STUDI EFEKTIFITAS FILTER PENJERNIH AIR MENGGUNAKAN MEDIA ZEOLITE, KARBON AKTIF DAN PASIR SILIKA UNTUK MENGURANGI KADAR BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DENGAN VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PADA ALAT UJI DAN PENAMBAHAN FILTER KERAMIK JURNAL ILMIAH TEKNIK PENGAIRAN KONSENTRASI KONSERVASI SUMBER DAYA AIR Ditujukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik RIZKI YUDI SATYA UTAMA NIM. 105060400111028-64 UNIVERSITAS BRAWIJAYA FAKULTAS TEKIK JURUSAN TEKNIK PENGAIRAN MALANG 2017
LEMBAR PERSETUJUAN STUDI EFEKTIFITAS FILTER PENJERNIH AIR MENGGUNAKAN MEDIA ZEOLITE, KARBON AKTIF DAN PASIR SILIKA UNTUK MENGURANGI KADAR BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DENGAN VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PADA ALAT UJI DAN PENAMBAHAN FILTER KERAMIK JURNAL ILMIAH TEKNIK PENGAIRAN KONSENTRASI KONSERVASI SUMBER DAYA AIR Ditujukan untuk memenuhi persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik RIZKI YUDI SATYA UTAMA NIM. 105060400111028-64 Telah diperiksa dan disetujui oleh : Pembimbing I Pembimbing II Ir. Moh. Sholichin, MT., Ph.D Dr.Eng. Tri Budi Prayogo, ST., MT NIP. 19670602 1998 02 1 001 NIP. 19720320 199512 1 001
STUDI EFEKTIFITAS FILTER PENJERNIH AIR MENGGUNAKAN MEDIA ZEOLITE, KARBON AKTIF DAN PASIR SILIKA UNTUK MENGURANGI KADAR BESI (Fe) DAN MANGAN (Mn) DENGAN VARIASI SUDUT KEMIRINGAN PADA ALAT UJI DAN PENAMBAHAN FILTER KERAMIK Rizki Yudi Satya Utama 1, Mohammad Sholichin 2, Tri Budi Prayogo 2 1 Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya 2 Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Teknik Pengairan Universitas Brawijaya, Jawa Timur, Indonesia Jalan Mayjen Haryono 167 65145 Indonesia email : saty.rizk@gmail.com ABSTRAK Air merupakan unsur yang sangat penting bagi kehidupan manusia, yang dalam pemenuhannya berbeda-beda, baik dari segi jumlah, periode maupun mutunya, air harus memenuhi standar kesehatan yang baik. Pada penelitian ini menggunakan alat yang didesain berdasarkan literatur dengan ukuran yang dapat memenuhi kebutuhan air bersih untuk kapasitas satu rumah tangga. Alat yang digunakan dalam penelitian instalasi pengolahan air bersih ini berupa tabung filtrasi dibuat dari pipa PVC dengan diameter 6 inci (15,24cm), panjang pipa keseluruhan 100 cm. Media penyaring yang digunakan dalam penelitian yaitu menggunakan Karbon Aktif, Zeolit, Pasir Silika dan Kerikil. Perlakuan terhadap media penyaring yaitu menggunakan kemiringan alat dengan sudut 30 o, 45 o dan 90 ditambahkan pula fiter air dari bahan keramik tanpa merubah posisi penempatan tiga media bahan penyaring. Adapun parameter yang diuji adalah sesuai dengan standart kualitas air bersih menurut Dinas Kesehatan yaitu Bau, TDS, DHL, Suhu, Rasa, Kekeruhan, Amonia, Nitrat, Nitrit, Besi, Mangan, Kesadahan, Klorida, ph, Sisa Klor, dan Bakteri. Dengan hasil diantaranya Besi mengalami penurunan hingga 96%, Mangan mengalami penurunan hingga 84,3% dan Bakteri mengalami penurunan 100% setelah melewati filter keramik. Kata Kunci : penyaringan, penjernih, filtrasi, zeolit, karbon aktif, pasir silika ABSTRACT Water is an a very important element for human life, which in its fulfillment is different, both in terms of quantity, quality or period, water must meet the standards of good health. This research uses material that are designed based on literature with a size that can meet the needs of clean water for the capacity of a single household. material used in the research of clean water treatment installation of a filtration tube made of PVC pipewith a diameter of 6 inches (15, 24cm), overall length 100 cm. Filter media used in the study that is using activated carbon, zeolite, silica sand and gravel. Treatment of filter media using the tilt angle of the material by 30, 45 and 90 added water filter from the ceramic material without changing the position of the placement of three media filter materials. As for the tested parameter is in accordance with standard quality of clean water according to health service i.e. smell, TDS, DHL, temperature, taste, Turbidity,ammonia,nitrate, Nitrite,iron,manganese, Hardness, chloride, ph, Chlorin e Residual, and bacteria. With the results of which Iron has decreased by up to 96%, manganese has decreased to 84.3% and 100% of decline Bacteria after passing through the filter of ceramics. Key words: filtration, purification, filtration, activated carbon, zeolite, silica sand
1. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Air merupakan unsur yang sangat penting bagi kehidupan manusia, yang dalam pemenuhannya berbeda-beda, baik dari segi jumlah, periode maupun mutunya. Untuk dapat digunakan masyarakat, air harus memenuhi standar kesehatan yang baik. Faktor penting yang mempengaruhi standar kualitas air yaitu keadaan lingkungan, keadaan lingkungan yang kurang baik akan mempengaruhi kondisi air yang terkandung di dalam tanah, begitupun sebaliknya. Pada permasalahan pertama, yaitu jumlah air yang terbatas dengan kualitas yang baik, maka solusi yang dilakukan dengan penambahan sumber air baru misalnya dengan membuat sumur-sumur artesis. Pada permasalahan kedua, terdapat jumlah air yang relatif banyak akan tetapi kualitasnya rendah, diperlukan suatu penanganan dengan membuat rancangan yang tepat. 1.2. Identifikasi Masalah Dari hasil uji sampel air sumur di laboratorium, kandungan besi dan mangan yang terkandung dalam air sumur melebihi batas standar yang telah ditentukan Melihat permasalahan tersebut maka diperlukan suatu pengolahan (treatment) dalam mengatasi permasalahan tersebut, salah satunya adalah dengan menggunakan alat penjernih air, pembuatan alat penjernih air untuk rumah tangga tersebut diharapkan dapat membantu masyarakat dalam memperoleh kualitas air yang memenuhi standar kesehatan masyarakat 1.3. Tujuan dan Manfaat Tujuan dari penelitian ini diantaranya adalah: 1. Mengetahui bagaimana kualitas air tanah yang ada di daerah studi. 2. Mengetahui perbandingan efektivitas antara tiga model sudut kemiringan pada alat penjernih. 3. Mengetahui kualitas air yang dihasilkan oleh filter penjernih air sebelum dan sesudah melewati media filter dari bahan keramik Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah masyarakat dapat menerapkan teknologi sederhana alat penjernih air dari hasil penelitian ini, yang nantinya dapat digunakan untuk mengatasi permasalahan kualitas air bersih di daerah tersebut. 2.METODOLOGI PENELITIAN 2.1. Perencanaan Alternatif Instalasi Pada penelitian ini menggunakan alat yang didesain berdasarkan literatur dengan ukuran yang dapat memenuhi kebutuhan air bersih untuk kapasitas satu rumah tangga. Alat yang digunakan dalam penelitian instalasi pengolahan air bersih ini berupa tabung filtrasi dibuat dari pipa PVC dengan diameter 6 inci (15,24cm), panjang pipa keseluruhan 100 cm, tampak pada gambar 3.1. Media penyaring yang digunakan dalam penelitian yaitu menggunakan Karbon Aktif, Zeolit, Pasir Silika dan Kerikil. Perlakuan terhadap media penyaring yaitu menggunakan kemiringan alat dengan sudut 30 o dan 45 o, ditambahkan pula fiter air dari bahan keramik. 2.2. Alat dan Bahan Penelitian Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah: 1. Kran air yang terhubung langsung dengan tabung filtrasi. 2. Tabung filtrasi dan noksel. 3. Bak penampung hasil pengolahan. 4. Botol air mineral, sebagai tempat sampel air yang diteliti. 5. Pipa penyalur dari bahan PVC. 6. Selang air. 7. Kain kassa. 8. Stop watch dan gelas ukur. 9. Filter air dari bahan keramik dan karbon 10. Bahan-bahan penyaring, yang terdiri dari: a. Pasir Zeolit b. Pasir Silika c. Karbon Aktif
2.3. Rencana Perlakuan Prinsip dari penelitian ini adalah untuk mengolah air yang tercemar oleh polutan menjadi air baku yang sesuai dengan standar kesehatan dengan menggunakan variasi model filtrasi. Variasi model filtrasi yang direncanakan yaitu dengan : 1. Menggunakan kemiringan 30 o, 45 o dan 90 pada alat penjernih untuk kemudian dipilih sudut mana yang menghasilkan kualitas air yang baik 2. Menambahkan perlakuan dengan menyaring kembali air hasil penyaringan dengan filter air dari bahan keramik untuk mengurangi bakteri koliform. Dari parameter uji sampel awal air dapat dilihat bahwa tiga diantaranya tidak memenuhi standar baku mutu, yaitu Mangan, Besi dan Bakteri 3.2. Hasil Proses Penjernihan ` 3.2.1. ph (Derajat Keasaman) Tabel 2. Hasil pengujian kadar Ph 3. ANALISA DATA 3.1. Analisa Kualitas Air Tabel 1. Hasil uji laboratorium sampel awal air 3.2.2. Kekeruhan Tabel 3 Hasil pengujian kadar kekeruhan pada air
