KAJIAN KUALITAS AIR DAN SIMULASI TRANSPOR KROMIUM (Cr) DI PERAIRAN TERBUKA (STUDI KASUS AIR SUNGAI DELI, MEDAN) STUDY OF WATER QUALITY AND SIMULATION CHROMIUM (Cr) TRANSPORT IN SURFACE WATER (STUDY CASE IN DELI RIVER, MEDAN) Novrida Harpah1, Idris M. Kamil2 dan Suharyanto3 Program Studi Magister Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132 Email:
[email protected],
[email protected],
[email protected] Abstrak: Sungai Deli merupakan salah satu sungai utama yang melintasi Kota Medan. Perkembangan industri dan saluran buangan domestic di sepanjang aliran Sungai Deli telah mempengaruhi kualitas air dan sedimen. Menurut laporan Badan Lingkungan Hidup Provinsi Sumatera Utara, terdapat kurang lebih 54 industri dan 27 saluran pembuangan domestik. Industri di sepanjang aliran sungai didominasi oleh industri penghasil limbah organik dan logam berat seperti industri cat, industri lapis baja, peleburan besi dll. Penelitian ini dilakukan di Sungai Deli yang melintasi Kota Medan. Pada penelitian ini parameter pencemar yang akan ditinjau adalah pH, suhu, DO, COD, BOD serta logam Cr untuk menentukan nilai Indeks Pencemaran air. Untuk mengetahui penyebaran logam kromium di sepanjang aliran Sungai Deli maka dilakukan permodelan matematis dengan menggunakan model analitik 1-dimensi dengan persamaan Plug Flow. Dari hasil pengukuran diketahui bahwa Sungai Deli telah tercemar ditinjau dari nilai indeks pencemaran untuk lima parameter yang dianalisa. Berdasarkan nilai indeks pencemaran kualitas air, Sungai Deli tercemar ringan untuk peruntukkan air kelas I, II dan III dengan nilai Indeks Pencemaran lebih kecil dari 5. Hasil uji analisis sensitivitas menujukkan bahwa kd1 merupakan parameter yang paling berpengaruh terhadap nilai konsentrasi kromium dengan nilai koefisien sensitivitas (S) = 0,0145. Hasil kalibrasi dengan nilai kd1= 0,1 m3/g untuk konsentrasi kromium di air menunjukkan bahwa nilai error yang cukup kecil yaitu 0,0092 dan untuk konsentrasi kromium dalam sedimen dengan nilai kd1= 0,02 m3/g, nilai error yang diperoleh 1,56. Hasil simulasi konsentrasi kromium di air sudah cukup mendekati nilai konsentrasi kromium observasi. Kata kunci: Sungai Deli, Indeks Pencemaran, Kromium, Plug Flow Abstract: Deli River is one of the main rivers which crosses Medan.The development of industries and domestic waste along the Deli River basin have affected the quality of water and sediment. According to the Environment Agency, North Sumatra, there are approximately 54 industries and 27 domestic sewers. These industries are dominated by industries that produces organic waste and heavy metals such as paints industry, armored industry, iron smelting, etc.. Therefore, in this study the reviewed pollutant parameters are pH, temperature, DO, COD, BOD and Cr in order to determine Water Pollution Index. To determine the spread of chromium along Deli River, the mathematical modeling was carried out using one-dimensional analytical model using flug flow equation. The research was conducted at the Deli River in Medan. Based on the results Deli River was polluted in terms of the high BOD5 ‘s value. The results of water quality index also showed that for the Class II water designation, then lightly polluted Deli River. The result from analysis sensitivity showed that kd1 was the most affected parameter towards coefficient sensitivity(S) = 0.0145. Calibration’s result with kd1= 0.1 m3/g in water showed that lower value error as 0.0092. Calibration’s result with kd1=0,02m3/g in sediment showed that lower value error as 1,56. Simulation result of chromium concentration was close enough to the observed concentration. Keywords: Deli River, Pollution Index, Chromium, Plug Flow
