69
III. METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di wilayah Kali Surabaya yang menerima beban limbah domistik, industri, dan pertanian. Pemilihan Kali Surabaya sebagai obyek penelitian didasarkan atas : (1) permasalahan pencemaran air Kali Surabaya telah menjadi isu daerah Jawa Timur bahkan isu nasional yang melibatkan multistakeholder; (2) Kali Surabaya dimanfaatkan sebagai sumber air minum PDAM kota Surabaya sementara tingkat pencemaran terus meningkat; (3) aktivitas industri di bantaran Kali Surabaya terus meningkat disertai peningkatan beban pencemaran akibat limbah industri yang dihasilkan; (4) tanpa tindakan pengendalian pencemaran Kali Surabaya berisiko terhadap kesehatan masyarakat. Penelitian lapangan dilaksanakan selama 7 bulan mulai Agustus 2009 hingga Februari 2010. Lokasi penelitian ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6 Lokasi penelitian. Penentuan stasiun/lokasi pengambilan contoh air sungai untuk menentukan parameter fisik dan kimia air dilakukan secara purposive sampling yang dibedakan berdasarkan jarak dari Dam Jagir dan pertimbangan bahwa lokasi tersebut merupakan kawasan industri dan kawasan padat pemukiman. Enam
70
lokasi pengambilan contoh yang dipilih adalah: (1) Bendung Gunungsari (2.60 km); (2) Jembatan Sepanjang (6.50 km); (3) Karangpilang (8.25 km); (4) Tambangan Bambe (12.00 km); (5) Tambangan Cangkir (15.60 km); dan (6) Jembatan Jrebeng (24.10 km). Penentuan lokasi pengambilan contoh air minum PDAM untuk menentukan kualitas fisik dan kimia air dan memprediksi risiko dampak pencemaran terhadap kesehatan masyarakat juga dilakukan secara purposive sampling berdasarkan jarak dari Karangpilang yang merupakan lokasi intake PDAM. Pengambilan contoh air dilakukan pada setiap stasiun secara komposit tempat yaitu campuran beberapa sampel pada satu aliran dari beberapa titik dengan volume dan waktu yang sama, sehingga dengan metode komposit ini diharapkan dapat mewakili kondisi perairan dari semua strata kedalaman pada masing-masing stasiun pengamatan. Lokasi pengambilan contoh air untuk penentuan kualitas air Kali Surabaya ditunjukkan pada Gambar 7.
Gambar 7 Lokasi sampling kualitas air Kali Surabaya. 3.2 Kondisi Umum Lokasi Penelitian Kali Surabaya memiliki panjang sekitar 41 km mulai dari Dam Mlirip hingga Dam Jagir/Ngagel. Lebar sungai bervariasi 60 hingga 100 meter. Debit air Kali Surabaya bervariasi sepanjang tahun (berkisar 20 hingga 100 m3/detik),
71
sementara berdasarkan data Perum Jasa Tirta, diketahui Debit di Dam Mlirip bervariasi 7 hingga 70 m3/detik (Masduki & Apriliani 2008). Kali Surabaya mempunyai beberapa anak sungai utama, yaitu Kali Kedungsumur, Kali Marmoyo, Kali Banjaran, Kali Tengah, dan Kali Kedurus. Anak sungai tersebut merupakan penyumbang pencemaran yang besar yang berasal dari limbah industri, limbah domestik, dan limbah pertanian. Kali Surabaya mempunyai catchment area yang luas, termasuk catchment area anak sungainya. Kali Kedungsumur mempunyai catchment area sekitar 99 km2, alirannya berasal dari Watudakon yang melintasi Kali Brantas melalui siphon dan masuk ke Kali Surabaya sekitar 1.5 km setelah Dam Mlirip. Kali Banjaran mengalirkan air dari kawasan perkampungan di daerah Krikilan. Aliran Kali Banjaran ini memasuki Kali Surabaya sekitar 20.5 km setelah Dam Mlirip. Aliran Kali Tengah masuk ke Kali Surabaya sekitar 30 km setelah Dam Mlirip. Kali Tengah merupakan saluran air limbah yang berasal dari beberapa industri di sepanjang Kali Tengah. Aliran air Kali Kedurus masuk ke Kali Surabaya sekitar 39 km setelah Dam Mlirip atau sekitar 170 m setelah Dam Gunungsari. Kali Kedurus merupakan saluran air limbah yang berasal dari rumah tangga di sekitar Kali Kedurus. catchment area Kali Kedurus sekitar 71 km2. Penggunaan utama air Kali Surabaya sesuai dengan peruntukannya adalah untuk air baku air minum (berdasarkan SK Gubernur Jatim No. 413/1987 Kali Surabaya ditetapkan sebagai sungai golongan B). Penggunaan lainnya adalah untuk air industri, irigasi, dan perikanan. 3.3 Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah contoh air sungai, contoh air minum PDAM Karang Pilang, NaOH, H 2 SO 4 , Na 2 SO 3 , NH 4 Cl, larutan penyangga borat, H 3 BO 3 , larutan natrium fenolat, larutan NaClO, K 2 Cr 2 O 7 , HgSO 4 , Ag 2 SO 4 , indikator feroin, fero amonium sulfat Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .6H 2 O, asam sulfamat, MnCl2 , KI, larutan standar Na 2 S 2 O 3 , pereaksi Nessler, brusin, larutan NaCl, NaNO 3 , NaNO 2 , akuades, larutan sulfanilamid, larutan N-(1naftil)-etilendiamin dihidroklorida, amonium molibdat, SnCl2 , larutan standar fosfat, indikator fenolptalein, Hg(NO 3 ) 2 , Pb(NO 3 ) 2 , dan Cd(NO 3 ) 2 .
