3
2 TINJAUAN PUSTAKA Filtrasi Filtrasi adalah salah satu operasi yang penting dalam proses pemurnian air. Meskipun penyaringan dan sedimentasi menghapus sebagian besar materi tersus pensi,tetapi tidak efektif menghilangkan partikel halus, warna, mineral terlarut dan mikroorganisme. Dalam penyaringan, air yang dilewatkan melalui media filter untuk menghapus partikulat yang sebelumnya tidak dihapus oleh sedimen tasi. Selama filtrasi, masalah kekeruhan dan jenis koloid dihapus atau tertahan di media filter, presipitat warna, dan karakteristik kimia air berubah. Kandungan bakteri air dari unit proses sebelumnya jauh berkurang karena adanya lapisan zoologis aktif pada bagian atas material penyaringan. James Simpson membuat filter pertama untuk Perusahaan Air Chelsea, London, pada 1829. Bentuk paling awal adalah dari filter pasir lambat. Filter pasir cepat diperkenalkan pada 19001910 (Punmia 1979). Mekanisme Filtrasi Mekanisme filtrasi tergantung pada kualitas air, karakteristik flok dari partikulat, media filter dan kecepatan filter. Adapun mekanisme filtrasi yang penting (Punmia 1979) antara lain : 1. Mekanisme penyaringan Merupakan proses penyaringan zat padat berukuran besar agar dapat lolos melewati media berpori yang biasanya terjadi di permukaan media filter. Proses ini terjadi di permukaan filter dan tidak bergantung pada kecepatan filtrasi. Clogging (mampet) pada unit filter akan mengurangi porositas media sehingga secara teoritis dengan bertambahnya waktu akan meningkatkan headloss pada filter. 2. Sedimentasi Sedimentasi merupakan proses pengendapan partikel tersuspensi yang lebih halus ukurannya daripada lubang pori pada permukaan butiran. Sehingga apabila filtrasi berlangsung terus menerus maka akan dapat menyebabkan: - berkurangnya ukuran efektif pori-pori - kecepatan turunnya air berkurang - terjadinya endapan 3. Adsorpsi Adsorpsi adalah proses penghilangan zat pengotor organik dan anorganik yang tidak teradsorpsi dalam air karena adanya gaya tarik-menarik antar partikel pengotor dengan butiran media. Adsorpsi memegang peranan penting dalam proses filtrasi, karena akan menghilangkan partikel yang lebih kecil daripada partikel tersuspensi seperti partikel koloid dan partikel pengotor yang terlarut. Prinsip proses adsorbsi adalah adanya perbedaan muatan antara permukaan butiran dengan partikel pengotor di sekitarnya. Partikel koloid yang berasal dari organik umumnya bermuatan negatif tidak akan teradsorbsi pada saat filter
4
masih bersih dan baru beroperasi. Setelah filtrasi dan banyak partikel bermutan positif yang tertahan di butiran partikel, filter menjadi terlalu jenuh dan bermuatan positif. Sehingga terjadi adsorpsi tingkat kedua, yaitu menarik partikel – partikel koloid yang bermuatan negatif yang berasal dari koloidal organik, seperti anion NO3-, PO43-, dan lain – lain. Apabila adsorpsi tingkat kedua ini telah mencapai kelewat jenuh, maka muatan kembali menjadi negatif dan mengadsorpsi muatan positif dan seterusnya. Semakin lama gaya penyebab adsorpsi menjadi menurun kekuatannya yang diakibatkan karena semakin tebalnya kotoran yang menempel di permukaan filter, begitu pula dengan efisiensi filter juga ikut turun. Sehingga hal ini mengakibatkan banyak kotoran yang melewati filter begitu saja sehingga kualitas effluen menurun dan diperlukan backwash/pencucian. Proses adsorpsi ini mampu menghilangkan partikel yang lebih kecil dari partikel tersuspensi seperti partikel koloid dan molekul kotoran terlarut. Kemampuan adsorpsi hanya terjadi pada jarak yang sangat pendek, tidak lebih dari 0,01 – 1 mm dari permukaan media. Dalam air alam (Alaerts, 1987) ditemui dua kelompok zat, yaitu zat terlarut