1
PENDAHULUAN Sungai Deli adalah salah satu sungai utama yang melintasi kota Medan. Perkembangan industri dan pemukiman di sepanjang aliran sungai deli telah mempengaruhi kualitas air sungai. Penurunan kualitas air ditandai dengan perubahan warna air dan bau padahal sebahagian masyarakat di pinggiran sungai masih memanfaatkan air Sungai Deli untuk kebutuhan sehari-hari dan untuk kegiatan memancing. Berdasarkan UU No. 32 Tahun 2009 tentang Perlindungan dan Pengelolaan Lingkungan Hidup,pencemaran lingkungan hidup adalah masuk atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi dan/atau komponen lain ke dalam lingkungan hidup oleh kegiatan manusia sehingga melampaui baku mutu lingkungan hidup yang telah ditetapkan. Penilaian terhadap kualitas badan air untuk suatu peruntukan didasarkan kepada Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 115 Tahun 2003 tentang Penentuan Indeks Pencemaran (IP). Menurut laporan Badan Lingkungan Hidup Provinsi Sumatera Utara, di sepanjang aliran Sungai Deli saat ini terdapat kurang lebih 54 industri dan 27 saluran limbah domestik. Industri-industri disepanjang aliran Sungai Deli terdiri dari industri cat, elektroplanting, industri lapas baja, dan industri makanan. Garam-garam kromium digunakan dalam industri besi baja, cat, bahan celupan (dyes), bahan peledak, tekstil, keramik, gelas, fotografi, sebagai bahan penghambat korosi dan campuran lumpur pengeboran (drilling mud) (Effendi, 2003). Penelitian Adi (2002) menunjukkan bahwa konsentrasi kromium di Sungai Deli sudah melebihi baku mutu. Menurut ATSDR (Agency for Toxic Substances and Disease Registry) mengkonsumsi air yang mengandung Cr dengan konsentrasi yang jauh lebih tinggi dari kebutuhan normal akan mengakibatkan anemia, masalah lambung dan usus kecil, gangguan pada sistem reproduksi dan kanker. Managemen kualitas sumber daya air dapat dilakukan dengan menggunakan model matematika karena model merupakan alat yang effisien dan ekonomis (Benedini, 2011). Model matematika adalah formulasi ideal yang mampu mewakili response dari sistem fisik untuk stimulasi eksternal(Chapra,1997). Model matematika dapat bermanfaat untuk pemanfaatan sumber daya air, mereduksi pembuangan polutan dari sumber tertentu, estimasi dampak perubahan teknologi terhadap lingkungan, pengembangan metode, dan fasilitas pemantauan serta manajemen pengelolaan kualitas lingkungan (Kachiashvili et al., 2007).
METODOLOGI Pada dasarnya, penelitian ini merupakan penelitian lapangan yang dilanjutkan dengan analisa di laboratorium. Lokasi Pengambilan Sampel Air dan Sedimen Lokasi penelitian berada di aliran Sungai Deli yang melewati kota Medan.Dari survey awal yang dilakukan maka dipilih delapan titik sampling untuk mengetahui bagaimana pola perubahan konsentrasi pencemar di sepanjang aliran sungai. Lokasi pengambilan sample di tunjukkan pada Gambar 1. Pengambilan dilakukan pada tanggal 21April 2013. Detail lokasi pengambilan sampel ditunjukkan pada Tabel 1.
2
Tabel 1. Koordinat Pengambilan Sampel. Lokasi Sampling
Koordinat
Bujur
5
3037,6’38,5”
98039,9’55”
98040,4’28,9”
6
3038,6’38,5” 98039,5’34,1”
3
3035,6’38,7” 98040,3’21,7”
7
3040,2’17,1” 98039,9’55,1”
4
3037,2’13,2”
8
3043,3’22,7” 98040,5’33,2”
2
Bujur
Koordinat Lintang
1
Lintang
Lokasi Sampling
3034,8’50,3” 98040,8’48,6” 3035’12,7”
98040,1’9,9”
Gambar 1. Lokasi Pengambilan Sampel.