72
Peralatan yang digunakan dalam penelitian meliputi: seperangkat peralatan gelas untuk analisis kimia air, van dorn water sampler, coolbox, termometer, pHmeter, konduktometer, quesioner, spektrofotometer, atomic absorption spectrometry (AAS), software expert choise, dan software powersim. 3.4 Metode Pengumpulan Data Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah analisis deskriptif kuantitatif dengan menggunakan data primer dan data sekunder yang dirancang untuk mendeskripsikan kondisi fisik, kimia, sosial dan ekonomi sebagai kondisi eksisting lingkungan. Pengumpulan data primer dilakukan melalui wawancara, kuisioner, survei lapangan serta pengukuran langsung di lapangan dan di laboratorium terhadap parameter fisik, kimia air Kali Surabaya dan air limbah. Wawancara pakar dilakukan untuk memperoleh data tentang kegiatan reduksi beban pencemaran, teknologi pengendalian pencemaran, dan identifikasi elemen kunci dalam analisis prospektif. Kuesioner digunakan untuk memperoleh data persepsi dan partisipasi masyarakat dalam pengendalian pencemaran dan data sosial ekonomi masyarakat. Studi kasus dan literatur digunakan untuk memperoleh data sekunder dari instansi terkait atau literatur terutama hasil-hasil penelitian dengan kasus yang serupa. Data sekunder yang dikumpulkan meliputi jumlah penduduk, hotel, industri, debit buangan limbah industri, debit air Kali Surabaya, kadar parameter pencemar bersumber dari limbah industri, limbah hotel, dan saluran buangan, serta anak sungai. Untuk menentukan jumlah penduduk yang akan disurvei untuk pengumpulan data persepsi masyarakat dan data sosial ekonomi masyarakat di sekitar bantaran Kali Surabaya digunakan teknik pengambilan contoh secara purposive sampling. Jumlah sampel responden ditentukan dengan menggunakan rumus Storin dan Bag (Fauzy 2001). Rumus penentuan jumlah sampel menurut Storin dan Bag adalah: n=
N n + Ne 2
Keterangan: n = ukuran sampel minimal; N = ukuran populasi; e = batas kesalahan yang diinginkan
(6)
73
3.5 Rancangan Penelitian 3.5.1 Penentuan Kualitas Air Parameter kualitas air mencakup parameter fisika dan kimia yang menggambarkan kondisi kualitatif perairan Kali Surabaya dan kualitas air minum PDAM dari semua lokasi pengambilan contoh. Analisis parameter kualitas air menggunakan metode APHA (1998). Parameter kualitas air yang dianalisis beserta metode, peralatan, dan tempat analisis disajikan dalam Tabel 17. Tabel 17 Parameter kualitas air dan metode analisis serta alat yang digunakan Parameter I. Fisika 1. suhu 2. Konduktivitas 3. TSS II. Kimia 1. pH 2. DO 3. COD 4. BOD 5. NH 3 (Amonia) 6. N-Nitrat 7. N-Nitrit 8. Fosfat 9. Kadar Hg 10. Kadar Pb 11. Kadar Cd
Satuan
Metode Analisis
Peralatan
Tempat Analisis
mg/l
Pemuaian Konduktometri Gravimetri
Termometer Konduktometer Neraca Analitik
In situ In situ Laboratorium
mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l
Potensiometri Titrasi Winkler Titrimetri Titrimetri Spektrofotometri Spektrofotometri Spektrofotometri Spektrofotometri Spektrometri Spektrometri Spektrometri
pHmeter Peralatan titrasi Peralatan titrasi Peralatan titrasi Spektrofotometer Spektrofotometer Spektrofotometer Spektrofotometer AAS AAS AAS
In situ Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium
0
C µ mho
3.5.2 Beban Pencemaran dan Tingkat Pencemaran Data yang dibutuhkan untuk menentukan beban pencemaran dan tingkat pencemaran adalah sumber pencemar, nilai parameter pencemar, debit air limbah, dan nilai parameter fisik kimia air Kali Surabaya. Pengumpulan data dilakukan melalui analisis parameter pencemar (in situ dan laboratorium), wawancara, dan data sekunder. Sumber pencemar yang diidentifikasi adalah industri, pemukiman, dan hotel. Sumber pencemar industri adalah industri yang mengalirkan limbah ke Kali Surabaya, terdiri atas industri yang membuang limbah zat organik dan industri yang membuang limbah logam terlarut. Pengumpulan data beban limbah industri, pemukiman, hotel, saluran buangan domestik, saluran limbah pertanian, dan limbah lewat anak sungai mencakup lokasi, debit air limbah, dan parameter
74
pencemar dilakukan melalui survei lapangan, wawancara, data sekunder, dan pengukuran bersama PJT-I. 3.5.3 Proyeksi Risiko Dampak Pencemaran Hg, Cd, dan Pb terhadap Kesehatan Data dan informasi yang dibutuhkan untuk mengkaji proyeksi risiko dampak pencemaran terhadap kesehatan adalah: (1) dosis referensi untuk setiap jenis spesi kimia risk agent; (2) konsentrasi spesi kimia risk agent dalam air minum PDAM, air sungai, dan sedimen. Pengumpulan data untuk proyeksi risiko dampak dilakukan melalui analisis kimia terhadap contoh air Kali Surabaya dan contoh air Kali Surabaya dan air minum PDAM yang bersumber dari Kali Surabaya, serta data sekunder terutama nilai default dari Exposure Factor Handbook (EPA 1990) dan reference dose (RfD) dari Integrated Risk Information System (IRIS 2007). 3.5.4