3.2.3. Besi Tabel 4. Hasil pengujian kadar besi Pada beberapa interval waktu nilai Fe 2+ hasil uji laboratorium belum sesuai dangan yang diharapkan. Hal ini dapat terjadi karena media filter belum dicuci, sehingga masih banyak pengotor yang mengganggu reaksi antara Mn 7+ pada zeolite dan Fe 2+ pada air. Zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan besi yang ada dalam air teroksidasi menjadi bentuk ferri-oksida yang tak larut dalam air (BPPT, 2004). Reaksinya adalah sebagai berikut : K 2 Z.MnO.Mn 2 O 7 + 4 Fe(HCO 3 ) 2 ====> K 2 Z + 3 MnO 2 + 2 Fe 2 O 3 + 8 CO 2 + 4 H 2 O
3.2.4.Mangan Tabel 5. Hasil pengujian kadar mangan Proses oksidasi yang dilakukan oleh Mn 7+ pada zeolit terhadap Mn 2+ pada air menjadi terganggu dan tidak stabil akibat adanya pengotor dalam zeolit sehingga Mn 7+ yang seharusnya mengoksidasi Mn 2+ ikut lolos. Zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan mangan yang ada dalam air teroksidasi menjadi bentuk manganoksida yang tak larut dalam air (BPPT, 2004). Reaksinya adalah sebagai berikut : K 2 Z.MnO.Mn 2 O 7 + 2 Mn(HCO 3 ) 2 ===> K 2 Z + 5 MnO 2 + 4 CO 2 + 2 H 2 O 3.2.5. Daya Hantar Listrik (DHL) Tabel 6 Hasil pengujian DHL (Daya Hantar Listrik) Ssumber : Hasil uji Laboratorium Dinas Kesehatan Kota Daya hantar listrik merupakan kemampuan suatu cairan untuk menghantarkan arus listrik, DHL pada air merupakan ekspresi numerik yang menunjukkan kemampuan suatu larutan untuk menghantarkan arus listrik. Besarnya nilai DHL bergantung kepada kehadiran ion-ion anorganik,valensi,suhu, serta konsentrasi total maupun relatifnya. Kandungan DHL dalam air tidak memiliki batasan minimum ataupun maksimum, semakin tinggi kandungan DHL pada air maka akan semakin tinggi pula kandungan mineral pada air tersebut (Sandinanto, R.F. 2007)
3.2.6. Kesadahan Tabel 7 Hasil pengujian Kesadahan Air sadah adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, penyebabnya adalah ion kalsium dan magnesium. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bias dari ion logam lain maupun garamgaram bikarbonat dan sulfat. Menurunnya nilai kesadahan dipengaruhi oleh adanya zeolit yang dapat melakukan pertukaran ion (Irwanto, 2004), yaitu proses pertukaran ion Ion Ca 2+ dan Mg 2+ yang terdapat pada air dengan ion Na + dan K + dari zeolite. Akan tetapi kapasitas zeolite untuk melakukan pertukaran ion juga terbatas
3.2.7. Klorida Tabel 8 Hasil pengujian Klorida pada air Penurunan kandungan klorida sendiri dipengaruhi oleh adanya karbon aktif sebagai adsorben senyawa kimia yang terkandung di dalam air. Kadar klorida umumnya meningkat seiring dengan meningkatnya kadar mineral. Kadar klorida yang tinggi, yang diikuti oleh kadar kalsium dan magnesium yang juga tinggi, dapat meningkatkan sifat korosivitas air. Pada tubuh manusia klorida berfungsi sebagai distribusi cairan tubuh serta menjaga keseimbangan kation (ion positif) dan anion (ion negatif) dalam jaringan tubuh 3.2.8. TDS (Total Dissolved Solid) Tabel 9 Hasil pengujian TDS TDS atau Total Dissolved Solid atau total zat padat terlarutmerupakan bahan-bahan terlarut (diameter < 10-6 mm) dan koloid (diameter 10-6 mm 10-3 mm) yang berupa senyawa-senyawa kimia dan bahan-bahan lain, yang tidak tersaring pada kertas saring berdiameter 0,45 µm (Rao, 1992 dalam Effendi, 2003). Hasil yang diperoleh sampel I, II dan III pada pengujian TDS yang terkandung di dalam air sudah dibawah standar yang telah ditentukan yaitu, tidak melebihi 500 mg/l meskipun terjadi kenaikan nilai TDS pada model II dari sampel awal, kenaikan terjadi di menit 90 dan 120. Hal ini dapat terjadi karena kemampuan media filtrasi yang mulai menurun
3.2.9. Nitrat Tabel 10 Hasil pengujian Nitrat Nitrat (NO 3 ) adalah bentuk utama nitrogen, nitrat nitrogen sangat mudah larut dalam air dan bersifat stabil. Konsumsi air yang mengandung kadar nitrat yang tinggi akan menurunkan kapasitas darah untuk mengikat oksigen. Proses filtrasi pada model III lebih. Hal ini dapat terjadi karena proses penyaringan secara tegak seperti pada model III lebih merata sehingga kemampuan dan kapasitas adsorben dari karbon aktif lebih besar.
