Optimasi Limpasan Air Limbah Ke Kali Surabaya (Segmen Sepanjang Jagir) Dengan Programma Dinamis Thesis Oleh: Alfan Purnomo (3307201003) Pembimbing: Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, MSc.
Latar Belakang Kali Surabaya sebagai sumber air baku PDAM Kualitas air sungai harus memenuhi baku mutu yang berlaku Kelas 1 (PP 82 Th 2001) Kelas B (SK Gub Jatim No. 413 Th 1987) Optimasi Limpasan Air Limbah ke Kali Surabaya Berbagai sumber air limbah membuang limbahnya ke Kali Surabaya Terdapat PDAM Ngagel di Segmen Jagir yang mengambil air sungai sebagai air baku
Tujuan & Manfaat Tujuan: Mengidentifikasi daya tampung Kali Surabaya. Optimasi limpasan air limbah yang dibuang ke Kali Surabaya. Manfaat: Sebagai acuan dalam menentukan pembuangan limbah ke Kali Surabaya. Sebagai upaya dalam menjaga kualitas air Kali Surabaya.
Ruang Lingkup Penelitian Lokasi studi merupakan Kali Surabaya dengan segmen Sepanjang Jagir. Parameter yang diukur dalam penelitian ini yaitu DO, suhu, BOD, dan COD. Variabel yang digunakan pada penelitian ini antara lain: Baku mutu sungai berdasarkan PP 82 Tahun 2001: Kelas I, Kelas II dan Kelas III. Segmen sungai: Sepanjang Gunung Sari dan Gunung Sari Jagir. Debit sungai: debit maksimum dan debit minimum. Optimasi yang dilakukan adalah optimasi konsentrasi zat pencemar organik (BOD dan COD) yang mampu ditampung oleh sungai berdasarkan kemampuan sungai. Lokasi titik sampling dalam penelitian ini mendekati lokasi titik sampling dari Perum Jasa Tirta (PJT).
Kali Surabaya East Java Indonesia East Java Luas DAS : 12.000 km 2 (25% Jatim) Populasi (2003) : 15.5 juta (43% Jatim) Curah hujan : 2,000 mm/ tahun Potensi air : 12 miliar m3/tahun Panjang sungai : 320 km Brantas River Basin Kelud & Semeru
Gambaran Kondisi Lokasi Penelitian Domestik PDAM Ngagel Pintu Air Gunung Sari SEPANJANG JAGIR Industri
Daya Tampung Daya tampung beban pencemaran air adalah kemampuan air pada suatu sumber air, untuk menerima masukan beban pencemaran tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi cemar (Kep MenLH No.110 tahun 2003) Terdapat 2 metode yang dianjurkan dalam penentuan daya tampung di dalam Kep MenLH No.110 tahun 2003 yaitu : Neraca Massa Streeter Phelps
Programma Dinamis Programma Dinamis merupakan sebuah pemecahan masalah dengan cara menguraikan solusi menjadi tahapan sedemikian sehingga solusi dari persoalan dapat dipandang dari serangkaian keputusan yang saling berkaitan Suatu problem diselesaikan secara bertahap dalam tahap tahap (stage) sehingga disebut sebagai Multistage programming
Pendekatan Programma Dinamis Programma Dinamis Maju Tahap 1 Tahap 2.. Tahap n f 1 (s 1,x 1 ) f 2 (s 2,x 2 )... f n (s n,x n ) Programma Dinamis Mundur Tahap n. Tahap 2 Tahap 1 f n (s n,x n )... f 2 (s 2,x 2 ) f 1 (s 1,x 1 )
Kerangka Penelitian (1) Optimasi Limpasan Air Limbah Ke Kali Surabaya (Segmen Sepanjang Jagir) Dengan Programma Dinamis Tinjauan Pustaka Persiapan Penelitian A o Alat Sampling Kualitas Air o Penentuan Titik Sampling o Bahan Kimia untuk analisa parameter
Kerangka Penelitian (2) A Pengumpulan Data Data Primer: Data konsentrasi parameter: COD, BOD, DO, dan Temperatur Debit sungai Data Sekunder: Data limpasan air limbah Data kualitas air Pengolahan Data Prediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear Pengolahan Data Optimasi dengan Metoda Programma Dinamis Analisa dan Pembahasan Kesimpulan dan Saran