Pemilihan Kegiatan Reduksi Beban Pencemaran yang Efektif dan Efisien Pemilihan kegiatan reduksi beban pencemaran yang efektif dan efisien,
dikembangkan untuk menentukan pilihan alternatif dari berbagai kegiatan yang diusulkan dalam menurunkan beban pencemar pada kali surabaya. Teknik pengambilan keputusan yang digunakan adalah AHP. Alternatif kegiatan reduksi beban pencemaran ditentukan berdasarkan sumber dari pakar dan pustaka. Berdasarkan hasil kajian pustaka dan wawancara mendalam dengan pakar, berhasil diidentifikasi sepuluh alternatif kegiatan reduksi beban pencemaran Kali Surabaya, yaitu: (1) Pembuatan UPL komunal, (2) Penerapan pajak limbah pencemar industri, (3) Pemantauan kualitas limbah dan sumber air, (4) Penyuluhan, (5) Pengetatan sistem perijinan pembuangan limbah, (6) Sistem penegakan hukum lingkungan, (7) Penetapan kelas air Kali Surabaya, (8) Penetapan daya tampung beban pencemaran, (9) Relokasi industri, dan (10) Penataan ruang. Kriteria yang digunakan untuk menentukan prioritas kegiatan reduksi beban pencemaran adalah: (1) Keadilan, (2) Keberlanjutan, (3) Partisipasi masyarakat, (4) Prosedur dan persyaratan, (5) Efisiensi, dan (6) Kemudahan manajemen. Pakar yang dilibatkan dalam penelitian ini minimal harus memenuhi salah satu kriteria/persyaratan, yaitu (1) Mendapatkan pendidikan formal S2/S3 pada
75
bidang yang dikaji, (2) Berpengalaman dalam bidang yang dikaji, dan (3) Praktisi dalam bidang yang dikaji. 3.5.5 Pemilihan Teknologi Pengendalian Pencemaran Air Pemilihan teknologi pengendalian pencemaran air, dikembangkan untuk menentukan pilihan teknologi pengendalian pencemaran air yang paling efektif. Teknik pengambilan keputusan yang digunakan adalah teknik perbandingan indeks kinerja (comparative performance index, CPI). Alternatif teknologi pengendalian pencemaran air untuk berbagai teknologi pengolahan kimia, fisika, biologi atau kombinasinya ditentukan berdasarkan sumber dari pustaka dan pakar. Alternatif teknologi pengendalian pencemaran air yang berhasil diidentifikasi berdasarkan pendapat pakar adalah: (1) Pengendapan, (2) Screening, (3) Wastewater garden, (4) Filtrasi, (5) Lumpur aktif, (6) Disinfeksi, dan (7) Biofilter, sedangkan kriteria yang digunakan untuk penilaian alternatif adalah: (1) Efisiensi pemisahan; (2) Biaya investasi; (3) Produk samping; (4) Biaya operasional; dan (5) Kemudahan pengoperasian. 3.5.6 Desain Model Pengendalian Pencemaran Air Data yang diperlukan untuk mendesain model pengendalian pencemaran air Kali
Surabaya
adalah
beban
pencemaran
yang
berasal
dari
limbah
pemukiman/domestik, limbah hotel, limbah pertanian, dan limbah industri. Pengumpulan data tentang sumber-sumber pencemaran dan jenis pencemar yang masuk ke Kali Surabaya dilakukan melalui data sekunder dan wawancara. Sumber pencemar yang didata adalah pemukiman, hotel, industri, dan pertanian, sedangkan parameter yang didata adalah jumlah masing-masing sumber, jumlah pemakaian air, jumlah rumah tangga dan penduduk, debit air limbah, sarana pembuangan dan pengolahan limbah. Desain model dilakukan untuk melihat perilaku sistem dalam membantu perencanaan strategi pengendalian pencemaran air Kali Surabaya. Model bersandar pada hasil pendekatan kotak gelap dan kondisi faktual hasil studi yang dikombinasikan dengan konsep teoritis dari berbagai kepustakaan. Perangkat lunak yang digunakan sebagai alat bantu pemodelan sistem adalah powersim.
76
3.6 Analisis Data 3.6.1 Analisis Fisika dan Kimia Kualitas Air Analisis parameter fisika dan kimia air sungai dan air minum PDAM mengacu pada metode APHA (1998). Hasil analisis kualitas air dari semua lokasi pengambilan contoh dibandingkan dengan Baku Mutu Perairan yaitu Peraturan Pemerintah Nomor 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. 