Pengambilan Sampel Air dan Sedimen Pengambilan sampel dilakukan dengan metode grap sample (contoh sesaat) yaitu sampel air dan sedimen diambil pada satu kali pengambilan dari satu lokasi. Alat yang digunakan untuk pengambilan sampel air adalah gayung plastik dan alat yang digunakan untuk pengambilan sedimen adalah ekman grab (SNI M-02-1989-F Metode Pengambilan Contoh Uji Kualitas Air). Berdasarkan APHA/AWWA/WEF Standard methods 20th ed.(2001) untuk pengawetan sampel air yang akan dianalisis kandungan logam beratnya, maka perlu dilakukan pengawetan dengan penambahan HNO3 pekat (3mL HNO3/L sampel air) lalu didinginkan pada temperatur 40C dan sampel sedimen didinginkan pada suhu 40C. Untuk pengujian BOD dan COD berdasarkan AWWA Standard methods 18th ed.(1992) untuk pengawetan sampel air yang akan dianalisa kandungan COD (Chemical oxygen Demand) 3
dilakukan penambahan larutan H2SO4 sampai pH larutan <2 lalu didinginkan pada temperatur 4oC dan untuk pengujian BOD (Biochemical Oxygen Demand) didinginkan pada temperatur 40C. Kontainer sampel air yang digunakan adalah botol plastik HDPE (High density polyethylene). Selain pengambilan sampel air dan sedimen, dilakukan juga pengukuran terhadap kualitas fisik air yang meliputi temperatur, pH, DHL (SNI M-03-1989-F Metode pengujian Kualitas Fisik Air) serta oksigen terlarut yang dilakukan langsung di lapangan. Pengukuruan Hidrologi dan Geometri Sungai Karakteristik hidrogeometri sungai yang diukur antara lain kedalaman sungai (H) yang diukur dengan menggunakan meteran yang diberi pemberat, lebar sungai (B) diukur dari jembatan dengan menggunakan meteran sedangkan kecepatan sungai (V) diukur dengan menggunakan metode apung. Untuk memperoleh nilai luas penampang sungai, debit, kemiringan dilakukan dengan perhitungan. Pengukuran Konsentrasi Cr,COD dan BOD Analisa logam berat dalam sampel air dilakukan dengan pemekatan sampel dengan asam nitrat pekat (HNO3) berdasarkan APHA/AWWA/WEF Standard Methods 20th Edition, 2001 dan untuk pengukuran logam di dalam sedimen dilakukan metode ekstraksi asam (EPA Method, 2002). Konsentrasi logam diukur menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectrofotometry). Untuk pengukuran COD dilakukan dengan metode colometri dan BOD berdasarkan JIS-0102-21-1998. Penentuan Indeks Pencemaran (IP) Penentuan Indeks pencemaran dilakukan untuk mengetahui kualitas suatu badan air terhadap suatu peruntukan. Persamaan yang digunakan untuk menentukan nilai Indeks Pencemaran (IP) ditunjukkan pada Persamaan (1) ⁄
⁄
....................................................(Persamaan 1)
Dimana Lij= konsentrasi parameter kualitas air yang tercantum dalam baku mutu peruntukan air (j); Ci= konsentrasi parameter air hasil pengukuran; IPj= Indeks pencemaran bagi peruntukan (j); (Ci/Lij)M = Nilai Ci/Lij maksimum; (Ci/Lij)R = Nilai Ci/Lij rata-rata Hubungan antara nilai Indeks Pencemaran dengan mutu perairan adalah 0-1,0 untuk kondisi baik; 1,1-5,0 untuk kondisi tercemar ringan; 5,0-10,0 untuk kondisi tercemar sedang dan nilai IP diatas 10,0 untu tercemar berat Aplikasi Model Untuk mengetahui konsentrasi polutan pada aliran sungai digunakan model analitis dengan arah satu dimensi. Model analitis yang digunakan adalah modelflug flow untuk transpor kromium (Chapra, 1997). Jika diasumsikan konsentrasi suspended solid konstan, sedimen tidak berpindah secara horizontal, kontaminan diasumsikan steady state ( 0 dan karakteristik hidrogeometri yang konstan maka persamaan untuk totalkonsentrasi kromium di air ditunjukkan dengan Persamaan (2) .....(Persamaan 2)
Konsentrasi kromium di dalam sedimen ditunjukkan dengan Persamaan (3) 0
.................(Persamaan 3)
4
Dengan asumsi sumber pencemar semi infinite dan C1(0) adalah konsentrasi awal pada jarak x=0 maka solusi analitis persamaan transpor satu dimensi untuk konsentrasi kromium dalam air (Chapra, 1997) ditunjukkan pada Persamaan (4) 0
...................................(Persamaan 4)