Pengumpulan Data Pembagian Segmen Kali Surabaya (Sepanjang Jagir) SEPANJANG GUNUNG SARI JAGIR SEGMEN 1 SEGMEN 2
Lokasi Titik Sampling 1 2 3 Titik Sampling Keterangan: 1. Sepanjang 2. Gunung Sari 3. Jagir
Pengumpulan Data Setiap Segmen Limbah Domestik Kualitas Air Sungai Limbah Industri
START INPUT DATA Prediksi kualitas air sungai Fuzzy Linear Ya MSE 0 Korelasi Data Sekunder Tidak Tidak Regresi Linear MSE 0 Korelasi Algoritma Penelitian Programma Dinamis Ya Konsentrasi BOD yang dapat dibuang ke Sungai Konsentrasi COD yang dapat dibuang ke Sungai END
Diagram Alur Optimasi Baku Mutu Sungai Kelas I Debit Rendah DO Kecil Optimasi Limpasan Air limbah Baku Mutu Sungai Kelas II Debit Sedang DO Sedang BOD air limbah yang dapat dibuang Baku Mutu Sungai Kelas III Debit Besar DO Tinggi
Pengolahan Data, Analisa dan Pembahasan Dalam prediksi kualitas, digunakan program komputer pada setiap metoda. Metoda Fuzzy Linear MATLAB 7 Metoda Regresi Linear MINITAB 14 Hal yang akan dianalisa dan dibahas yaitu : Prediksi kualitas air Kali Surabaya Optimasi limpasan air limbah ke Kali Surabaya
Batasan-batasan Programma Dinamis Batasan kualitas air sungai didasarkan pada PP 82 Tahun 2001 Parameter yang digunakan sebagai acuan adalah BOD Variabel yang digunakan adalah Debit dan DO
Pengumpulan Data Sekunder Lokasi Tahun Sepanjang 2006 BOD (mg/l) COD (mg/l) DO (mg/l) Baku mutu min maks 2,8 8,4 Baku mutu min maks 7,4 42,3 Debit (m 3 /detik) Baku mutu min maks min maks 0,2 4,3 10,8 130,4 2007 1,9 22,8 10,8 49 1,7 4,2 8,6 78,6 Gunungsari 2006 2,7 7,6 5,9 60,4 2,2 4,2 11,5 142,7 2 10 6 2007 1,8 11,5 10,9 50,8 1,6 3,7 11,5 81,5 Jagir 2006 2,3 11 8,8 56 0,8 3,1 0,29 92,83 2007 2 12,3 8,5 48,7 1,1 2,9 1,92 54,5
Pengumpulan Data Primer Lokasi Sampling Parameter Satuan Baku mutu* Periode Sampling 1 2 3 4 Sepanjang DO mg/l 6 4,1 2,88 2,85 2,88 BOD mg/l 2 17,4 23 26,5 19,63 COD mg/l 10 28,48 42,42 38,38 33,33 Suhu o C Dev. 3 27 30 29 29,5 Gunung Sari DO mg/l 6 4,15 2,8 2,68 3,3 BOD mg/l 2 18,33 25,25 17,38 18,13 COD mg/l 10 26,6 33,24 32,26 24,18 Suhu o C Dev. 3 28 29,5 30 30 Jagir DO mg/l 6 4,7 2,85 2,68 3,4 BOD mg/l 2 17,13 24,88 13,75 18,63 COD mg/l 10 26,6 36,3 32,26 32,26 Suhu o C Dev. 3 28 30 29,5 29,5
Daya Dukung Sungai Daya Dukung = Debit Sungai x Baku Mutu Segmen Daya Dukung Beban Sungai Sepanjang - Gunung Sari 6.808,32 8.899,2 59.232,38 117.914,4 Gunung Sari - Jagir 13.910,4 18.144 120.881,38 229.068
Daya Tampung Sungai Daya tampung sungai telah terlampaui apabila defisit oksigen yang terjadi di sungai (D c ) lebih besar daripada defisit oksigen pada titik kritis (D all ) Segmen Dall Dc Sepanjang - Gunung Sari 1,58 3,93-5,87 Gunung Sari - Jagir 1,52 3,75-5,14
Kondisi Kali Surabaya Segmen Sepanjang Gunung Sari Segmen Gunung Sari Jagir Daya Dukung & Daya Tampung Tercemar