3.6.2 Analisis Status Kualitas Air Metode yang digunakan untuk menentukan status kualitas air atau indeks mutu lingkungan perairan adalah metode STORET. Pada metode STORET data parameter kualitas air hasil pengukuran dibandingkan dengan baku mutu air disesuaikan dengan peruntukannya guna menentukan status kualitas air. Kualitas air pada suatu sungai untuk suatu peruntukan air dan parameter-parameter kualitas air yang telah melampaui atau tidak memenuhi syarat baku mutu dapat diketahui dengan metode STORET. Penentuan status kualitas air dengan metode STORET adalah dengan menggunakan sistem nilai dari US-EPA (United State - Environmental Protection Agency), dengan mengklasifikasikan kualitas air dalam empat kelas, yaitu : (1) Kelas A : baik sekali, skor = 0 memenuhi baku mutu (2) Kelas B : baik, skor = -1 s/d -10 tercemar ringan (3) Kelas C : sedang, skor = -11 s/d -30 tercemar sedang (4) Kelas D : buruk, skor ≥ -31 tercemar berat Penentuan status kualitas air dengan metode STORET dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: 1. Melakukan tabulasi data kualitas air yang memuat semua nilai hasil pengukuran parameter fisika dan kimia (pH, DO, COD, BOD, TSS, N-NH 3 , N-NO 3 , P-PO 4 , dan kadar Hg, Pb, dan Cd) sehingga membentuk data dari waktu ke waktu (time series data) dan mencantumkan nilai maksimum, minimum, dan rata-rata hasil pengukuran masing-masing parameter pada setiap lokasi pengamatan; 2. Membandingkan nilai minimum, maksimum, dan rata-rata hasil pengukuran dari masing-masing parameter air dengan nilai baku mutu yang sesuai dengan kelas air;
77
3. Jika hasil pengukuran memenuhi nilai baku mutu (hasil pengukuran ≤ baku mutu) maka diberi skor 0; 4. Jika hasil pengukuran tidak memenuhi nilai baku mutu air (hasil pengukuran > baku mutu), maka diberi skor: Parameter Fisika Kimia < 10 Maksimum -1 -2 Minimum -1 -2 Rata-rata -3 -6 Maksimum -2 -4 ≥ 10 Minimum -2 -4 Rata-rata -6 -12 *) Jumlah parameter yang digunakan dalam menentukan status mutu air Jumlah Contoh*)
Nilai
5. Jumlah negatif dari seluruh parameter dihitung dan ditentukan status kualitasnya dari jumlah skor yang didapat dengan menggunakan sistem nilai. 3.6.3 Analisis Beban Pencemaran dan Tingkat Pencemaran Analisis beban pencemaran dari berbagai sumber pencemar baik dari effluen air limbah industri, limbah pemukiman, limbah hotel, dan limbah pertanian baik melalui outlet maupun saluran/anak sungai dilakukan melalui pendekatan Rapid Assessment (WHO 1993) dan faktor konversi (emisi) yang diperoleh dari pustaka. Persamaan yang digunakan untuk menghitung beban pencemaran adalah: BP = Q x C i x f
(7)
Keterangan: BP = beban pencemaran yang berasal dari sumber (kg / hari) Q = debit air limbah atau air sungai (m3 / detik) C i = konsentrasi parameter ke-i (mg / liter) f = faktor konversi (86.4) Total beban pencemaran dari suatu sumber ditentukan menggunakan persamaan: n
TBP =
∑ BP i =1
Keterangan: TBP = total beban pencemaran yang masuk ke perairan BP = beban pencemaran yang berasal dari sumber (ton/tahun) n = jumlah sumber pencemar i = beban limbah sungai ke-i
78
Penentuan tingkat pencemaran air Kali Surabaya relatif terhadap parameter kualitas air yang diijinkan mengacu pada KepMen Lingkungan Hidup Nomor 115 tahun 2003, yaitu menggunakan metode indeks pencemaran (IP). Metoda ini dapat langsung menghubungkan tingkat ketercemaran dengan dapat atau tidaknya sungai dipakai untuk penggunaan tertentu dan dengan nilai parameter-parameter tertentu. Pada penelitian ini parameter kualitas air yang digunakan untuk menentukan tingkat pencemaran adalah: pH, TSS, DO, BOD, COD, N-NO 3 , N-NO 2 , N-NH 3 , P-PO 4 , kadar Hg, Pb, dan Cd. Penentuan tingkat pencemaran dengan indeks pencemaran (IP) Sumitomo dan Nemerow dilakukan dengan langkah-langkah berikut: 1. Memilih parameter-parameter yang jika harga parameter rendah maka kualitas air akan membaik; 2. Memilih konsentrasi parameter baku mutu yang tidak memiliki rentang; 3. Menghitung nilai C i /Lij tiap parameter pada setiap lokasi sampling; 4.a. Jika nilai konsentrasi parameter yang menurun menyatakan tingkat pencemaran meningkat, misal DO. Tentukan nilai teoritik atau nilai maksimum C im (misal untuk DO, maka C im merupakan nilai DO jenuh); Dalam kasus ini nilai C i /Lij hasil pengukuran digantikan oleh nilai C i /Lij hasil perhitungan, yaitu : (C i /Lij ) baru =
Cim − Ci ( hasil pengukuran ) Cim − Lij
4.b. Jika nilai baku L ij memiliki rentang, maka : - untuk C i ≤ Lij rata-rata
(C i /L ij ) baru =
- untuk C i > Lij rata-rata
(C i /L ij ) baru =
[Ci − ( Lij ) rara − rata ] {( Lij ) min − ( Lij ) rata − rata } [Ci − ( Lij ) rara − rata ] {( Lij ) max − ( Lij ) rata − rata }
4.c. Jika dua nilai (C i /Lij ) berdekatan dengan nilai acuan 1.0, misal C 1 /L1j = 0.9 dan C 2 /L2j = 1.1 atau perbedaan yang sangat besar, misal C 3 /L 3j = 5.0 dan C 4 /L4j = 10.0, maka tingkat kerusakan badan air sulit ditentukan. Cara untuk mengatasi kesulitan ini adalah : (1) Penggunaan nilai (C i /Lij ) hasil pengukuran kalau nilai ini < 1.0. (2) Penggunaan nilai (C i /Lij ) baru jika nilai (C i /Lij )