Gambar 2 Skala ukuran (diameter) partikel-partikel dalam air alam serta efisiensi dari bermacam-macam jenis filter (Alaerts, 1987) seperti garam dan molekul organis, dan zat padat tersuspensi dan koloidal seperti tanah liat, kwarts. Perbedaan pokok antara kedua kelompok zat ini ditentukan melalui ukuran/diameter partikel-partikel tersebut yang dapat dilihat pada gambar 2. Jenis partikel koloid tersebut adalah penyebab kekeruhan dalam air (efek Tyndall) yang disebabkan oleh penyimpangan sinar nyata yang menembus suspensi tersebut. Partikel-partikel koloid tidak terlihat secara visual sedangkan larutannya (tanpa partikel koloid) yang terdiri dari ion-ion dan molekulmolekul tidak pernah keruh. Larutan menjadi keruh bila terjadi pengendapan
5
(presipitasi) yang merupakan keadaan kejenuhan dari suatu. senyawa kimia. Partikel-partikel tersuspensi biasa, mempunyai ukuran lebih besar dari partikel koloid dan dapat menghalangi sinar yang akan menembus suspensi; sehingga suspensi tidak dapat dikatakan keruh, karena sebenarnya air di antara partikelpartikel tersuspensi tidak keruh dan sinar tidak menyimpang. Zat Padat Tersuspensi sendiri dapat diklasifikasikan sekali lagi menjadi antara lain zat padat terapung yang selalu bersifat organis dan zat padat terendap yang dapat bersifat organis dan inorganis. Zat padat terendap adalah zat padat dalam suspensi yang dalam keadaan tenang dapat mengendap setelah waktu tertentu karena pengaruh gaya beratnya. Penentuan zat padat terendap ini dapat melalui volumnya, disebut analisa Volum Lumpur (sludge volume), dan dapat melalui beratnya disebut analisa Lumpur Kasar atau umumnya disebut Zat Padat Terendap (settleable solids). 4. Aktifitas kimia Didalam filter ada aktifitas kimia, dikarenakan bereaksinya beberapa senyawa kimia dengan oksigen maupun dengan bikarbonat. 5. Aktifitas biologis Aktivitas ini disebabkan oleh mikroorganisme yang hidup didalam filter. Secara alamiah mikroorganisme terdapat didalam air baku dan bila melalui filter dapat tertahan pada butiran filter. Mikroorganisme ini dapat berkembang biak dalam filter dengan sumber makanan yang berasal dari bahan organik dan anorganik yang mengendap di butiran media. Makanan ini sebagian untuk proses hidupnya (disimilasi) dan sebagian lagi digunakan untuk proses pertumbuhannya (asimilasi). Hasil asimilasi terbawa oleh air dan digunakan lagi oleh mikroorganisme lain yang terletak lebih dalam. Dalam hal ini kandungan zat organik akan terurai, misalnya ammonia → nitrit → nitrat yang akhirnya menjadi bahan anorganik seperti H2O, CO2, nitrat, phosphat, dan lainnya (mineralisasi), yang akhirnya sebagian besar keluar bersama effluen. Akibat terbatasnya suplai makanan dari air baku, maka populasi bakteri yang dapat bertahan terbatas pula, dan pertumbuhan seperti ini yang dijelaskan diatas diirngi pula dengan kematian bakteri. Bakteri yang mati ini akan terbawa keluar pada saat pencucian filter.