Plotting Time Series Data Segmen Sepanjang Gunung Sari BOD (mg/l) 25 20 15 10 5 0 1 26 15 25 3 60 23 2 26 4 140 1 25 38 27 39 23 7 50 14 15 2 5 10 32 40 4 120 8 9 18 2 17 26 2829 31 38 3 111213 9 24 3334 25 19 35 37 39 43 42 100 40 36 1 16 24 2014 14 30 38 80 4741 430 22 28 2 21 15 44 4546 39 15 4 23 30 10 20 28 47 9 14 39 48 37 48 60 27 13 19 22 43 12 20 2526 2 2019 16 43 46 34 8 40 12 4647 3 18 24 27 27 29 3 2122 3738 1 40 5 16 11 18 40 44 5 16 6 6 7 40 2142 30 31 32 35 4 1011 44 36 4142 1 13 32 3536 48 6 7 8 13 2829 30 1731 18 17 45 3 23 37 33 41 42 47 10 193334 43 20 7 5 3132 17 8 9 101112 2021 22 24 41 29 45 33343536 4445 46 48 6 1 DO (mg/l) 0 5 1 Debit (m3/detik) Time Series Time Plot Time Series of BOD Series Plot (mg/l) Time of Plot DO of Series (mg/l) Debit Plot (m3/detik) of COD (mg/l) 160 0 105 COD (mg/l) 115 10 0 5 201 15 10 25 5 20 Index 1510 3025 20 15 3530 25 40 2035 30 45 254035 Index Index Index 304540 35 45 40 45
Plotting Time Series Data Segmen Gunung Sari - Jagir Index BOD 70 63 56 49 42 35 28 21 14 7 1 14 12 10 8 6 4 2 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 910 8 7 6 4 5 3 2 1 Time Series Plot of BOD Index DO 70 63 56 49 42 35 28 21 14 7 1 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 910 8 7 6 45 3 2 1 Time Series Plot of DO Index Debit 70 63 56 49 42 35 28 21 14 7 1 160 140 120 100 80 60 40 20 0 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 910 78 6 5 4 3 2 1 Time Series Plot of Debit Index COD 70 63 56 49 42 35 28 21 14 7 1 60 50 40 30 20 10 0 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 50 49 48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Time Series Plot of COD
Prediksi Metoda Fuzzy Linear (Sepanjang Gunung Sari) Fungsi Input Output Variabel DO Debit BOD COD Nama Himpunan Fuzzy Rendah Semesta Pembicaraan (Unit) Domain (Unit) [0,2-1,75] Sedang [0,2-4,3] [1-3,5] Tinggi [2,75-4,3] Kecil [10,7-50] Sedang [10,7-142,7] [25-125] Besar [100-142,7] Rendah [1,8-8] Sedang [1,8-22,8] [4-20] Tinggi [16-22,8] Rendah [5,9-30] Sedang [5,9-60,4] [17,5-52,5] Tinggi [40-80,8]
Prediksi Metoda Fuzzy Linear (Gunung Sari - Jagir) Fungsi Variabel Himpunan Fuzzy Input Output DO Debit BOD COD Rendah Semesta Pembicaraan (Unit) Domain (Unit) [0,8-2] Sedang [0,8-4,2] [1,25-3,75] Tinggi [3-4,2] Kecil [0,29-50] Sedang [0,29-142,7] [20-120] Besar [90-142,7] Rendah [1,8-6] Sedang [1,8-13,3] [4-12] Tinggi [10-13,3] Rendah [5,9-25,9] Sedang [5,9-60,4] [15-50] Tinggi [39,1-60,4]
Prediksi Metoda Regresi Linear (Sepanjang Gunung Sari)
Prediksi Metoda Regresi Linear (Gunung Sari - Jagir)
Perbandingan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear Nilai MSE Fuzzy Regresi BOD 35,3605 11,1292 COD 285,6767 101,2554 Segmen Gunung Sari - Jagir Segmen Sepanjang - Gunung Sari Nilai MSE Fuzzy Regresi BOD 8,78 7,69 COD 147,2 64,99
Grafik Hasil Prediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear SEGMEN SEPANJANG GUNUNG SARI Time Series Plot Time of Series BOD, Prediksi Plot of COD, Fuzzy Prediksi BOD, Prediksi Fuzzy Reg. COD, BOD Prediksi Reg. COD 25 60 20 50 Variable Variable BOD COD Prediksi Fuzzy BOD Prediksi Fuzzy COD Prediksi Reg. BOD Prediksi Reg. COD 15 40 Data Data 30 10 20 5 10 0 1 5 10 0 15 1 520 10 25 Index 15 30 35 20 40 25 Index 45 30 35 40 45
Grafik Hasil Prediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear SEGMEN GUNUNG SARI - JAGIR Time Series Plot of BOD, Time BOD Series prediksi Plot of Fuzzy, COD, BOD COD prediksi regresi Fuzzy, COD prediksi regresi 14 12 60 50 Variable BOD BOD prediksi Fuzzy BOD prediksi regresi Variable COD COD prediksi Fuzzy COD prediksi regresi 10 40 Data 8 Data 30 6 20 4 10 2 1 7 14 21 28 0 35 1 42 7 Index 14 49 21 56 28 63 35 70 42 Index 49 56 63 70
