampel uji dari kran keluaran Pengamatan Laju Air Fitrat Tiap Bak Melakukan pengamatan laju aliran air baku dan laju air fitrat di setiap bak, pengamatan dan pencatatan laju aliran air filtrat yang keluar dari media filter bak ke 1, bak ke 2 dan seterusnya sampai ke bak terakhir dicatat saat permukaan air filtrat di bak ke 1 mencapai ketinggian 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, dan 30 cm. Data diolah dan menjadi suatu kurva seperti terlihat pada gambar 20 (Laju aliran air filtrat pada setiap bak HRF). Pada bak 1 pencapaian ketinggian air filtrat 10 cm dicapai pada menit ke 12 jadi membutuhkan waktu selama 12 menit, pada saat yang sama dilakukan pengamatan tinggi permukaan air filtrat di bak 2, bak 3, bak 4, dan bak 5 terlihat ada perbedaan ketinggian permukaan yang semakin menurun. Disaat air filtrat di bak 1 mencapai ketinggian 15 cm dibutuhkan waktu selama 22 menit, pada menit ke 28 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 20 cm kemudian di menit ke 35 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 25 cm, di menit ke 42 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 30 cm, air filtrat mulai masuk ke bagian keluaran (outlet) setelah mencapai waktu 53 menit. Aliran air terus berjalankan sampai tercapai aliran yang stabil pada ketinggian permukaan 32 cm dan dilanjutkan ke pengambilan sampel air filtrat untuk uji analisa.
27 Gambar 20 Laju aliran air filtrat HRF Kestabilan laju aliran air diperlihatkan (alat ukur yang dipasang disetiap dinding bagian bak filtrat berupa skala sentimeter) oleh tingginya permukaan air filtrat disetiap bak. Pada bak 1 tinggi permukaan keluaran air filtrat dijaga di ketinggian 32 cm. Hasil kurva dibawah menunjukan data dari tinggi permukaan air filtrat disetiap bak filtrat terbaca dialat penunjuk skala sentimeter. Gambar 21 Alat ukur tinggi permukaan filtrat Data uji petik untuk kurva dibawah memakai data pengoperasian HRF selama 84 jam pertama yaitu pengambilan pertama (t=1,0 h) setelah operasi 24 jam (dari jam 9-21-9), pengambilan kedua (t=1,8 h) setelah operasi 60 jam (dari
28 jam 9-21-9-21) dan pengambilan ketiga (t=2,0 h) setelah operasi 84 jam (dari jam 21-9-21). Pada gambar kurva hubungan tinggi muka air filtrat dengan panjang filter, tinggi muka air di bak secara keseluruhan dari bak 1 sampai ke bak 5 terlihat garis menurun, hanya tinggi permukaan air filtrat di bak 1 dan bak 2 sama mendatar. Gambar 22 Hubungan muka air filtrat dengan panjang filter Konduktivitas Hidrolik Konduktivitas hidrolik merupakan besaran aliran air yang melewati media pori ( tanah, krikil atau batu yang pecah), ditunjukan dalam unit kecepatan (cm/det). Hasil yang spesifikmerupakan pengeringan volume air pori, ditunjukkan per unit dari keseluruhan volume. Konduktivitas hidrolik tidak selamanya tetap, artinya dalam berbagai proses (kimia, fisika dan biologi) konduktivitas hidrolik dapat berubah karena faktor masuk dan mengalirnya air tanah. Misalnya ketika air memasuki tanah mempunyai komposisi atau konsentrasi zat terlarut yang berbeda dengan larutan awal dan dapat merubah konduktivitas hidrolik. Hal ini disebabkan oleh penomena pengembangan dan dispersi yang juga dipengaruhui oleh jeni jenis kation (pada pelepasan dan perpindahan partikelpartikel lempung). Selama aliran yang lama, bisa menghasilkan penyumbatan pori. Interaksi zat terlarut dan matrik tanah dan pengaruhnya terhadap konduktivitas hidrolik khususnya penting pada tanah-tanah masam dan berkadar natrium tinggi (Anonim, 2010). Sedangkan permeabilitas digunakan sebagai persamaan untuk Ks (keterhantaran hidrolik jenuh). Hukum Darcy menunjukkan bahwa kecepatan aliran (flux) adalah sama dengan Ks hanya jika gradien hidrolik sama dengan1. Sehingga menyebabkan nilai kecepatan aliran tidak sama.