Klasifikasi Filter Sistem penyediaan air minum (SPAM) di Indonesia pada umumnya tidak menerapkan unit saringan kasar atau Roughing Filter (RF). Kalau kondisi air baku sungai buruk terpaksa membuat unit prasedimentasi (prased) atau semacam kolam penampung air baku, kemudian airnya dialirkan ke unit pengolahan (complete treatment). Pengecualian sumber airnya dari danau atau waduk biasanya tidak perlu lagi dibuatkan unit prased karena keduanya sudah berfungsi sebagai prased alami. Pada dasarnya RF ada dua jenis, dibedakan oleh arah aliran yaitu dari aliran vertikal (VF) dan aliran horizontal (HF). Struktur VF terbatasi kedalaman tempat/ filter bed namun tingkat filtrasi lebih tinggi dan backwash (pencucian) media filter yang memungkinkan/ mudah. Filter HF dapat berukur panjang praktis dan tak terbatas, tapi tingkat filtrasi yang lebih rendah, dan umumnya memerlukan
6
pembersihan manual dari media filter (Schulz and Okun 1984). Cleary,Shawn A. 2005, menyatakan Roughing Filter tidak hanya penting untuk melindungi saringan pasir lambat dari kandungan padatan, tetapi juga penting dalam keseluruhan proses penghilangan patogen, sehingga: selama suhu air dingin (<5oC) sistem pengolahan kurang maksimal, filter masih jalan seadanya hal ini sebagai kontributor yang signifikan untuk penghilangan coliform. Penghilangan kekeruhan dan bakteri coliform secara signifikan lebih baik dalam roughing filter, perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa karena headloss penumpukan dan potensi masalah pembersihan filter, integritas operasional masih dalam pertanyaan, selama periode jangka panjang suhu air hangat. Penghilangan kekeruhan dalam roughing filter secara signifikan meningkat selama suhu air hangat ketika filter biologis lebih matang. Hal ini menunjukkan bahwa pengolahan biologis merupakan mekanisme pengolahan yang penting dalam roughing filter. Roughing filter dibuatkan aliran lebih panjang dari saringan pasir lambat supaya dapat menangkap sejumlah besar padatan sebelum memasuki saringan pasir lambat. Operasi-pemeliharaan RF, membutuhkan waktu tertentu daripada prased maupun kolam penampung. Tetapi dari sisi kualitas olahannya, RF menghasilkan air yang lebih jernih per debit yang sama. Apalagi kalau dilanjutkan dengan unit filter pasir lambat atau fipal (slow sand filter), akan jauh lebih bagus kualitasnya. Dimuka disebutkan metoda ini tepatnya diterapkan pada sistem penyediaan air bersih yang berbasis masyarakat , maka tanggung jawab utama untuk operasi dan pemeliharaan secara skematik penyediaan air harus diberikan kepada masyarakat yang bersangkutan, karena kelancaran pasokan air terutama mem pengaruhi penggunanya. Dengan kata lain kepemilikan dan pengelolaan, menggunakan sumber daya yang tersedia secara lokal dan infrastruktur, karena tidak memerlukan bahan kimia, suku cadang mekanik atau staf yang sangat terlatih (Sandec Skat, 1996) Ciri khas RF adalah medianya. disusun oleh bebatuan (kerikil, koral), filter memiliki ruang antar butir (porositas) yang fungsinya sebagai ruang sedimentasi. Ada ribuan ruang sedimentasi di dalam RF dan ini bergantung pada dimensinya. Selain sedimentasi, terjadi juga fenomena filtrasi dan biomekanisme yang mampu menyisihkan bakteri seperti pada fipal. Bedanya, dalam fipal, penyisihan bakteri dimonopoli oleh lapisan kotor (dirty layer) yang disebut schmutzdecke (Le Craw, R.A. 2006). Kerikil adalah media filter yang umum digunakan meskipun beberapa penelitian telah menyelidiki media lainnya (Tabel 1). Satu studi lapangan HRF dilaksanakan oleh Losleben,2008, pada Proyek Blue Nile Health bereksperimen dengan media patahan batu bata dibakar. Proyek lain RF di Indonesia digunakan ijuk sawit serat,hasil dari tes ini menunjukkan bahwa kinerja menukar kerikil dengan ijuk di kompartemen pertama meningkatkan penghilangkan kekeruhan sebesar 28%. Dibandingkan dengan sepenuhnya mengganti kerikil dengan batu bata bakaran menurunkan kinerja filter sebesar 10%. Sebuah studi percontohan HRF dua bulan yang dilakukan di International Institute of Water and dan Environmental Engineering (“2IE”) dengan menggunakan Dam Loumbila sebagai sumber air minum utama untuk Ouagadougou, hanya menunjukkan rata-rata reduksi 32% kekeruhan. Perbandingan 3 lokasi proyek tersebut HRF dan kriteria desain utama mereka adalah diberikan dalam Tabel 1.