Alur Programma Dinamis TAHAP A TAHAP B Baku Mutu Sungai Kelas I Debit Rendah DO Kecil Optimasi Limpasan Air limbah Baku Mutu Sungai Kelas II Debit Sedang DO Sedang BOD air limbah yang dapat dibuang Baku Mutu Sungai Kelas III Debit Besar DO Tinggi Penentuan batasan dan konstanta penguraian zat organik Penentuan Konsentrasi Pencemar yang Dapat Dibuang
Konsentrasi BOD dan COD yang Dapat Dibuang *Baku Mutu Hasil Optimasi Terbesar Jenis Industri Minyak Goreng Pemotongan Hewan Segmen BOD COD BOD (mg/l) COD (mg/l) Sungai mg/l mg/l 100 350 100 250 Tahu 150 300 Minyak Goreng Pemotongan Hewan 100 350 100 250 Tahu 150 300 Sepanjang Gunung Sari Gunung Sari - Jagir Kelas I Kelas II Kelas III Kelas I Kelas II Kelas III 8,46 25,93 34,92 31,33 96,04 129,33 8,47 26,3 35,81 27,32 84,84 115,52
Kesimpulan 1 Daya tampung dari Kali Surabaya pada segmen Sepanjang Jagir sudah terlampaui Defisit oksigen Kali Surabaya segmen Sepanjang Gunung Sari pada kondisi BOD minimum dan DO maksimum (kondisi terbaik) dan pada kondisi BOD maksimum dan DO minimum (kondisi terkritis) adalah 3,93 5,87 mg/l sedangkan defisit oksigen pada titik kritis adalah 1,58 mg/l Pada segmen Gunung Sari Jagir, defisit oksigen yang terjadi pada kondisi BOD minimum dan DO maksimum (kondisi terbaik) dan pada kondisi BOD maksimum dan DO minimum (kondisi terkritis) adalah 3,75 5,14 mg/l sedangkan defisit oksigen pada titik kritis adalah 1,52 mg/l.
Kesimpulan 2a Konsentrasi BOD dari air limbah yang dapat dibuang ke Kali Surabaya yaitu: Jika sungai dikehendaki menjadi kelas I maka konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang Gunung Sari adalah 8,46 mg/l dan 31,33 mg/l sedangkan pada segmen Gunung Sari Jagir adalah 8,47 mg/l dan 27,32 mg/l.
Kesimpulan 2b Jika sungai dikehendaki menjadi kelas II maka konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang Gunung Sari adalah 25,93 mg/l dan 96,04 mg/l sedangkan pada segmen Gunung Sari Jagir adalah 26,3 mg/l dan 84,84 mg/l. Jika sungai dikehendaki menjadi kelas III maka konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang Gunung Sari adalah 34,92 mg/l dan 129,33 mg/l sedangkan pada segmen Gunung Sari Jagir adalah 35,81 mg/l dan 115,52 mg/l.
Saran Penelitian Lanjutan Perlu dicoba mengkaji parameter zat konservatif jenis logam yang terkandung di dalam air Kali Surabaya. Perlu adanya kajian mengenai rencana pengelolaan air limbah di sekitar Kali Surabaya segmen Sepanjang Jagir dengan mengacu pada BOD air limbah yang dapat dibuang ke Kali Surabaya.
Pengumpulan Data Kualitas Air Sungai Data kualitas air sungai Kali Surabaya selama 1-2 tahun dari Perum Jasa Tirta Pengambilan sampel air sungai 1/3 L Titik 2 Titik 1 1/3 L 1/2 H 1/2 H SNI 6989.57:2008
Pengumpulan Data Limbah Industri Menentukan industri yang berpotensi mencemari Kali Surabaya Data limpasan limbah industri didapatkan dari dinas terkait
Pengumpulan Data Limbah Domestik Pendataan jumlah rumah dan fasilitas umum: Rumah dan fasilitas umum dalam radius 0,5 km dari tepi sungai Kualitas limbah domestik didasarkan pada baku mutu limbah domestik (KepMen LH Nomor 112 Tahun 2003 )