29 (Anonim, 2007). Dari hasil olah data pada kurva gambar 23 menunjukan rerata nilai konduktivitas hidrolika sebesar 31,7 cm/det, artinya pergerakan aliran air filter sebesar 31,7 cm/det. Gambar 23 Kurva Konduktivitas hidrolika Kapasitas Debit Aliran Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam suatu tempat tiap satu satuan waktu. Debit aliran adalah laju aliran air yang melewati suatu penampang melintang persatuan waktu. Gambar 24 Debit aliran
30 Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa banyak air yang mengalir dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik. Pengukuran dilakukan dengan cara mengukur/ menampung air pakai gelas ukur, butuh waktu berapa detik untuk mengisi 1(satu) liter air, ini dilakukan pada unit inlet dan outlet atau pada sebelum dan sesudah fitrasi. Dari olah data uji yang dilakukan selama 36 jam pengoperasian, pada gambar 24 hasil rerata data olah filter menunjukan debit aliran filter (Q.out) sebesar 53 cm 3 /det. Penurunan Kandungan Turbidity Turbidity atau kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan anorganik dan organik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang dihasilkan oleh buangan industri yang sangat menggangu proses pengolahan air. Oleh karena itu pengendalian kekeruhan air akan sangat dibutuhkan dalam proses pengolahan air, agar air tersebut layak digunakan untuk proses selanjutnya. Definisi yang sangat mudah adalah kekeruhan merupakan banyaknya zat yang tersuspensi pada suatu perairan. Hal ini menyebabkan hamburan dan absorbsi cahaya yang datang sehingga kekeruhan menyebabkan terhalangnya cahaya yang menembus air. Air baku untuk melakukan uji HRF memakai air sungai tarum barat, aliran air dinilai stabil tidak terjadi hujan. Gambar 25 Sampel uji Dari pengamatan selama penelitian mempunyai kecenderungan kandungan turbidity yang relatif rendah sehingga pemanfaatan HRF mempunyai rentang operasi yang cukup lama, kondisi kekeruhan yang tinggi terjadi pada saat penghujan atau terjadi turun hujan yang lama. Pengolahan data pengamatan effisiensi penurunan turbidity mencapai nilai kisaran 51 %, tergambar dalam kurva dibawah
31 Gambar 26 Kegiatan pemeriksaan turbidity Gambar 27 Penghilangan turbidity Dalam kurva turbidity pada gambar 27 menunjukan penghilangan kandungan turbidity di setiap bak filtrat sangat berarti, fenomena ini menunjukan kinerja HRF sangat baik. Efisiensi pengolahan rata-rata mecapai lebih dari separuh kandungan turbidity air awal atau air baku yang dialirkan. Pada gambar 28 kurva turbidity relatif dimaksudkan untuk menunjukan nilai antara kandungan turbidity yang tinggi, menengah dan rendah. Hasil proses
32 filtrasi menunjukan penurunan atau penghilangan kandung turbidity bisa mencapai 51 %, perbandingan air masuk dan air keluar. Gambar 28 Penghilangan turbidity Penurunan Kandungan Zat Organik Zat organik adalah zat yang pada umumnya merupakan limbah atau buangan dari berbagai aktifitas manusia seperti rumah tangga, industri, pemukiman, peternakan, pertanian dan perikanan yang berupa bahan organik; yang biasanya tersusun oleh karbon. Gambar 29 Kegiatan pemeriksaan kandungan zat organik Kandungan zat organik yang berlebihan dalam air minum tidak diperboleh kan karena selain menimbulkan warna, bau dan rasa yang tidak diinginkan, juga
33 mungkin bersifat toksik baik secara langsung maupun setelah bersenyawa dengan zat lain yang ada. HRF pada penelitian ini dapat menurunkan kandungan organik sekitar 79 % (gambar 31). Gambar 30 Penghilangan zat organik Gambar 31 Penghilangan zat organik relatif Pada gambar kurva menunjukan penurunan kandungan zat organik air filtrat hasil setiap bak filtrat, hal ini juga menunjukan kemampuan kinerja HRF. Efisiensi pengolahan rata-rata mencapai lebih dari separuh memangkas kandungan organik air awal atau air baku yang dialirkan berbanding dengan