Dimana VT adalah total kehilangan yang dinyatakan sebagai kecepatan pengendapan (m/day)
1
′
.......................(Persamaan 5)
Untuk solusi analitis konsentrasi kromium dalam sedimen diperoleh dengan Persamaan (6) ..............................................(Persamaan 6)
0
Untuk menentukan nilai hubungan antara konsentrasi sedimen dan di air diperoleh dengan Persamaan (7) ............................................(Persamaan 7) Dimana k= konstanta laju reaksi orde pertama (/s); H=ketinggian (m); Fd= fraksi kontaminan terlarut; Fp= fraksi kontaminan bentuk partikulat; vv= kecepatan volatilisasi (m/day); vs= kecepatan pengendapan (m/day); vb= kecepatan burial (m/day); vr= kecepatan resuspensi (m/day); vd= koefisien transfer massa (m/day); Fr’= rasio kembalinya sedimen ke total sedimen yang disingkirkan Untuk menentukan nilai kecepatan burial, resuspensi serta koefisien transfer massa digunakan Persamaan 8, 9 dan 10 .......................................................(Persamaan 8) ..............................................(Persamaan 9) /
69,35
...........................................(Persamaan 10)
Analisa Sensitivitas Analisa sensitivitas dilakukan untuk mengetahui pengaruh parameter dalam model. Dari analisa sensitivitas akan diperoleh parameter yang memiliki pengaruh yang signifikan terhadap nilai model sehingga nilai yang dihasilkan mendekati hasil observasi di lapangan. Koefisien sensitifitas dihitung dengan menggunakan Persamaan (11) (Jorgensen, 1994 dalam Panelin, 2013)
,
,
, ∗
………….........…………………..(Persamaan
11)
Dimana Y= output hasil hitung; Y1,1 = output dari hasil hitung dimana input parameter ditambah nilanya sebesar 10%; Y0,9= output dari hasil hitung dimana input parameter dikurang nilanya sebesar 10%. Kalibrasi Model Kalibrasi adalah proses membandingkan antara hasil simulasi dengan data pengukuran lapangan. Hal ini dilakukan dengan menentukkan nilai error/galat suatu parameter (Handiani, 2004). Kalibrasi model dapat dilakukan dengan menggunakan metode
5
Chi-square (Schnoor, 1996). Nilai distribusi chi-square dihitung dengan menggunakan Persaman (12) ∑
.............................(Persamaan 12)
Dimana X2= distribusi chi-square; Pobseved = hasilobservasi; Pmodel = hasil simulasi model
HASIL DAN PEMBAHASAN Data Lapangan
Data lapangan yang diperoleh terdiri dari karakteristik saluran yaitu kedalaman sungai, lebar sungai dan kecepatan sungai. Data tersebut diolah sehingga diperoleh nilai luas penampang sungai, debit sungai, dan kemiringan saluran seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 2. Pengambilan data dilakukan pada saat kondisi cuaca cerah maka model tidak valid digunakan pada kondisi hujan. Tabel 2. Karakteristik Sungai Deli. Lokasi
H (m)
B (m)
V (m/det)
A (m2)
Q (m3/det)
S (m/m)
1
0,950
17,650
0,494
16,767
8,283
0,0010
2
1,050
18,100
0,468
19,005
8,894
0,0006
3
1,620
14,100
0,503
22,842
11,489
0,0001
4
1,100
23,200
0,483
25,520
12,326
0,0005
5
0,750
23,530
0,516
17,647
9,106
0,0025
6
1,900
21,600
0,458
41,040
18,796
7,23892E-05
7
3,020
18,450
0,493
55,719
27,469
2,1334E-05
8
3,700
21,300
0,166
78,810
13,082
1,13987E-06
Hasil pengukuran dilapangan menunjukkan bahwa pH Sungai Deli cenderung basa dengan kisaran pH 6,89 sampai dengan 7,29 dengan nilai rata-rata pada 7,10. Nilai pH yang diperoleh cenderung masih memenuhi baku mutu air kelas II menurut Peraturan Pemerintah no.82 tahun 2001 yaitu antara 6-9. Suhu di Sungai Deli berkisar antara 28,5 sampai dengan 31,7 dengan nilai rata-rata 30,50C. Suhu tertinggi berada dilokasi 7 yaitu dikawasan padat industri dan terendah di lokasi 1 yaitu di kawasan pemukiman kumuh. Nilai Suhu ini dipengaruhi oleh waktu pengambilan sampel. Nilai DHL di sepanjang aliran Sungai Deli berada dikisaran 215 µs/cm sampai dengan 343 µs/cm dengan nilai rata-rata 264,20 µs/cm. Nilai tertinggi berada di lokasi 5 yaitu setelah pertemuan sungai deli dengan sungai sei sikambing sehingga kemungkinan tingginya kadar pencemar bersumber dari anak sungai.
