UJI KINERJA MEDIA BATU PADA BAK PRASEDIMENTASI Edwin Patriasani dan Nieke Karnaningroem Jurusan Teknik Lingungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Pada umumnya, kendala yang dihadapi pada unit Instalasi Pengolahan Air Minum (IPAM) saat ini adalah kurang maksimalnya kinerja bak prasedimentasi untuk meremoval kekeruhan dan zat organik saat musim penghujan. Sehingga diperlukan modifikasi bak prasedimentasi untuk mengetahui pengaruh penambahan dan ketebalan media media pada bak prasedimentasi terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik pada air baku. Variabel dari penelitian ini adalah variabel ukuran diameter media yang ditambahkan pada zona pengendap reaktor, yaitu: ; 1,0 ; dan dan variabel nilai kekeruhan pada air baku, yaitu 450 NTU, 750 NTU, dan 1000 NTU. Parameter yang diteliti adalah nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik dari efluen reaktor bak prasedimentasi. Dari hasil penelitian terlihat peningkatan efisiensi removal nilai kekeruhan dan efisiensi removal konsentrasi zat organik pada bak prasedimentasi menggunakan media dibandingkan dengan bak prasedimentasi konvensional tanpa menggunakan media. Disamping itu, media berdiameter dapat meremoval nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik lebih besar dibandingkan media berdiameter 1 dan. Kata kunci: prasedimentasi,, kekeruhan, zat organik PENDAHULUAN Air baku yang digunakan dalam proses pengolahan air minum di Indonesia sebagian besar menggunakan air sungai. Dalam air sungai terdapat kandungan suspended solid (SS) yang menyebabkan kekeruhan pada air baku. Konsentrasi SS yang tinggi tersebut dapat membebani unit-unit pada bangunan pengolahan air minum sehingga diperlukan sebuah unit sebagai pengolahan pendahuluan agar tidak membebani unit selanjutnya. Unit prasedimentasi merupakan unit dimana terjadi proses pengendapan partikel diskret. Partikel diskret adalah partikel yang tidak mengalami perubahan bentuk, ukuran, maupun berat pada saat mengendap (Kawamura, 20 00). Umumnya bak prasedimentasi berbentuk persegi panjang atau lingkaran. Pada bangunan prasedimentasi terdapat empat zona, yaitu: zona inlet, zona pengendapan, zona lumpur dan zona outlet. Zona inlet berfungsi untuk mendistribusikan air yang masuk secara seragam pada seluruh area unit prasedimentasi dengan beragam variasi debit (Gregory, 1999). Zona pengendapan atau zona settling adalah zona dimana partikel tersuspensi yang terdapat pada influen disisihkan dengan cara terendapkan pada zona lumpur yang ada dibawahnya (Sincero, 1996). Zona lumpur adalah tempat menampung zat padat yang telah terendapkan dari air baku. Zona outlet adalah area tempat keluarnya air dari unit prasedimentasi. Pada umumnya, kendala yang dihadapi pada unit Instalasi Pengolahan Air Minum (IPAM) saat ini adalah kurang maksimalnya kinerja unit prasedimentsi untuk meremoval kekeruhan dan kadar organik saat musim penghujan, dimana air baku yang diolah memiliki E-3-1