34 kandungan organik air filtrat akhir. Pada kurva kandungan organik relatif dimaksudkan untuk menunjukan nilai antara kandungan turbidity yang tinggi, menengah dan rendah. Hasil proses filtrasi menunjukan penurunan atau penghilangan kandung organik sekitar 79 %, ini berarti HRF dapat memperbaiki atau meningkatkan kualitas air untuk proses pengolahan selanjutnya. Spesifikasi dan Kinerja Bangunan Horizontal Roughing Filter Dari data hasil penelitian diatas penulis dapat menyusun spesifikasi dan kinerja dari Bangunan Horizontal Rouhing Filter tersebut, digambarkan dalam bentuk tabulasi tabel 4 dibawah. Pada bangunan HRF terdapat 5(lima) bak media filter yang diisi dengan 5(lima) jenis ukuran krikil yakni dari bak-1 sampai dengan bak-5 ((30< - <20 mm, 20< - <15 mm, 15< - <10 mm, 10< - <5mm, 5< - <2 mm), dimensi penampang basah yaitu ukuran tiap bak yang dijadikan penelitian ada 5 bak (panjang 50 cm, lebar 44 cm, kedalaman 32 cm), konduktivitas hidrolika 31,7 cm/det, debit (Qout) 53 cm 3 /det atau 4,5 m 3 /hari, kemampuan penghilangkan turbidity/kekeruhan sampai 51 % perbandingan kandungan partikel air masuk dan keluaran, zat organik yang menjadi parameter uji analisis selain turbidity mampu menghilangkan pencemar organik sebesar 79% mg/ltr KMnO 4 perbandingan kandungan organik air masuk dan keluaran. Hasil dari kinerja bangunan HRF ini dapat dipertimbangkan hasil olahnya untuk berkelanjutan dimanfaatkan Tabel 8 Spesifikasi dan kinerja Bangunan Horizontal Roughing Filter Persen Parameter Satuan Nilai/ukuran penghilangan Penampang Basah: panjang cm 50 lebar cm 44 tinggi cm 32 Media filter (krikil): Bak 1 cm 30< - <20 Bak 2 cm 20< - <15 Bak 3 cm 15< - <10 Bak 4 cm 10< - <5 Bak 5 cm 5< - <2 Konduktivitas hidrolika: cm/det 31,7 Debit (Qout) cm 3 /det 53 Turbidity NTU inlet-outlet 51% Zat Organik mg/ltr KMnO 4 inlet-outlet 79%
35 Pemanfaatan Hasil Olah Horizontal Roughing Filter Berdasarkan pada Peraturan Menteri Dalam Negeri Nomor 23 Tahun 2006 tentang Pedoman Teknis dan Tata Cara Pengaturan Tarif Air Minum pada Perusahaan Daerah Air Minum Bab I ketentuan umum Pasal 1 ayat 8 menyatakan bahwa: Standar Kebutuhan Pokok Air Minum adalah kebutuhan air sebesar 10 meter kubik/kepala keluarga/bulan atau 60 liter/orang/hari, atau sebesar satuan volume lainnya yang ditetapkan Iebih lanjut oleh Menteri yang menyelenggarakan urusan pemerintahan di bidang sumber daya air. Untuk kebutuhan tubuh manusia air yang diperlukan adalah 2,5 lt perhari. Standar kebutuhan air pada manusia biasanya mengikuti rumus 30 cc per kilo gram berat badan per hari. Artinya, jika seseorang dengan berat badan 60 kg, maka kebutuhan air tiap harinya sebanyak 1.800 cc atau 1,8 liter. Badan dunia UNESCO sendiri pada tahun 2002 telah menetapkan hak dasar manusia atas air yaitu sebesar 60 ltr/org/hari. Direktorat Jenderal Cipta Karya Departemen Pekerjaan Umum membagi lagi standar kebutuhan air minum tersebut berdasarkan lokasi wilayah sebagai berikut: a. Pedesaan dengan kebutuhan 60 liter / per kapita / hari. b. Kota Kecil dengan kebutuhan 90 liter / per kapita / hari. c. Kota Sedang dengan kebutuhan 110 liter / per kapita / hari. d. Kota Besar dengan kebutuhan 130 liter / per kapita / hari. e. Kota Metropolitan dengan kebutuhan 150 liter / per kapita / hari Apabila hasil kinerja bangunan horizontal roughing filter (HRF) tersebut dimanfaatkan di suatu lokasi wilayah misalkan di pedesaan dengan kebutuhan 60 liter / per kapita / hari, maka HRF tersebut dapat melayani: - Q out atau kapasitas produksi = 53 cm 3 /detik - Standar Pedesaan dengan kebutuhan 60 liter/per kapita/hari Jadi kapasitas produksi = 53 cm 3 /detik, berarti 0,053 liter/detik atau 1 hari = 24 jam 0,053 x 60 x 60 x 24 = 4579,2 liter/hari atau 4579,2 liter/hari : 60 liter/per kapita/hari = 76,32 dibulatkan 76 kapita (76 orang) apabila dalam satu keluarga 5 orang jiwa (ayah,ibu dan 3 anak): maka 76 orang : 5 orang / keluarga = 15 keluarga. Kesimpulannya hasil kinerja dari HRF tersebut dapat melayani sebanyak 15 keluarga.