7
Tabel 1 Perbandingan penggunaan media filter
Media
Proyek Blue Nile Health Sudan (referensi dari Wagelen, 1996)
Plumbon, Indonesia (Studi dari Universitas Delft yang dikutip oleh Wegelin, 1996)
Pecahan batu bata bakar
Krikil dan serat ijuk sawit
krikil
Kecepatan aliran filtrasi
0,30 m/h
Panjang filter dan ukuran media (mm)
270 cm, 30 - 50 85 cm, 15 - 20 85 cm, 5 - 10
--Bak pertama diisi serat ijuk sawit; kemudi an krikil 16 - 25 mm
Turbidity (NTU): Air baku 40 - 500 Air sebelum 5 - 50 penyaringan Coli tinja (#/ 100 ml): Air baku Air sebelum penyaringan Pengurangan turbidity
>300* <25* 77%
krikil
Ouagadougou Burkina Faso Institut Air dan Teknik Lingkungan International (Sylvain, 1989) Krikil kuarsa
1,0 m/h
16-25 mm
400 cm, 15 - 25 15 cm, 5 - 15
---
5 - 50
---
4 - 19
---
---
---
---
---
---
87%
67%
39%
32%
*sebagai E.Coli
Sumber: Losleben,2008, Proyek Blue Nile Health.
Meskipun media filter halus paling efektif menghilangkan partikel, media kasar adalah diperlukan untuk memungkinkan lebih banyak ruang endap untuk penyimpanan padatan dan meringankan beban pembersihan saringan. Dengan pemikiran ini, berbagai penelitian telah diselidiki efek yang berbeda terhadap penghilangan ukuran partikel yang berbeda dari University College London mengeksplorasi pretreatment perairan yang sangat keruh di India dengan matriks filtrasi kerikil, meneliti akurasi model untuk memprediksi kinerja filtrasi berdasarkan ukuran partikel. Di University of Notre Dame, HRF skala laboratorium diselidiki apakah penghilangan lempung koloid dari Cascade Mountain dapat ditingkatkan melalui penggantian media yaitu lime stones (batu kapur) terlarut memberikan waktu endap dengan destabilisasi partikel tanah liat melalui flokulasi dan sedimentasi(Losleben 2008).
8
Pengalaman praktis yang lain dengan roughing filter untuk pengolahan air, telah diterapkan di banyak negara untuk pengolahan air minum (Onyeka Nkwonta et.al, 2009). Pada bagian ini, gambaran singkat dari pengalaman di beberapa negara dalam tabel 2.
Tabel 2 Penerapan roughing filter pada pengolahan air minum Referensi Pacini (2005), Sri Langka Dome (2000), Sri Langka Mahvi (2004) Ochieng and Otieno (2004), Afrika Dastanaie (2007), Iran Jayalath (1994), Sri Langka Rabindra (2008) Mukhopadhay(2008), India
Kecepatan Parameter uji penyaringan 1,20 m/h Iron and Manganese 0,3 m/h Algae and Turbidity 1,5 m/h Turbidit 0,75 m/h Turbidity and Algae 1,8 m/h Turbidity, TSS and Coliforms 1,5 m/h Colour and turbidity 1,0 m/h TSS and turbidity 0,75 m/h Turbidity
Persen penghilangan 85% and 95% 95% and 90% 90% 90% and 95% 63.4%, 89% and 94% 50% and 60% 95% and 95% 75%
Sumber : Onyeka Nkwonta et.al, 2009 Pada penelitian dengan menggunakan horizontal flow roughing filter (Jafari Dastanaie A.; et al, 2007), dipantau kualitas air outlet, parameter seperti total padatan tersuspensi (TSS), kekeruhan, warna dan coliform fecal serta ion seperti besi dan mangan yang dibandingkan antara air masuk dan keluar. Perbandingan antara nilai-nilai parameter yang disebutkan di inlet dan outlet air diilustrasikan dalam gambar 3 dan 4,fungsi keseluruhan dari filter dalam menghilangkan kekeruhan dan TSS dapat diterima. Selain itu, besi, mangan dan penghilangan warna sampai batas tertentu. Variasi pencemaran coliform di inlet dan outlet air juga dipantau. Penghilangan mikroorganisme membaik dengan tingkat filtrasi yang lebih rendah dan dengan ukuran yang lebih kecil pasir di unit filter. Mengamati penghapusan total coliform lebih besar dari 98% untuk ukuran pasir yang efektif 0,29 mm dibandingkan removal 96% untuk ukuran pasir 0,62 mm, filter memiliki kedalaman dan laju filtrasi yang sama. Secara finansial, mengingat efisiensi penyisihan dari pencemaran coliform, total padatan tersuspensi (TSS), mangan, kekeruhan, warna dan besi masingmasing, sistem ini telah menunjukkan hasil yang meyakinkan. Hasil yang dicapai dalam penelitian ini menunjukkan bahwa horisontal roughing filtrasi dapat dianggap murah dan efisien pada proses pengolahan pendahuluan air permukaan yang digunakan sebagai pasokan air. Selanjutnya, sebagai kasus dalam penelitian ini dapat dipertimbangkan untuk pasokan air tidak mengandung polutan utama untuk memnuhi kebutuhan masyarakat skala kecil.