7,2
400 DHL (μs/cm)
5 DO (mg/L)
pH
6 7,4
4 3
7
2
6,8
1
6,6 1 2 3 4 5 6 7 8 Lokasi Sampling
300 200 100 0
0
12345678 1 2 3 4 5 6 7 8 Lokasi Sampling
Gambar 2. Hasil Pengukuran pH, Konsentrasi DO, dan DHL. 6
Lokasi Sampling
16 14 12 10 8 6 4 2 0
COD (mg/L)
BOD (mg/L)
Konsentrasi DO di Sungai Deli berkisar 1,34 mg/L sampai dengan 5,02 mg/L dengan nilai rata-rata 3,07 mg/L. Berdasarkan baku mutu air kelas II, konsentrasi DO yang disyaratkan adalah 4 mg/L sehingga beberapa lokasi sudah melebihi baku mutu. Pengukuran nilai COD di Sungai Deli menunjukkan nilai COD di semua lokasi masih memenuhi baku mutu air kelas II menurut PPNo.82 Tahun 2001 yaitu25 mg/L Gambar 3. Nilai COD berkisar antara 19,56 sampai dengan 23,05 mg/L dengan nilai rata-rata 21,30 mg/L. Lokasi 1 memiliki nilai COD terendah yaitu 18,64 mg/L dan tertinggi di titik 3 dan 5 yaitu lokasi setelah pertemuan Sungai Deli dengan Sungai Babura dan Sungai Deli dengan Sungai Sei Kambing dengan nilai 23,48 mg/L. Konsentrasi COD yang tinggi dilokasi 5 juga sebanding dengan rendahnya konsentrasi DO di lokasi tersebut. Konsentrasi BOD berkisar antara 10,5 sampai dengan 13,51 mg/L dengan rata-rata berkisar 11,79 mg/L Gambar 3. Menurut PP No. 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air yaitu kriteria mutu air kelas II maka konsentrasi BOD yang disyaratkan adalah 3 mg/L sehingga semua lokasi tidak memenuhi baku mutu. Nilai BOD berhubungan dengan banyaknya oksigen yang digunakan oleh organisme untuk menguraikan bahan organik yang berada di air dan oksidasi amonia menjadi nitrat dan nitrit (Salmin, 2005).
1
2
3 4 5 6 7 Lokasi Sampling
25 24 23 22 21 20 19 18 17 1
8
2
3
4
5
6
7
8
Lokasi Sampling
Gambar 3. Hasil Pengukuran Konsentrasi COD dan BOD. Konsentrasi kromium terlarut di sepanjang aliran Sungai Deli memiliki nilai antara 0,01 – 0,05 mg/L dengan nilai rata-rata 0,028 mg/L seperti di tunjukkan pada Gambar 4. Di semua lokasi pengambilan sampel, konsentrasi kromium masih memenuhi baku mutu air kelas II sesuai dengan PP nomor 82 tahun 2001 yaitu 0,05 mg/L. Hal ini dikarenakan pH air di semua lokasi sampling basa sehingga logam berat akan cenderung mengendap. Menurut Andriani (2009) kecenderungan pengendapan logam berat dikarenakan terbentuknya hidroksida, oksida dan karbonat yang tidak larut. Menurut Begum dkk. (2009) logam-logam seperti Cr, Cu dan Zn dapat berinteraksi dengan material organik dalam fase terlarut dan mengendap. Konsentrasi kromium di dalam sedimen berkisar antara 10,8 mg/Kg sampai dengan 28,8 mg/Kg dengan rata-rata 22,7 mg/Kg. Menurut Burton (2002) kontaminan dalam sedimen terjadi karena bahan kimia mengikat partikel organik dan anorganik yang pada akhirnya akan mengendap didasar sungai. Kontaminan yang terikat kepermukaan partikel atau diserap oleh matriks, akan cenderung susah berbiotranspormasi dan desopsi akan berjalan dengan lambat. Oleh karena itu, logam kromium dalam sedimen akan terus terakumulasi.