3.2.10. Nitrit Tabel 11. Hasil pengujian Nitrit Di dalam air, Nitrit (NO2) ditemukan dalam jumlah yang sangat sedikit, lebih sedikit daripada nitrat, karena nitrit merupakan bentuk peralihan antar ammonia dengan nitrat. Penurunan tersebut dapat terjadi akibat pengaruh dari suhu udara pada saat proses penyaringan berlangsung, suhu udara yang panas membuat nitrit yang terkandung dalam air menguap sehingga kandungan nitrit di dalam air berkurang dan peran karbon aktif sebagai adsorben senyawa organik. Bisa juga akibat dari air yang dipancarkan mengalami kontak dengan oksigen 3.3.11. Amonia Tabel 12 Hasil pengujian amonia Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH 3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau ammonia). Walaupun ammonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, ammonia sendiri adalah senyawa kuastik dan dapat merusak kesehatan. Hasil yang diperoleh dari model I, II dan III seluruhnya mengalami kenaikan dari pemeriksaan yang dilakukan pada sampel awal akan tetapi masih dibawah standar yang telah ditentukan
3.2.12. Bakateri Coliform Tabel 13 Hasil pengujian bakteri coliform pada air 3.3.Penambahan Perlakuan 3.3.1. Mangan Setelah Pencucian Media Filtrasi Tabel 14 Hasil pengujian Mn (mangan) pada air Dari hasil tersebut menunjukkan proses oksidasi yang dilakukan Mn 7+ terhadap Mn 2+ berlangsung baik dengan interaksi yang baik pula. Ketiga model meghasilkan hasil yang cenderung sama dari waktu ke waktu, hal ini dikarenakan Mn 2+ lebih cepat teroksidasi daripada Fe 2+ dan memiliki nilai potensial reduksi yang lebih kecil, sehingga zeolit lebih memilih Mn 2+ untuk dioksidasi. K 2 Z.MnO.Mn 2 O 7 + 2 Mn(HCO 3 ) 2 ===> K 2 Z + 5 MnO 2 + 4 CO 2 + 2 H 2 O Sumber: Hasil Uji Laboratorium Fakultas Teknik Jurusan Pengairan
3.3.2. Fe Setelah Pencucian Media Filtrasi Tabel 15 Hasil pengujian Fe (besi) pada air Hasil tersebut menujukkan proses oksidasi yang dilakukan Mn 7+ terhadap Fe 2+ berlangsung baik meskipun Mn 7+ lebih mengoksidasi Mn 3+ terlebih dahulu. penurunan terbesar terjadi pada model III di menit akhir penyaringan, hal ini dikarenakan dengan sudut alat penyaringan 90, proses penyaringan air lebih merata dan lebih lama. Berdasarkan hasil uji air yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa Pencucian Media Filtrasi berpengaruh terhadap hasil yang diperoleh. Sumber: Hasil Uji Laboratorium Fakultas Teknik Jurusan Pengairan 3.3.3. Penggunaan filter keramik untuk mengurangi bakteri coliform Tabel 16 Hasil filtrasi dengan menggunakan filter keramik Dari tabel dapat dilihat bakteri coliform dari air yang dihasilkan alat filtrasi sebelumnya telah habis setelah dilakukan penyaringan menggunakan Filter keramik ini biasanya digunakan untuk air bersih yang masih mengandung bakteri