9
Table 3 Karakteristik dari suatu percobaan horizontal-flow roughing filter Parameter
Unit Value
Debit aliran
Kecepatan aliran
Kedalaman
L/det
mtr/jam
mtr
3.5
1.8
2
Lebar
Panjang bak/saluran Kesatu
Kedua
Ketiga
mtr
mtr
mtr
mtr
5
3
2.30
1.80
Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007
Table 4 Efisiensi pengilangan parameter partikel melalui penyaringan Parameter
Unit
Inlet
Turbidity NTU 3.528 Color mg/L 0.8 Iron mg/L 0.083 Manganese mg/L 0.0417 TSS mg/L 18.93 Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007
Outlet
Removal Efficiency %
1.29 0.6 0.07 0.015 1.95
63.4 20 15.6 64 89.7
Sistem ini dapat diajukan sebagai sistem pengolahan total, di mana diperlakukan air keluar dari filter dapat dikirimkan ke jaringan distribusi setelah pasca klorinasi sederhana. Menurunkan tingkat filtrasi sebesar 1 m/jam atau bahkan kurang dan meningkatkan panjang filter disarankan untuk mendapatkan efisiensi yang lebih dalam penghilangan kasus keberadaan polusi lagi. Menjaga paket ini di dalam ruangan sangat dianjurkan untuk mencegah ketidaknyamanan yang disebabkan oleh angin, curah hujan, dan lainnya.
Gambar 3 Nilai turbidity air yang melewati bagian inlet dan outlet Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007
10
Gambar 4 Nilai total suspended solid (TSS) air yang melewati bagian inlet dan outlet (Jafari Dastanaie A.; et al, 2007) Aplikasi di Eropa, Instalasi Pengolahan Air (Waterworks) dari Dortmund, Jerman (Wagelin,Martin et al,1993) menghidupkan kembali proses filter roughing aliran horisontal 50-70 m panjang yang dipasang di cekungan tanah liat yang dipadatkan, diisi dengan kerikil kasar dari 32-64 mm. Kira-kira ini. 1 m tidur dalam filter diisi/ditutupi oleh lapisan krikil setebal 40 cm dari ukuran 8-16 mm kerikil. HFRF mengurangi kekeruhan sebesar 85% dan memungkinkan mencapai 5 kali lebih lama beroperasi penyaringandan diterus dengan filter pasir lambat. Selain proses penghilangan padatan berbagai macam material terjadi, 90 sampai 99% bakteri dihilangkan, 15% dari angka DOC lebih dari 50% dari konsentrasi logam berat. Tabel 5 Aplikasi horizontal flow roughing filter di Eropa Sistem Penyediaan Air Dortmund, Germany
Bentuk Membujur
Graz, Austria
Kecepatan filtrasi (vp) 15-20 mtr/jam
Ukuran gravel/krikil (dg) dg 1 = 32-64 mm dg2 = 8-16 mm
14-18 mtr/jam
dg = 8-32 mm
Aesch, Swizerland
5-10 mtr/jam
dg = 50-80 mm
Developing countries
0,5-20 mtr/jam
dg 1 = 12-18 mm dg 2 = 8-12 mm dg 3 = 4-8 mm
Sumber : Wagelin, Martin et al, 1993
11
Mekanisme filtrasi lebih lanjut yaitu penahanan padatan tersuspensi oleh RF, prosesnya agak kompleks mencakup sedimentasi adsorpsi dan biologi serta kegiat an biokimia. Pada dasarnya, seperti yang diilustrasikan pada gambar 5 dibawah, partikel padatan harus diangkut kepermukaan dan tetap melekat pada permukaan media yang sebelumnya diubah proses biologi dan biokimia, terakhir yang penting untuk menghilangkan kotoran yang larut.