hasil pengukuran
(C i /L ij ) baru = 1.0 + P.log(C i /L ij ) hasil pengukuran
> 1.0:
79
P adalah konstanta (biasanya digunakan nilai 5). 5. Menentukan nilai rata-rata (C i /L ij ) R dan nilai maksimum (C i /Lij ) M dari keseluruhan C i /L ij ; 6. Menentukan harga indeks pencemaran (IP) menggunakan formula: IP =
(Ci / Lij ) 2M + (Ci / Lij ) 2R 2
(8)
dengan : IP = indeks pencemaran C i = konsentrasi parameter kualitas air (i) Lij = baku mutu peruntukan air (j) (C i /L ij ) M = nilai maksimum C i /L ij (C i /L ij ) R = nilai rata-rata C i /L ij Evaluasi terhadap nilai indeks pencemaran (IP) Sumitomo dan Nemerow adalah : 0 ≤ IP ≤ 1.0 memenuhi baku mutu (kondisi baik) 1.0 < IP ≤ 5.0 tercemar ringan 5.0 < IP ≤ 10 tercemar sedang IP > 10 tercemar berat 3.6.4 Analisis Risiko Dampak Pencemaran Hg, Cd, dan Pb terhadap Kesehatan Tingkat risiko dampak pencemaran terhadap kesehatan dinyatakan sebagai risk quotient (RQ) untuk efek-efek non karsinogenik (IPCS 2004; ATSDR 2005; Rahman 2007) dan excess cancer risk (ECR) untuk efek-efek karsinogenik (EPA 2005; Rahman 2007). Persamaan yang digunakan untuk menghitung RQ adalah: RQ =
I nk RfD
(9)
Keterangan: I nk = asupan (intake) non karsinogenik (mg/kg bb /hari) RfD = dosis referensi (reference dose) (mg/kg bb/hari) Risiko kesehatan dinyatakan ada dan perlu dikendalikan jika RQ > 1, namun jika RQ ≤ 1, risiko tidak perlu dikendalikan tetapi perlu dipertahankan agar nilai numerik RQ tidak melebihi 1. Nilai ECR diperoleh dengan mengalikan cancer slope factor (CSF) dengan asupan karsinogenik risk agent (I k ):
80
ECR = CSF x I k
(10)
Risiko kesehatan tidak dapat diterima bila 10-6 < ECR < 10-4 (US-EPA 1990). Jumlah asupan (intake) dari air minum dihitung menggunakan persamaan (ATSDR 2005; Rahman 2007): I=
C x R x f E x Dt Wb x t avg
(11)
Keterangan : I = asupan (mg/kg/hari) C = konsentrasi risk agent (mg/l) R = laju asupan atau konsumsi (L/hari) f E = frekuensi pemaparan (hari/tahun) D t = durasi pemaparan (30 tahun untuk nilai default residensial) Wb = berat badan (kg) t avg = periode waktu rata-rata (70 tahun x 365 hari/tahun untuk zat karsinogen, D t x 365 hari/tahun untuk zat nonkarsinogen) Untuk mengkuantifikasi paparan yang berkaitan dengan kontaminasi logam merkuri (Hg), timbal (Pb), dan cadmium (Cd) di Kali Surabaya digunakan analisis risiko kesehatan terhadap penduduk yang melakukan aktivitas langsung di Kali Surabaya (mandi, mencuci, berenang). Model yang digunakan adalah model analisis risiko kesehatan yang dikembangkan oleh National Institute of Public Health and Environmental Protection (diacu dalam Albering et al. 1999) yang mencakup lima jalur pemaparan, yaitu (1) sedimen,
(2) air permukaan, (3)
material tersuspensi, (4) kontak kulit dengan air permukaan, dan (5) kontak kulit dengan sedimen. Persamaan yang digunakan dalam model untuk menghitung total pemaparan adalah (Whitmyre et al. 1992; Albering et al. 1999): 1) Asupan (intake) bersumber dari sedimen (mg/kg bb/hari) I ds =
Cs x IRs x EF x AF Wb
Keterangan: C S = konsentrasi kontaminan dalam sedimen (mg/kg dw) IRs = laju asupan sedimen (kg dw/hari paparan) EF = frekuensi paparan (hari/365 hari) AF = faktor absorpsi (tanpa satuan), dan Wb = berat badan (kg)
(12)
81
2) Asupan yang bersumber dari sungai (air permukaan) (mg/kg bb/hari)
Cw x IRw x EF x AF Wb
I WS =
(13)
Keterangan: C W = konsentrasi kontaminan dalam air permukaan (mg/l) IRw = laju asupan air permukaan (liter/hari paparan) 3) Asupan yang bersumber dari material tersuspensi (mg/kg bb/hari):
CM x CMW x IRw x EF x AF Wb
I SM =
(14)
Keterangan: CM
= konsentrasi kontaminan dalam material tersuspensi (mg/kg dw)
CMW = kandungan material tersuspensi di air permukaan (kg/liter) 4) Asupan lewat kontak dermal dengan sedimen (mg/kg bb/hari) I Kds =
Cs x SAs x AD x ASs x Mf x EDs x EF x AF Wb
(15)
Keterangan: SAs = luas permukaan kulit untuk paparan sedimen (m2), AD = laju kontak kulit dengan sedimen (mg/cm2), ASs = laju absorpsi dermal (liter/jam), Mf = faktor matriks (tanpa satuan), EDs = durasi pemaparan terhadap sedimen (jam/hari) 5) Asupan lewat kontak dermal dengan air permukaan (mg/kg bb/hari) I Kdw =
Cw x SAw x ASw x EF x EDw x AF Wb
(16)
Keterangan: SAw = luas permukaan kulit untuk pemaparan pada air permukaan (m2) ASw = laju absorpsi dermal [(mg/m2)/(mg/l)/jam] EDw = durasi pemaparan (jam/hari) Nilai default faktor-faktor pemaparan yang digunakan dalam pemodelan pemaparan untuk menghitung asupan berbagai jalur pemaparan mengacu pada nilai yang diberikan oleh Albering et al. (1999) seperti ditunjukkan pada Tabel 18.