7
Konsentrasi Cr dalam Sedimen (mg/Kg)
Konsentrasi kromium dalam air (mg/L)
0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0 1
2
3
4
5
6
7
8
35 30 25 20 15 10 5 0 1
Lokasi Sampling
2
3
4
5
6
7
8
Lokasi Sampling
Gambar 4. Hasil Pengukuran Konsentrasi Cr Air dan di Sedimen. Indeks Pencemaran Dengan mengacu kepada Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 115 Tahun 2003 tentang penentuan indeks pencemaran air, maka diperoleh hasil bahwa kualitas air Sungai Deli tercemar ringan untuk peruntukan air kelas II berdasarkan Peraturan Pemerintah Nomor 82 Tahun 2001 seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai Indeks Pencemaran Air Sungai Deli. Lokasi Pij Kondisi Lokasi Pij Kondisi 1 2,8245914 Tercemar ringan 5 3,1280939 Tercemar ringan 2 2,9834884 Tercemar ringan 6 2,8260417 Tercemar ringan 3 3,1366276 Tercemar ringan 7 3,0545569 Tercemar ringan 4 2,938254 Tercemar ringan 8 2,7982584 Tercemar ringan
Nilai indeks pencemaran dari hulu ke hilir pada delapan lokasi sampling cenderung mengalami fluktuasi. Hal ini berkaitan dengan penggunaan lahan, aktivitas masyarakat serta jarak pengambilan dari tiap lokasi (Agustiningsih dkk., 2012). Simulasi Model Model transpor kromium di Sungai Deli menggunakan solusi analitik dengan persamaan plug flow system dengan sumber pencemar semi infinite. Diasumsikan konsentrasi awal adalah konsentrasi pada jarak x=0. Laju transformasi yang digunakan mengikuti first order kinetics. Analisis Sensitivitas dan Kalibrasi Model Dari hasil analisis sensitifitas dengan menggunakan Persamaan 8, nilai koefisien sensitifitas tertinggi diperoleh parameter koefisien distribusi yaitu sebesar 0,0145. Hal ini karena koefisien distribusi digunakan untuk mengukur distribusi dari logam berat di antara fraksi teradsopsi dan terlarut (Liu,C., dkk., 2012). Nilai dari koefisien distribusi logam berat berkisar pada 10-4 sampai dengan 10-1 m3/g (Chapra, 1997). Dengan mengadopsi nilai kd1= 0,04 m3/g (Trento dan Alvarez, 2011) diperoleh nilai distribusi chi-square (X2) sebesar 0,0115. Untuk n= 4 dan α= 0,01, maka model kromium ini sudah melewati uji kecocokan pada level kepercayan lebih dari 90% untuk kalibrasi. Untuk meningkatkan level kepercayaan maka dicoba beberapa nilai Kd1 lain. Untuk kalibrasi model kromium dalam sedimen diperoleh nilai chi-square (X2) sebesar 2,937 dengan kd1= 0,04 m3/g. Untuk n= 3 dan α= 0,1 maka model kromium di sedimen sudah melewati uji kecocokan pada level kepercayaan 10%. Untuk nilai kd1= 0,07
8
m3/g diperoleh nilai chi-square (X2) sebesar 7,22. Untuk n= 3 dan α= 0,5 maka model kromium dalam sedimen sudah melewati uji kecocokan pada level kepercayaan 5%. Simulasi 1-D Kromium Kromium adalah pencemar konservatif yaitu pencemar yang tidak mengalami proses kehilangan akibat reaksi kimia maupun degradasi biokimia. Perubahan konsentrasi hanya terjadi jika ada sumber polutan baru dalam aliran (Thomman dan Mueller, 1987). Nilai kecepatan pengendapan, densitas serta porositas sedimen diadopsi dari Trento dan Alvarez (2011) yaitu 0,0001 m/det, 2,65x103Kg/m3 dan 0,547 karena karakteristik dari sedimen sama yaitu didominasi oleh lumpur. Dengan mengasumsikan konsentrasi suspended solid yang masuk konstan yaitu 100 g/m3 maka untuk konsentrasi suspended solid diperoleh dari Persamaan 13
.......................................................(Persamaan 13)
[Cr] dalam air (mg/L)