nilai kekeruhan yang tinggi. Contoh studi kasus dari permasalahan ini adalah IPAM Ngagel II Surabaya. Menurut data sekunder yang didapat, nilai kekeruhan pada influen unit prasedimentasi tahun 2011 mencapai 1000 NTU di musim penghujan. Hal ini menyebabkan efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik pada unit prasedimentasi IPAM Ngagel II Surabaya menjadi menurun. Dari penelitian terdahulu, didapatkan efisiensi removal untuk nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik di IPAM Ngagel II Surabaya tahun 2010 sebesar 56,42% dan 19,15% (Herlambang, 2010). Permasalahan yang muncul adalah bagaimanakah pengaruh penambahan media pada bak prasedimentasi terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik pada air baku serta bagaimanakah pengaruh ketebalan media terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik dalam memodifikasi unit prasedimentasi dengan menggunakan media. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh penambahan media pada bak prasedimentasi terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik pada air baku. Selain itu, penelitian juga bertujuan untuk mengetahui pengaruh ketebalan media terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik dalam memodifikasi bak prasedimentasi dengan menggunakan media. METODA Adapun metoda pada penelitian yang akan dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1 berikut. Ide Penelitian Uji Kinerja Media Batu Pada Bak Prasedimentasi Studi Literatur Persiapan Penelitian Penelitian Pendahuluan Pada penelitian ini menggunakan pengendapan sistem batch dengan column settling test. Persiapan Reaktor Modifikasi Bak Prasedimentasi Bak prasedimentasi yang dipilih adalah bak prasedimentasi rectangular yang terbuat dari bahan acrylic sesuai dengan perhitungan dimensi reaktor. Pelaksanaan Penelitian - Pengendapan kontinyu menggunakan reaktor modifikasi bak prasedimentasi. - Penambahan media pada zona pengendap dengan variasi diameter ; 1,0 ; dan dengan ketinggian media 4. - Variasi nilai kekeruhan pada air baku yang digunakan adalah 450 NTU, 750 NTU, 1000 NTU. - Titik pengambilan sampel pada efluen reaktor modifikasi bak prasedimentasi untuk mengetahui efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik. - Pengambilan sampel dilakukan setiap hari pada pukul 08.00-16.00 setiap 2 jam sekali hingga media mengalami clogging. B A E-3-2
B A Analisa Data Hasil Uji Laboratorium Analisis kekeruhan dan kadar zat organik pada efluen bak prasedimentasi tiap masing- masing variabel, yaitu variabel diameter media dan kekeruhan. Gambar 1 Metoda Penelitian Variabel dari penelitian ini adalah variabel ukuran diameter media yang ditambahkan pada zona pengendap reaktor modifikasi bak prasedimentasi dan variabel nilai kekeruhan air baku yang digunakan. Variabel ukuran diameter, yang digunakan pada penelitian kali ini yaitu: ; 1,0 ; dan. Peletakan ini ditempatkan di zona pengendapan reaktor bak prasedimentasi dengan memberikan sekat dan kassa agar tumpukan tersebut tidak jatuh mengenai ruang lumpur. Media diletakkan setinggi 4 tiap masing-masing variabel ukuran diameter Untuk variabel nilai kekeruhan pada air baku, menggunakan air baku dengan kekeruhan buatan sesuai dengan data sekunder nilai kekeruhan saat musim penghujan pada unit prasedimentasi IPAM Ngagel II tahun 2011, yaitu 450 NTU, 750 NTU, dan 1000 NTU. HASIL DAN DISKUSI Pengendapan Sistem Batch Penelitian pendahuluan yang