Aliran air baku membawa partikel / turbiditas menerobos poros diantara media/ krikil
Terjadi Pelekatan partikel pada permukaan media yang dilalui
Pelekatan terus seiring aliran terjadi proses biokima perubahan bentuk seperti lapisan lendir
Gambar 5 Pemisahan partikel pada RF,Sandec - SKAT, 1996
Klasifikasi Tipe Filter RF Tipe filter RF diklasifikasikan menjadi beberapa tipe filter, ukuran media filter serta filtration rate/laju filtrasi seperti disajikan pada Tabel 3 : Tabel 6 Klasifikasi Media Filter, Sandec – SKAT, 1996 Tipe Filter
Ukuran Material Filter dia [mm] rock filter > 50 roughing filter 20 – 4 rapid sand filter 4–l slow sand filter 0,35 – 0,15 Sumber : Sandec – SKAT, 1996
Laju Filtrasi v F [m/h] 1–5 0,3 – 1,5 5 – 15 0,1 – 0,2
Roughing Filter umumnya terletak di instalasi pengolahan dan digunakan sebagai proses pretreatmen (pengolahan pendahuluan). Filter ini dapat dioperasikan baik sebagai filter upflow, downflow atau horizontal-aliran. Fraksi kerikil yang berbeda dari RF dipasang seadanya baik dikompartemen yang terpisah dan dioperasi secara seri, atau kerikil ukuran berbeda ditempatkan dalam lapisan yang sama.
12
Gambar 6 RF tipe aliran dari atas, Sandec - Skat, (1996)
Gambar 7 RF tipe aliran dari bawah, sumber:Sandec - Skat, (1996) Horisontal-Flow Roughing Filter (HRF) Panjang filter HRF tak terbatas dan tata letak sederhana adalah keuntungan utama dari horizontal flow roughing filter. Umumnya, struktur dangkal tidak menciptakan masalah struktural, dan panjang filter tidak terbatas pada beberapa meter. Selanjutnya, tata letak sederhana tidak memerlukan struktur hidrolik tambahan dan instalasi seperti pada aliran vertikal roughing filter. Air baku berjalan dalam arah horizontal dari kompartemen masuk, melalui serangkaian bahan saringan berbeda dipisahkan oleh dinding berlubang, ke outlet filter seperti Gambar 8, Sandec - Skat, 1996.
Gambar 8 Horisontal-Flow Roughing Filter, Sumber:Sandec - Skat, (1996)
13
Penjelasan simbol : dg H L123 W A
mm m m m m2
gravel size filter depth filter length filter width filter crosssection area
ΔH Q Qd v F v d
cm m3/h m3/h m/h m/h
maximal headloss flow rate drainage rate filtration drainage rate
Tabel 7 Ukuran gravel, panjang Bangunan HRF Unit/Bak
Ukuran gravel 12 - 18 mm 8 - 12 mm 4 - 8 mm
Simbol
Panjang
L1
2 - 4 m
L2 L3
1 - 3 m 1 - 2 m
Pedoman perancangan HRF diatas :
………………………....(1) ………………………..(2) .………………………………………………(3) …………………………….…………. (4)
Bahan filter berkisar ukuran antara 4 dan 20 mm, dan biasanya didistribusi kan sebagai fraksi kasar, sedang dan halus dalam tiga kompartemen penyaring berikutnya.Untuk mencegah pertumbuhan ganggang difilter, tingkat air yang disimpan dibawah permuka an bahan filter dengan pipa buangan ditempatkan di outlet filter. Filtrasi pada horizontal flow roughing filter berkisar antara 0,3 dan 1,5 m /jam. Telah didefinisikan disini sebagai beban hidrolik (m³ /jam) per unit area bagian vertical (m2) filter. Panjang filter tergantung pada kekeruhan air baku dan biasanya terletak dalam waktu 5 sampai 7 meter. Dengan kompartemen filter yang panjang, horisontal-flow roughing filter dapat menangani kekeru han dengan singkat pada puncak kekeruhan 500 sampai 1.000 NTU. Secara kuantitatif jumlah air yang dipindahkan (pemindahan air) dapat diukur menggunakan hukum Darcy terutama pada kondisi jenuh dengan penekanan pada keterhantaran hidrolik jenuh (Ks). Dengan demikian terdapat hubungan keterhantaran hidrolik jenuh dengan permeabilitas. Dalam hukum Darcy keterhantaran hidrolik jenuh adalah konstanta yang menunjukkan
14
hubungan linier antara 2 variabel yaitu kecepatan aliran air dan gradient hidrolik (Kemala, 2007).