82
Tabel 18 Nilai default yang digunakan dalam model pemaparan Parameter
Anak
Dewasa
Laju asupan sedimen (IRs) (kg dw/hari pemaparan) Laju asupan air permukaan (IRw) (liter/hari pemaparan) Faktor absorpsi (AF) Laju absorpsi secara dermal (ASs) (liter/jam) Luas permukaan kulit untuk paparan sedimen (SAs) (m2) Luas permukaan kulit untuk paparan (SAw) (m2) Laju kontak dermal dengan sedimen (AD) (mg/cm2) Matriks faktor (MF) Frekuensi pemaparan (EF) (hari/365 hari) Berat badan (Wb) (kg) Durasi pemaparan terhadap sedimen (EDs) (jam/hari) Durasi pemaparan dalam air permukaan (EDw) (jam/hari) Fraksi kontaminan (FI)
1E-3 5E-2 1 0.01 0.17 0.95 0.51 0.15 30 15 8 2 0.5
3.5E-4 5E-2 1 0.005 0.28 1.80 3.75 0.15 30 70 8 1 0.5
Sumber : Albering et al. (1999) Keterangan: fw = fresh weight, dw = dry weight
Hasil penentuan total tingkat pemaparan atau asupan logam berat melalui kelima jalur pemaparan, selanjutnya dibandingkan dengan asupan harian yang dapat ditoleransi (tolerable daily intake, TDI). TDI merujuk pada dosis referensi suatu bahan yang dapat dikonsumsi sehari-hari tanpa menimbulkan risiko yang terindentifikasi pada pemaparan selama hidup (lifetime exposure). Tingkat bahaya (hazard quotient, HQ) ditentukan dengan membandingkan jumlah paparan harian rata-rata dengan TDI. Nilai rata-rata paparan harian (mg/kg bb/hari) ditentukan menggunakan persamaan (Albering et al. 1999): 6 x paparan harian Anak 64 x paparan harianDewasa + 70 7
HQ =
∑
paparan harian rata − rata TDI
(17) (18)
Jika nilai HQ < 1, berarti tidak ada risiko bahaya yang terjadi. 3.6.5 Pendekatan Sistem dalam Desain Model Pengendalian Pencemaran Air Desain model pengendalian pencemaran air Kali Surabaya dilakukan dengan pendekatan sistem, yaitu suatu metode pemecahan masalah yang diawali dengan identifikasi kebutuhan yang menghasilkan suatu sistem operasional yang efisien. Model pengendalian pencemaran yang dibangun didasarkan pada beban limbah dan karakteristik pencemaran di Kali Surabaya, terutama karakteristik
83
efluen dan kimia pencemar dan faktor-faktor yang berpengaruh dalam pencapaian tujuan. Pengkajian yang menggunakan pendekatan sistem sebagai metodologi dicirikan oleh tiga karakteristik sistem yaitu kompleks, dinamik dan probabilistik, dengan tiga pola pikir dasar yang selalu menjadi pegangan pokok para ahli sistem dalam menjawab permasalahan (Eriyatno, 2003), yaitu:
(1)
Sibernatik
(cybernetic), berorientasi pada tujuan, (2) Holistik (holistic), cara pandang yang utuh terhadap
keutuhan
sistem,
dan (3)
Efektif (effectiveness),
lebih
mementingkan hasil guna yang operasional serta dapat dilaksanakan daripada pendalaman teoritis untuk mencari efisiensi keputusan. Pendekatan sistem memberikan penyelesaian masalah dengan metode dan alat yang mampu mengidentifikasi, menganalisis, mensimulasi dan mendesain sistem dengan komponen-komponen yang saling terkait, yang diformulasikan secara lintas disiplin dan komplementer. Metodologi sistem pada prinsipnya melalui enam tahap analisis sebelum tahap sintesis (rekayasa), yaitu: (1) analisis kebutuhan; (2) formulasi masalah; (3) identifikasi sistem; (4) pemodelan sistem; (5) verifikasi dan validasi; dan (6) implementasi (Eriyatno 2003). 1) Analisis Kebutuhan Analisis kebutuhan merupakan tahap awal untuk mengidentifikasi kebutuhan-kebutuhan dari masing-masing pelaku/stakeholders (Hartrisari 2007). Setiap pelaku sistem memiliki kebutuhan yang berbeda-beda yang dapat mempengaruhi kinerja sistem. Menurut Marimin (2007), analisis kebutuhan selalu menyangkut interaksi antara respon yang timbul dari seseorang terhadap jalannya sistem. Analisa ini dapat meliputi hasil suatu survei, pendapat ahli, diskusi, observasi lapang, dan sebagainya. Analisis sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya melibatkan beberapa pelaku yang terlibat dalam sistem tersebut. Kunci kesuksesan dari sebuah sistem adalah jika semua pelaku yang terlibat dalam sistem dapat memperoleh manfaat dari sistem yang dibangun. Pelaku yang terlibat dalam sistem pengendalian pencemaran air kali surabaya adalah: (1) Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) kota Surabaya yang merupakan instansi pengelola air minum; (2) Perum Jasa Tirta-I sebagai instansi dengan tugas pokok eksploitasi dan pemeliharaan pengairan serta pengelolaan DAS; (3) Badan Lingkungan Hidup Daerah (BLHD); (4) Dinas Pekerjaan Umum Pengairan; (5) Dinas Pariwisata; (6) Industri; (7) Masyarakat yang bertempat tinggal di bantaran
84
sungai dan masyarakat pengguna PDAM kota surabaya. Kebutuhan pelaku sistem pengendalian pencemaran Kali Surabaya ditunjukkan pada Tabel 19. Tabel 19 Analisis kebutuhan pada sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya No
Pelaku
Kebutuhan Kota
◊ ◊ ◊ ◊
1
PDAM Surabaya (Pengelola)
2
Perum Jasa Tirta I
◊ Pengendalian yang melibatkan partisipasi masyarakat dan industri; ◊ Peningkatan partisipasi masyarakat dalam pembiayaan pengelolaan sungai; ◊ Kualitas air kali surabaya memenuhi baku mutu air kelas 1; ◊ Peningkatan pendapatan perusahaan dari jasa air.
3
Badan Lingkungan Hidup Daerah (BLHD)
◊ Setiap perusahaan memiliki IPLC dan mengoperasikan instalasi pengolah air limbah (IPAL); ◊ Pengendalian yang melibatkan partisipasi masyarakat, bantuan dana dan kerjasama antar lembaga; ◊ Lingkungan perairan kali surabaya bersih dari limbah industri dan limbah domestik. ◊ Kualitas air kali surabaya memenuhi baku mutu air kelas 1
4
Dinas PU Pengairan Jatim
◊ Setiap perusahaan memiliki IPLC dan mengoperasikan instalasi pengolah air limbah (IPAL); ◊ Bantaran Kali Surabaya bebas dari pemukiman penduduk; ◊ Lingkungan perairan kali surabaya bersih dari limbah industri dan limbah domestik. ◊ Kualitas air kali surabaya memenuhi baku mutu air kelas 1
5
Dinas Pariwisata
◊ Setiap perusahaan memiliki dan mengoperasikan instalasi pengolah air limbah (IPAL); ◊ Partisipasi aktif semua pihak untuk menjaga kebersihan dan keindahan sungai dan ekosistem di sekitarnya; ◊ Peningkatan Pendapatan Asli Daerah; ◊ Lingkungan perairan kali surabaya bersih dan indah.