dilakukan dengan pengendapan secara batch dengan column settling ini bertujuan untuk mengetahui konsentrasi suspended matter dalam air sampel yang kekeruhannya sebesar 450, 750, dan 1000 NTU. Pengambilan sampel dilakukan pada titik di kedalaman 160. Sedangkan interval waktu pengambilan sampel dilakukan pada : 0, 5, 10, 15, 20, 25, 60, dan 120 menit. Setelah dilakukan pengambilan sampel, dilakukan analisa suspended solid pada setiap sampel dengan metode analisa gravimetri (Hendricks, 2006). Dari penelitian pendahuluan ini, didapatkan hasil pengendapan sistem batch dengan column settling yang dapat dilihat pada Tabel 1 berikut. Waktu (menit) Kesimpulan Dari analisis data dan pembahasan didapatkan kesimpulan sesuai dengan tujuan penelitian. Berat Kertas Saring Awal Tabel 1 Data Hasil Pengendapan Sistem Batch Berat Kertas Saring Setelah di Vaccum Berat Partikel dalam Sampel Kekeruhan 450 NTU Suspended Solid (mg/l) Kecepatan Pengendapan (m/detik) 0 0.1407 0.1704 0.0297 1188 - - Fraksi Tersisa 5 0.1329 0.1497 0.0168 672 0.00053 0.566 10 0.1345 0.1503 0.0158 632 0.00027 0.532 15 0.1327 0.1478 0.0151 604 0.00018 0.508 20 0.138 0.1525 0.0145 580 0.00013 0.488 25 0.129 0.1428 0.0138 552 0.00011 0.465 60 0.1323 0.1424 0.0101 404 0.00004 0.340 120 0.1314 0.1345 0.0031 124 0.00002 0.104 E-3-3
Waktu (menit) Berat Kertas Saring Awal Berat Kertas Saring Setelah di Vaccum Berat Partikel dalam Sampel Kekeruhan 750 NTU Suspended Solid (mg/l) Kecepatan Pengendapan (m/detik) 0 0.1384 0.1698 0.0314 1256 - - Fraksi Tersisa 5 0.1308 0.1515 0.0207 828 0.00053 0.659 10 0.1348 0.1546 0.0198 792 0.00027 0.631 15 0.127 0.1463 0.0193 772 0.00018 0.615 20 0.1303 0.1491 0.0188 752 0.00013 0.599 25 0.1343 0.1525 0.0182 728 0.00011 0.580 60 0.133 0.1465 0.0135 540 0.00004 0.430 120 0.1287 0.1356 0.0069 276 0.00002 0.220 Kekeruhan 1000 NTU 0 0.1378 0.1779 0.0401 1604 - - 5 0.1268 0.155 0.0282 1128 0.00053 0.703 10 0.1326 0.1598 0.0272 1088 0.00027 0.678 15 0.1366 0.1631 0.0265 1060 0.00018 0.661 20 0.1366 0.1622 0.0256 1024 0.00013 0.638 25 0.1367 0.1619 0.0252 1008 0.00011 0.628 60 0.1294 0.1487 0.0193 772 0.00004 0.481 120 0.1353 0.1454 0.0101 404 0.00002 0.252 Sumber: Hasil Perhitungan, 2012 Pengendapan Kontinyu Sebelum melakukan proses pengendapan kontinyu, perlu dilakukan tahap persiapan reaktor. Langkah pertama adalah mempersiapkan bak penampung untuk menampung air baku yang akan digunakan pada proses pengendapan kontinyu. Jumlah bak penampung yang digunakan tiap reaktor adalah 1 buah. Karena proses pengendapan kontinyu mempergunakan 3 buah reaktor, maka bak penampung yang dipersiapkan sebanyak 3 buah dengan masingmasing memiliki volume 80 L. Pada sisi luar bak, diberi kran untuk mengalirkan air baku dengan jarak 6 dari bawah bak. Kemudian pada mulut kran diberi selang dan pipa dengan ukuran ¾ inchi untuk mengalirkan air ke dalam reaktor. Penempatan bak penampung diletakkan lebih tinggi dari reaktor, yaitu pada ketinggian 100 agar air dari bak penampung dapat mengalir secara gravitasi. Langkah kedua adalah pemasangan reaktor bak prasedimentasi. Reaktor bak prasedimentasi ini terbuat dari bahan acrylic karena bahan ini tidak mudah pecah dibandingkan dengan bahan