Kualitas Air Hasil Filtrasi Parameter kualitas air yang diperhatikan dalam analisa aliran air dan bahan terlarut melalui HRF yaitu kekeruhan dan angka permanganate/zat organik : 1) Parameter Kekeruhan Turbiditas atau kekeruhan digunakan untuk menyatakan derajat kegelapan di dalam air yang disebabkan oleh bahan-bahan yang melayang. Kekeruhan biasanya terdiri dari partikel organik maupun anorganik yang berasal dari DAS (Daerah Aliran Sungai). Kekeruhan erat sekali hubungannya dengan kadar zat tersuspensi karena kekeruhan pada air memang disebabkan adanya zat-zat tersuspensi yang ada dalam air tersebut. Zat tersuspensi yang ada dalam air terdiri dari berbagai macam zat, misalnya pasir halus, tanah liat dan lumpur alami yang merupakan bahan-bahan anorganik atau dapat pula berupa bahan-bahan organik yang melayang-layang dalam air. Bahan-bahan organik yang merupakan zat tersuspensi terdiri dari berbagai jenis senyawa seperti selulosa, lemak, protein yang melayang-layang dalam air atau dapat juga berupa mikroorganisme seperti bakteri, algae, dan sebagainya. Bahan-bahan organik ini selain berasal dari sumber-sumber alamiah juga berasal dari buangan kegiatan manusia seperti kegiatan industri, pertanian, pertambangan atau kegiatan rumah tangga. Penunjukan kinerja HRF yang dirancang buat di Ghanasco Dam (Losleben, 2008) tampak gambar 11, dibuat rancangan untuk memenuhi kebutuhan 10.000 orang dimana kebutuhan utama air 7,5 L/pp/ hari, maka dirancang Debit Q = 75.000 L/day atau 3,12 m3/h, dibuat kecepatan aliran q = 1,6 m/jam dengan luas penampang A = 1,95 m2 serta kedalaman z = 1 m dan lebar y = 2 m, media filter dari krikil granit, pada musim hujan kadar kekeruhan air dam T = 700 NTU, saluran HRF ditentukan dengan memvariasikan panjang (x) saluran menjadikan hasil kekeruhan mencapai 20 NTU berarti penghilangan kekeruhan sama dengan 97%. Saluran ini memiliki proporsi yang media filter besar (50%), sedang (36%), dan media kecil (14%) panjang desain saluran HRF, 45 m, seperti pada gambar10.
Gambar 9 Bendungan/Ghanasco Dam (kiri) dan Bagian tepian Ghanasco Dam (kanan). Sumber: Losleben, 2008
15
Air Baku
Q masuk
Air filtr at
Q keluar
Gambar 10 Dimensi Horisontal-Flow RF Ghanasco Dam, Sumber: Losleben, 2008
Selain pertimbangan desain teknis, sebelum saluran ini HRF desain dianggap sesuai, proses perencanaan partisipatif masyarakat dan pembangunan disekitar perlindungan sumber, penggunaan air, pengolahan air harus dimulai dan biaya total yang harus dihitung. Mengingat biaya yang murah dan desain yang fleksibel, variasi HRF telah diimplementasikan di kamp pengungsi Sudan menggunakan parit tanah dilapisi dengan kedap plastik, atau terpal plastik yang sangat kuat ini bisa menjadi pilihan yang lebih murah di daerah pedesaan wilayah utara Ghana. Ini juga akan bijaksana untuk menyelesaikan analisis biaya-manfaat dan analisis multi-tujuan atau keberlanjutan pilihan pengolahan berbasis masyarakat lainnya untuk air yang sangat keruh, seperti sumur bor atau koagulasi. Penyelesaian kesehatan dasar survei sebelum pelaksanaan proyek dan beberapa saat setelah intervensi akan memungkinkan kesimpulan yang bisa ditarik pada sistem HRF-SSF berdampak pada pengurangan beban penyakit diare. 