6
Industri
◊ Kewajiban pengelolaan lingkungan dipermudah dan tidak berbelit-belit; ◊ Biaya pengelolaan lingkungan rendah; ◊ Teknologi pengolah limbah yang efektif dan efisien; ◊ Pendapatan meningkat; ◊ Kondisi lingkungan masyarakat kondusif.
7
Masyarakat
◊ Kualitas kehidupan masyarakat luas tidak terganggu oleh dampak negatif pencemaran lingkungan; ◊ Lingkungan perairan kali surabaya bersih dari limbah industri dan limbah domestik; ◊ Pendapatan meningkat; ◊ Penerapan Corpoorate Social Responsibiliy (CSR).
Pengendalian yang tepat sasaran dan berkelanjutan; Kualitas air kali surabaya memenuhi baku mutu air kelas 1; Harga dan pasokan air baku dari Kali Surabaya stabil; Peningkatan pendapatan perusahaan dari jasa air.
85
2) Formulasi Masalah Formulasi masalah merupakan suatu langkah yang sangat penting dalam perancangan model. Formulasi masalah dilakukan atas dasar penentuan informasi yang telah dilakukan melalui identifikasi sistem yang dilakukan secara bertahap (Eriyatno 2003). Formulasi masalah perlu dikembangkan menjadi suatu pernyataan masalah yang mendefinisikan gugus kriteria kelakuan sistem yang kemudian dievaluasi. Berdasarkan analisis kebutuhan dan adanya perbedaan kepentingan antar pelaku dalam sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya, permasalahan yang sering muncul dalam upaya pengendalian pencemaran air sungai adalah: 1. Belum ada koordinasi antar sektor/dinas dan lemahnya penegakan hukum; 2. Kurangnya partisipasi masyarakat dalam penyelenggaraan pelestarian sumber daya air sungai; 3. Belum ada data terbaru parameter kualitas air Kali Surabaya, utamanya kadar logam berat Hg, Pb, dan Cd; 4. Belum tersedia proyeksi risiko dampak pencemaran air terhadap kesehatan penduduk; 5. Belum tersedia strategi pengendalian pencemaran badan air kali surabaya yang efektif. 3) Identifikasi Sistem Identifikasi sistem merupakan suatu rantai hubungan antara pernyataan dari kebutuhan-kebutuhan dengan pernyataan khusus
dari masalah yang harus
dipecahkan untuk mencapai kebutuhan-kebutuhan tersebut (Eriyatno 2003). Identifikasi sistem dilakukan untuk memberikan gambaran terhadap komponenkomponen yang terlibat di dalam sistem yang dikaji dalam bentuk diagram lingkar sebab akibat (causal loop) dan diagram input output. Diagram lingkar sebab akibat adalah pengungkapan tentang kejadian hubungan sebab akibat (causal relationships) ke dalam bahasa gambar tertentu. Bahasa gambar tersebut dibuat dalam bentuk garis panah yang saling mengkait, sehingga membentuk sebuah diagram sebab akibat, pangkal panah mengungkapkan sebab dan ujung panas mengungkapkan akibat. Hubungan digambarkan dengan tanda positip (+) atau negatif (-). Diagram sebab akibat sistem pengendalian pencemaran air kali surabaya, ditunjukkan pada Gambar 8.
86
+ Pendidikan (Kesadaran Lingkungan)
Kesejahteraan Penduduk
+
Kualitas Lingkungan
+
Beban Pencemaran
Partisipasi
-
+
Aktifitas Ekonomi
+
-
+
Limbah + + Permukiman Penduduk
Populasi +
+
+ +
+
Pertanian (Lahan)
+ Industri Hotel
Gambar 8 Diagram lingkar sebab akibat sistem pengendalian pencemaran air. Peningkatan pencemaran air Kali Surabaya akan menurunkan kualitas air yang berdampak tidak hanya pada aspek ekologis dan ekonomis, namun juga pada aspek estetika dan kesehatan manusia. Percemaran air bersifat kompleks, tingkat pencemaran berubah dengan waktu (dinamik) dan terkait dengan multistakeholder. Oleh karena itu, dalam melakukan analisis sistem pengendalian pencemaran air membutuhkan beberapa informasi yang dapat digolongkan menjadi beberapa peubah, yaitu peubah input, peubah output dan parameter yang membatasi susunan sistem. Diagram input output yang sering disebut diagram kotak gelap (black box) menggambarkan hubungan antara output yang akan dihasilkan dengan input berdasarkan tahapan analisis kebutuhan dan formulasi permasalahan. Pada Gambar 9 diperlihatkan diagram black box sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya.