yang terbuat dari kaca. Setelah rangkaian reaktor terpasang dengan baik, proses pertama pada pengendapan kontinyu adalah pengisian bak penampung dengan air baku. Air baku yang digunakan pada proses pengendapan kontinyu adalah air baku dengan kekeruhan buatan. Kekeruhan buatan ini dibuat dengan cara mencampur air kran di kampus Teknik Lingkungan ITS dengan lumpur yang diambil dari Kali Jagir (dekat Intake IPAM Ngagel II Surabaya ) untuk menciptakan kekeruhan yang hampir sama dengan data sekunder influen bak prasedimentasi IPAM Ngagel II Surabaya tahun 2011 dan diukur ketepatannya dengan menggunakan turbidimeter. Setelah debit sesuai dengan yang direncanakan, maka dilakukan proses pengisian air baku kedalam reaktor. Pada saat proses mengalirkan air baku ke dalam reaktor, dilakukan pula pengadukan pada bak penampung agar kekeruhan dari air baku tersebut tetap homogen. E-3-4
Gambar keseluruhan rangkaian reaktor untuk proses pengendapan kontinyu dapat dilihat pada Gambar 2 berikut. Gambar 2 Rangkaian Reaktor Proses Pengendapan Kontinyu Proses pengendapan kontinyu ini dilakukan selama 24 jam dengan pengisian bak penampung setiap 5 jam sekali hingga media mengalami clogging. Setelah media mengalami titik jenuh (clogging), proses pengendapan kontinyu pada reaktor bak prasedimentasi dihentikan kemudian dilakukan proses pengurasan pada reaktor. Analisis Kekeruhan Kekeruhan pada penelitian ini diukur dengan menggunakan Turbidimeter. Kekeruhan ini menyebabkan penurunan kualitas air dari segi estetika. Oleh sebab itu, menurut PERMENKES RI No.492/MENKES/PER/VI/2010, kekeruhan yang diperbolehkan untuk air minum maksimal sebesar 5 NTU. Analisa kekeruhan dilakukan pada sampel efluen pada setiap outlet reaktor. Analisa dilakukan di Laboratorium Teknik Lingkungan. Berdasarkan hasil analisa kekeruhan, didapatkan tabel efisiensi removal kekeruhan berikut ini. Pengam bilan Sampel pada jam ke- Tabel 2 Efisiensi Removal Kekeruhan Reaktor Modifikasi Bak Prasedimentasi Efisiensi Removal Kekeruhan (%) Air Baku 450 NTU Air Baku 750 NTU Air Baku 1000 NTU 1 1 1 1 34.00 40 53.33 63.33 50.67 53.60 60.00 61.33 56.80 59.70 65.80 60.00 2 35.56 41.11 54.89 64.00 51.33 54.27 60.67 61.33 57.50 60.60 66.50 60.50 3 36.89 42.22 56.00 64.44 52.27 55.20 61.60 61.33 58.20 61.20 67.40 60.80 4 38.44 43.78 57.33 64.44 53.07 56.00 62.67 60.67 59.00 62.00 68.30 60.80 5 40.00 45.33 58.89 63.78 57.07 56.67 63.33 60.67 59.50 62.80 69.00 60.80 6 47.11 52.22 65.56-56.53 61.33 68.00-63.00 67.00 72.70 - E-3-5
Pengam bilan Sampel pada jam ke- Efisiensi Removal Kekeruhan (%) Air Baku 450 NTU Air Baku 750 NTU Air Baku 1000 NTU 1 1 1 7 48.44 53.78 67.11-57.60 60.67 67.33-63.80 67.80 73.60-8 50.00 54.67 68.22-58.27 61.73 68.13-64.20 68.50 74.20-9 52.00 56.22 69.56-59.07 62.67 68.93-64.90 69.30 75.00-10 53.33 57.33 71.11-62.67 63.33 69.60-65.50 70.00 75.50-11 60.00 63.33 77.33-63.47 66.67 73.33-68.30 73.20 79.00-12 61.11 66.67 78.89-64.53 67.33 74.13-69.00 73.70 77.50-13 62.67 68.22 80.67-65.33 68.27 75.07-69.40 74.40 75.70-14 61.56 67.56 80.00-66.27 67.73 75.60-70.00 75.00 75.50-15 61.11 66.67 78.67-69.60 68.00 74.93-70.50 76.00 - - 16 68.44 73.33 83.33-70.13 72.00 78.93-73.50 73.50 - - 17 70.00 