2) Parameter Zat Organik Adanya zat organik dalam air menunjukan bahwa air tersebut telah tercemar oleh kotoran manusia, hewan atau oleh sumber lain. Zat organik merupakan bahan makanan bakteri atau mikroorganisme lainnya . Makin tinggi kandungan zat organik didalam air, maka semakin jelas bahwa air tersebut telah tercemar. Lebih lanjut (Soewasti S.S, 1996) kadar zat organik yang berlebih dalam air minum tidak diperbolehkan karena selain menimbulkan warna, bau, dan rasa yang tidak diinginkan, juga mungkin bersifat toksik baik secara langsung maupun setel ah bersenyawa dengan zat lain yang ada. Zat organik yang ada dalam air minum dapat berasal dari alam atau sebagai dmpak dari kegiatan manusia. Yang berasal dari alam misalnya asam humat (humic acid) dari daun dan batang pohon yang membusuk; senyawa nitrogen (amina) dan senyawa sulfuric (merkaptan) yang berasal dari mikroorganisme yang membusuk. Manusia dalam kehidupan seharihari membuang limbah berupa tinja, limbah cair, limbah padat dan gas baik yang berasal dari kegiatan rumah tangga maupun dari kegiatan pertanian/kehutanan, industri, transportasi, pertambangan dansebagainya. Kegiatan pertanian/kehutanan menghasilkan limbah organik berupa pestisida dan pupuk; industri mengeluarkan limbah organik sesuai produk dan prosesnya; transportasi mengeluarkan hidro karbon dan senyawa organic lain; kegiatan pertambangan juga menghasilkan
16
limbah hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Di kota-kota besar, air minum yang diterima konsumen melalui jaringan distribusi seringkali masih berwarna, berbau dan berasa tidak sedap. Penyebabnya antara lain karena tingginya kandungan organik dalam air baku baik pada kemarau panjang maupun musim hujan serta banyaknya kebocoran pipa distribusi. Konsumen awan menilai kualitas air dari penampilan fisik yaitu kekeruhan, warna, baud an rasa yang langsung dapat dilihat/dirasakan tanpa bantuan analisis laboratorium. Meskipun dari segi mikrobiologik air minum dari Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) lebih aman, amun banyak konsumen yang ahirnya memutuskan sambungan dengan PDAM dan beralih ke air tanah atau mereka berlangganan air kemasan untuk minum dan hanya menggunaan air dari PDAM untuk mandi dan cuci. Keadaan seperti ini tentu tidak kita kehendaki. Oleh karena it perlu dcari cara untuk menghilangkan atau menekan serendah mungkin kadar zat organik dalam air minum. Bilangan permanganat adalah jumlah mg KMnO4 yang diperlukan untuk mengoksidasi zat organik yang terkandung didalam satu liter contoh air. Menurut SNI-06-6989.22-2004, prinsip uji zat organik di dalam air dioksidasi dengan KMnO4 direduksi oleh asam oksalat berlebih. Kelebihan asam oksalat dititrasi kembali dengan KMnO4, reaksi kimia yang tejadi: a) Reaksi oksidasi KMnO4 dalam kondisi asam, bila kandungan klorida dalam air kurang 300 mg/liter sebagai berikut : 2 KMnO4 + 3 H2SO4 2 MnSO4 + K2SO4 + 5 On Zat Organik dalam sampel air dioksidasi oleh larutan KMnO4 standar terukur berlebih dalam suasana asam, sisa KMnO4 direaksikan dengan larutan C2H2O4 standar terukur berlebih. Sisa C2H2O4 dititrasi dengan larutan KMnO4 sampai titik akhir (TA) tidak berwarna ke merah sangat muda. b) Reaksi oksidasi KMnO4 dalam kondisi basa, bila kandungan klorida dalam air lebih 300 mg/liter sebagai berikut : 2 KMnO4 + H2O 2 MnO2+ KOH + 3 On+ 3 H2O Zat Organik dalam sampel air dioksidasi oleh larutan KMnO4 standar terukur berlebih dalam suasana basa, sisa KMnO4 direaksikan dengan larutan C2H2O4 standar terukur berlebih dalam suasana asam. Sisa C2H2O4 dititrasi dengan larutan KMnO4 sampai titik akhir (TA) tidak berwarna ke merah sangat muda. c) Zat organik dapat dioksidasi dengan reaksi sebagai berikut : C2H2O + On 2CO2 + H2O