87
Lingkungan • UU No. 32 Tahun 2009 • UU No. 7 Tahun 2004 • PP No. 82 Tahun 2001 Output yang dikehendaki • Beban pencemaran menurun • Kualitas air memenuhi baku mutu kelas 1 • Meningkatnya partisipasi masyarakat
Input tak terkontrol • Limbah non-point • Debit air • Beban limbah
Model Pengendalian Pencemaran Air Kali Surabaya
Input terkontrol Pertumbuhan & kesadaran penduduk Persepsi masyarakat Implementasi peraturan Komitmen/Dukungan Pemda Sistem & kapasitas kelembagaan
Output yang tidak dikehendaki Parameter kinerja • Baku mutu
Jumlah beban limbah meningkat Kurangnya kerjasama stakeholders Penurunan kesehatan masyarakat Kualitas air terus menurun
Manajemen Pengendalian
Gambar 9 Diagram input-output sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya. 3.6.6 Validasi Model Validasi model merupakan tahap yang sangat penting dalam metode sistem dinamik (Barlas 1996). Validasi model adalah usaha menyimpulkan apakah model sistem yang dibuat merupakan perwakilan yang sah dari realitas yang dikaji di mana dapat dihasilkan kesimpulan yang meyakinkan (Eriyatno 2003). Validasi model ditujukan untuk melihat kesesuaian hasil model dibandingkan dengan realitas yang dikaji (Hartrisari 2007). Validasi model dilakukan dengan menguji kebenaran struktur model dan keluaran model untuk menunjukkan kesalahan minimal dibandingkan dengan data aktual termasuk menggunakan berbagai teknik statistika. Validasi struktur untuk memperoleh keyakinan konstruksi model valid secara ilmiah atau didukung oleh struktur sistem nyata, sedangkan validasi keluaran model (kinerja) dilakukan untuk memperoleh keyakinan sejauh mana kinerja model sesuai dengan kinerja sistem nyata (Muhammadi et al. 2001). Validasi struktur dilakukan melalui studi pustaka, sedangkan validasi kinerja dilakukan dengan membandingkan dengan data empirik. Untuk memverifikasi keluaran model dengan data empirik dilakukan uji
88
menggunakan uji statistik AME (absolute means error), yaitu penyimpangan antara nilai rata-rata simulasi terhadap aktual. Persamaan powersim AME sebagai berikut: AME = abs (sr-Ar)/Ar Sr = integrate (S)/(t(n)-t(0)) Ar = integrate (A)/(t(n)-t(0)) Keterangan:
A = nilai aktual S = nilai simulasi n = waktu abs = nilai absolut Integrate = sigma fungsi waktu
Batas penyimpangan yang dapat diterima adalah < 10% (Barlas 1996; Muhammadi et al. 2001). 3.6.7 Analisis Pengembangan Skenario Pengendalian Pencemaran Air Pengembangan skenario pengendalian pencemaran air Kali Surabaya dilakukan dengan menggunakan analisis prospektif. Menurut Hartrisari (2002), analisis prospektif merupakan studi tentang kemungkinan-kemungkinan yang terjadi di masa depan dengan tujuan mempersiapkan tindakan strategis dan melihat apakah dibutuhkan perubahan di masa depan. Analisis prospektif merupakan pengembangan dari metoda Delphi yang menggunakan pendapat kelompok pakar untuk pengambilan keputusan. Analisis prospektif terdiri atas beberapa langkah (Hartrisari 2002), yaitu: 1. Menentukan tujuan; 2. Mengidentifikasi faktor penentu di masa depan 3. Menemukan elemen kunci di masa depan 4. Mendefinisikan dan mendeskripsikan evolusi kemungkinan masa depan Identifikasi terhadap faktor-faktor penentu dalam upaya pengendalian pencemaran air Kali Surabaya didasarkan pada pendapat pakar (expert judgement). Untuk mengidentifikasi keterkaitan antar faktor (elemen penting) dalam sistem dibuat matriks seperti ditunjukkan pada Tabel 20.
89
Tabel 20 Pengaruh langsung antar faktor dalam sistem pengendalian pencemaran air Kali Surabaya Dari Terhadap
A
B
C
D
E
F
G
H
I
...
A B C D E F G H I ... Semua faktor yang teridentifikasi akan dinilai pengaruh langsung antar faktor menggunakan pedoman penilaian seperti ditunjukkan dalam Tabel 21. Tabel 21 Pedoman penilaian analisis prospektif Skor
Keterangan
0
Tidak ada Pengaruh
1
Berpengaruh kecil
2
Bepengaruh sedang
3
Berpengaruh sangat kuat
Pedoman penilaian dilakukan dengan pertanyaan sebagai berikut: 1. Apakah faktor A berpengaruh terhadap faktor B? Jika tidak beri nilai 0, jika ya menuju ke pertanyaan selanjutnya 2. Apakah faktor A berpengaruh sangat kuat terhadap B? Jika ya beri nilai 3, jika tidak menuju ke pertanyaan selanjutnya 3. Apakah pengaruhnya besar atau tidak? Jika ya beri nilai 2, jika tidak beri nilai 1 Hasil matriks gabungan pendapat pakar diolah dengan perangkat lunak analisis prospektif. Hasil perhitungan divisualisasikan dalam diagram pengaruh dan ketergantungan antar faktor seperti terlihat pada Gambar 10. Tahapan penting dalam analisis prospektif adalah (Hartrisari 2002): 1. Membuat keadaan (state) suatu faktor Pada tahap ini, faktor-foktor kunci yang telah ditentukan dibuat keadaan (state) dengan ketentuan sebagai berikut:
90
a. Keadaan harus memiliki peluang sangat besar untuk terjadi dalam suatu waktu di masa yang akan datang; b. Keadaan bukan merupakan tingkatan atau ukuran suatu faktor (seperti besar/sedang/kecil atau baik/buruk) tetapi merupakan deskripsi tentang situasi dari sebuah faktor; c. Setiap keadaan harus disefinisikan dengan jelas; d. Bila keadaan dalam suatu faktor lebih dari satu maka keadaan-keadaaan tsb harus dibuat secara kontras; e. Identifikasi keadaan yang peluangnya sangat kecil untuk terjadi atau berjalan bersamaaan. 2. Membangun skenario yang mungkin terjadi a. Susun suatu skenario yang memiliki peluang besar untuk terjadi di masa yang akan datang; b. Skenario merupakan kombinasi faktor. Karenanya, sebuah skenario harus memuat seluruh faktor, tetapi untuk setiap faktor hanya memuat satu keadaan dan tidak memasukkan pasangan keadaan mutual incompotible; c. Berikan nama pada setiap skenario (mulai dari nama paling optimis sampai ke nama paling pesimis); d. Memilih skenario yang paling mungkin terjadi 3. Implikasi skenario a. Skenario yang terpilih pada tahap sebelumnya dibahas kontribusinya terhadap tujuan studi; b. Skenario tersebut didiskusikan implikasinya; c. Membuat rekomendasi dari implikasi yang telah disusun.
Pengaruh Variabel penentu INPUT
Variabel autonomous UNUSED
Variabel penghubung STAKES
Variabel Terikat OUTPUT
Ketergantungan
Gambar 10 Diagram pengaruh dan ketergantungan sistem.