74.89 84.44-70.93 72.67 80.00-74.30 73.10 - - 18 71.78 76.67 86.00-71.87 73.33 78.40-75.00 73.00 - - 19 72.44 78.67 87.11-72.80 74.27 76.13-73.50 - - - 20 73.78 80.00 88.89-76.00 74.93 75.60-71.60 - - - 21 79.33 86.00 92.89-76.67 78.93 - - 71.30 - - - 22 77.78 87.33 89.78-77.33 76.67 - - - - - - 23 78.67 88.89 86.22-74.93 74.80 - - - - - - 24 80.00 90.00 86.22-74.93 74.67 - - - - - - 25 78.22 86.67 - - 72.00 - - - - - - - 26 85.56 78.89 - - - - - - - - - - 27 87.11 78.44 - - - - - - - - - - 28 83.33 - - - - - - - - - - - 29 80.00 - - - - - - - - - - - 30 79.33 - - - - - - - - - - - Sumber: Hasil Perhitungan, 2012 Proses yang terjadi pada reaktor modifikasi bak prasedimentasi ini adalah mechanical straining dan proses pengendapan, dimana pada proses mechanical straining bahan pencemar dan zat-zat penyebab kekeruhan lain yang berupa partikel berukuran besar tersisihkan dan tersaring pada rongga antar butiran media. Pada Gambar 3 terjadi penurunan efisiensi removal kekeruhan setelah mencapai efisiensi removal kekeruhan tertinggi. Hal ini disebabkan karena media sudah tidak dapat menyaring partikel dan zat-zat penyebab kekeruhan sehingga banyak partikel yang lolos dari media. Hal ini mengakibatkan kekeruhan pada efluen reaktor menjadi meningkat dibandingkan sebelumnya. Saat pengambilan sampel berikutnya, terjdi clogging pada reaktor sehingga proses pengendapan kontinyu pada reaktor bak prasedimentasi dihentikan. Kemudian dilakukan proses pengurasan pada reaktor. Analisa Konsentrasi Zat Organik Berdasarkan metode alamiah, zat zat organik tersebut dapat dioksidasi dan didegradasi melalui proses mikrobiologis dan dapat menyebabkan berkurangnya oksigen E-3-6
terlarut dalam suatu badan air (Alaerts dan Sumestri, 1987). Analisa konsentrasi zat organik dilakukan pada sampel efluen pada tiap outlet reaktor. Analisa dilakukan di Laboratorium Teknik Lingkungan ITS. Berdasarkan hasil analisa konsentrasi zat organik, didapatkan tabel efisiensi removal konsentrasi zat organik berikut ini. Pengam bilan Sampel pada jam ke- Tabel 3 Efisiensi Removal Konsentrasi Zat Oragnik Reaktor Efisiensi Removal Konsentrasi Zat Organik (%) Air Baku 450 NTU Air Baku 750 NTU Air Baku 1000 NTU 1 1 1 1 31.92 30.65 30.02 26.86 33.50 31.60 29.07 28.44 38.24 34.44 33.50 31.6 2 31.92 30.65 30.02 26.54 33.50 31.60 29.07 28.44 38.24 34.44 33.50 31.28 3 31.92 30.34 29.70 26.86 33.50 31.60 28.76 28.44 38.24 34.13 33.50 31.6 4 31.92 30.34 29.70 26.86 33.50 31.28 28.44 28.76 37.92 34.13 33.18 31.6 5 31.60 30.34 29.39 26.54 33.50 31.28 28.44 28.44 37.92 34.13 33.18 31.6 6 30.65 29.07 28.12-32.86 30.65 28.12-36.34 32.86 32.23-7 30.34 28.76 27.81-33.18 30.97 28.44-36.02 32.55 31.28-8 30.02 28.12 27.18-32.55 30.02 27.81-35.39 32.23 30.65-9 29.70 27.81 26.54-31.92 29.70 27.49-35.08 31.92 30.02-10 29.39 27.49 25.91-31.60 29.39 27.18-34.76 31.60 29.70-11 28.12 25.91 24.02-30.02 28.44 25.28-33.50 30.34 27.81-12 27.81 25.60 23.70-29.70 28.12 24.96-33.18 30.02 28.44-13 27.49 25.28 23.38-29.39 27.81 24.65-32.86 29.70 29.07-14 27.81 25.91 24.02-29.07 28.12 24.33-32.55 29.39 29.39-15 28.12 26.23 24.33-28.76 27.49 24.65-32.23 29.07 - - 16 26.54 24.96 22.75-27.81 26.23 22.44-30.65 30.97 - - 17 