4.Penutup 4.1. Kesimpulan 1. Parameter yang tidak memenuhi standar adalah 2 parameter kimia dan 1 parameter biologi. Kandungan Besi pada air adalah 0.99 mg/l, Mangan 0,95 mg/l dan kandungan bakteri pada air adalah 46 sel/ml. Nilai dari parameter-parameter tersebut tidak sesuai dengan Peraturan Menteri Kesehatan No.492/Menkes/IV/Per/2010. 2. Model penyaringan atau filtrasi yang baik, terutama untuk mengurangi besi dan mangan adalah pada model III dengan sudut 90 atau tegak karena dengan sudut kemiringan 90 proses penyaringannya lebih merata dan luas permukaan reaksi media filter dengan air yang disaring lebih besar. 3. Dari hasil uji laboratorium pada parameter biologi menunjukkan tidak ada penurunan jumlah bakteri koliform yang terkandung di dalam air setelah melalui proses penyaringan dengan variasi sudut kemiringan pada alat filtrasi. Namun setelah dilakukan penambahan perlakuan dengan melakukan filtrasi menggunakan filter dari bahan keramik, hasil uji laboratorium menunjukkan tidak ada bakteri koliform yang terkandung di dalam air. 4.2. Saran Dari hasil penelitian ini ada beberapa hal yang perlu diperhatikan agar proses penelitian ini mendapatkan hasil yang lebih baik: 1. Untuk penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan penelitian dengan menggunakan media filter yang sama akan tetapi dengan perlakuan yang berbeda, misalnya dengan merubah ketebalan media filter atau memperbesar dimensi alat filtrasi agar kapasitas untuk menampung media filter lebih besar, sehingga proses filtrasi dapat berlangsung ebih lama dan diharapkan hasil yang diperoleh lebih baik 2. Gunakan botol khusus sebagai wadah untuk pengambilan sampel yang akan digunakan untuk mengetahui jumlah bakteri koliform yang terkandung dalam air. 3. Sebaiknya pemeriksaan sampel air di laboratorium dilakukan langsung setelah pengambilan sampel dan jika tidak memungkinkan diperiksa secara langsung setelah pengambilan sampel, sampel yang telah diambil dapat disimpan terlebih dahulu di lemari pendingin dengan batas waktu hingga dua hari sebelum pemeriksaan di laboratorium.
DAFTAR PUSTAKA Alaerts, G. dan Simestri, S. S. 1984. Metode Pengolahan Air. Surabaya: Usaha Nasional Alamsyah, Sujana. 2006. Merakit Sendiri Alat Penjernih Air untuk Rumah Tangga. Jakarta: Kawan Pustaka Badan pengkajian dan penerapan teknologi (BPPT. 2004). Teknologi Pengelolaan Air Bersih, Jakarta: BPPT.Irwanto, 2004. Studi Pemakaian Zeolit guna menurunkan kandungan Cl -, NO - 3 dan CaCO 3 pada Air Baku : Fakultas Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya Jurnal Kesehatan Masyarakat (KEMAS. 2014) Studi Metode Penambahan Perak pada Saringan Keramik Terhadap Escherichia coli pada Air Minum Kamulyan, B. 1996. Teknik Penyehatan. Laboratorium Teknik Penyehatan dan Lingkungan. Yogyakarta: Jurusan Teknik Sipil Universitas Gajah Mada. Kusnaedi, 2005. Mengolah Air Gambut dan Air Kotor untuk Air Minum. Jakarta: Penebar Swadaya Lutfi, M. 2004. Perancangan Instalasi Pengolahan Air Bersih Mikro untuk Memenuhi Kebutuhan Rumah Tangga dengan Model Fisik Filtrasi Vertikal. : Fakultas Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya Palupi, K. 2007. Perancangan Alat Penjernih Air Rumah Tangga menggunakan Media Filter Arang Aktif, Zeolit dan Pasir Silika untuk mengurangi kadar besi dan mangan pada air : Fakultas Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya Sandinanto, R.F. 2007. Perancangan Alat Penjernih Air Rumah Tangga menggunakan Media Filter Arang Aktif, Zeolit dan Pasir Silika untuk mengurangi kadar Deterjen dan Daya Hantar Listrik pada Air. : Fakultas Teknik Jurusan Pengairan Universitas Brawijaya Sugiharto, 2005. Dasar-dasar Pengelolaan Air Limbah. Jakarta: Penerbit Universitas Indonesia