26.23 24.65 22.44-27.49 25.91 22.12-30.34 31.28 - - 18 25.91 24.33 22.12-27.18 25.60 23.07-30.02 31.28 - - 19 25.60 24.02 21.80-26.86 25.28 23.70-30.97 - - - 20 25.28 23.38 21.17-26.54 24.96 24.02-31.28 - - - 21 23.70 21.80 19.59-24.96 23.07 - - 32.55 - - - 22 24.02 21.49 20.22-24.65 23.70 - - - - - - 23 23.38 20.86 20.86-24.33 24.65 - - - - - - 24 23.07 20.54 21.17-25.28 24.96 - - - - - - 25 23.38 21.17 - - 25.60 - - - - - - - 26 21.49 21.80 - - - - - - - - - - 27 21.17 22.12 - - - - - - - - - - 28 21.80 - - - - - - - 29 22.12 - - - - - - - 30 22.44 - - - - - - - Berdasakan Tabel 4, didapatkan efisiensi removal konsentrasi zat organik yang semakin naik pada setiap pengambilan sampel. Pada pengambilan sampel ke-1 hingga ke-4, kenaikan efisiensi removal konsentrasi zat organik yang terjadi tidak terlalu banyak. Hal ini E-3-7
disebabkan karena pada awal proses pengendapan kontinyu, aktivitas mikroorganisme baru dimulai dan masih belum membentuk lapisan biofilm pada media. Pada Tabel 4, terjadi penurunan efisiensi removal konsentrasi zat. Hal ini disebakan karena mikroorganisme yang terdapat pada butiran media mengalami fase endogenous (kematian), dimana pada fase ini proses metabolisme mikroorganisme berhenti dan laju kematian meningkat sehingga mikroorganisme tidak bisa meremoval zat organik pada air baku yang digunakan. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa dan pembahasan dari penelitian kali ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : Efisiensi removal nilai kekeruhan pada modifikasi bak prasedimentasi menggunakan media dapat mencapai 92,89% dan efisiensi removal konsentrasi zat organik mencapai 41%, dimana terjadi peningkatan efisiensi removal dibandingkan penelitian pada bak prasedimentasi konvensional tanpa penambahan media yang memiliki efisiensi removal nilai kekeruhan sebesar 64,44 % dan efisiensi removal konsentrasi zat organik sebesar 24,24%. Ketebalan media memberikan pengaruh terhadap efisiensi removal nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik pada modifikasi bak prasedimentasi dengan menggunakan media, dimana media berdiameter dapat meremoval nilai kekeruhan dan konsentrasi zat organik lebih besar dibandingkan dengan media berdiameter 1 dan. DAFTAR PUSTAKA Anonim. 1987. Peraturan Menteri Kesehatan RI No. 492 Tahun 2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Jakarta: Kementrian Kesehatan Indonesia. Gregory, R., Zabel, T., dan Edzwald, J. 1999. Sedimentation and Flotation in Letterman, Raymond D. (Ed). Water Quality and Treatment. United States of America: Mc Graw- Hill, Inc. Hendricks, D. 2006. Water Treatment Unit Processes Physical and Chemical. London: Taylor dan Francis Group. Herlambang, D. 2010. Evaluasi Kinerja Instalasi Pengolahan Air Minum PDAM Surabaya (Studi Kasus: PDAM Ngagel II Surabaya). Surabaya: Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Kawamura, S. 2000. Integrated Design of Water Treatment Facilities. New York: John Willey and Sons. Sumestri, S., dan Alaerts, G. 1987. Metoda Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional. Sincero, A.P. dan Sincero, G.A. 1996. Environmental Engineering, A design Approach. New Jersey: Prentice Hill. E-3-8