Nilai koefisien partisi untuk logam adalah 10-4 sampai dengan 10-1 m3/g dan koefisien partisi air lebih besar dari koefisien partisi sedimen sehingga kd2 = 10-2 m3/g (Chapra, 1997). Kromium adalah logam konservatif maka nilai k1= 0. Untuk kromium dalam sedimen k2=10-6 /det (Trento dan Alvarez, 2011) karena adanya kemungkinan reaksi kromium dengan senyawa organik dalam sedimen. Ketinggian sedimen diasumsikan 2 cm. Menurut Liu dkk. (2012) koefisien partisi berperan penting dalam distribusi logam terlarut maupun dalam bentuk partikulat sehingga dengan variasi nilai kd1 diperoleh hasil seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5. Untuk model kromium dalam air, hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan menggunakan kd1= 0,1 m3/g, nilai konsentrasi kromium pada model yang diperoleh mendekati konsentrasi kromium di lokasi 4 dan lokasi 6. Kemudian dicoba dengan nilai kd1= 0,02 m3/g, nilai konsentrasi kromium model yang diperoleh mendekati konsentrasi kromium di lokasi 2 dan lokasi 5. Pada nilai kd1 = 0,04 m3/g diperoleh hasil konsentrasi kromium model yang tidak mendekati konsentrasi kromium dilokasi. 0,045 0,04 0,035 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0,005 0
[Cr] model dengan kd1=0,1 [Cr] model dengan kd1=0,04 [Cr] model dengan kd1=0,02 [Cr] observasi
0
2000
4000
6000
Jarak (meter)
Gambar 5. Simulasi 1-D Konsentrasi Cr dengan Variasi kd1 Untuk model kromium dalam sedimen, hasil simulasi menunjukkan bahwa dengan menggunakan kd1= 0,02 m3/g, nilai konsentrasi kromium di sedimen pada model yang diperoleh mendekati hampir konsentrasi kromium di lokasi 5 dan lokasi 6. Kemudian dicoba dengan nilai kd1= 0,04 m3/g, diperoleh hasil bahwa nilai konsentrasi kromium model yang diperoleh hampir mendekati konsentrasi kromium di lokasi 7. Keberadaan koloid dan padatan tersuspensi dapat menurunkan konsentrasi ion bebas. Padatan tersuspensi dapat 9
[Cr] dalam sedimen (mg/Kg)
mengalami sedimentasi dan mengendap di lapisan dasar sungai dan ion logam dalam air pori sedimen dapat berdifusi ke dalam kolom air (Schoor, 1996). 50 40 [Cr] model dengan kd1=0,07
30
[Cr] model dengan kd1=0,04
20
[Cr] model dengan kd1=0,02
10
[Cr] observasi
0 0
2000
4000 6000 Jarak (meter)
8000
10000
Gambar 6. Simulasi 1-D Konsentrasi Cr dalam Sedimen dengan Variasi kd1.
KESIMPULAN Dari hasil pengukuran dibeberapa titik, nilai Indeks Pencemaran menunjukkan bahwa air Sungai Deli telah tercemar ringan untuk peruntukan air kelas II berdasarkan PP No. 82 Tahun 2001. Hasil analisis sensitifitas menunjukkan nilai koefisien sensitivitas kd1 tertinggi. Dengan nilai kd1=0,1, model telah melewati uji signifikan dengan level kepercayan 99% untuk konsentrasi kromium di air dan simulasi model menunjukkan dengan nilai kd1= 0,1 nilai model paling mendekati dengan konsentrasi kromium observasi di lokasi 4 dan lokasi 6. Daftar Pustaka Adi, E. (2002). Analisa Limbah Industri Logam terhadap Kualitas Air Sungai Deli(Ditinjau dari Aspek Kimia dan Fisika). Tesis Magister PengolahanSumberdaya Alam dan Lingkungan. Universitas Sumatera Utara.Medan Andarani,P. dan Dwina, R. (2009). Profil Pencemaran Logam Berat (Cu,Zr danZn) pada Air Permukaan dan Sedimen di Sekitar Industri Tekstil PT.X (Sungai Cikijing), Institut Teknologi Bandung, Bandung Benedini, M., (2011). Water Quality Models for Rivers and Streams. State of the Art and Future Perspectives. Europian Water.34: 27-40 Begum, A., Krishna, H., Irfanulla, K., 2009, Analysis of Heavy metals in Water, Sediments and Fish samples of Madivala Lakes of Bangalore, Karnataka. International Journal of ChemTechResearch, Vol.1, No.2, pp.245-249 Burton, A., 2002. Sedimen Quality Criteria in Use Around The World. Limnology 3:65-75 Chapra, S. C., 1997. Surface Water-Quality Modeling.Singapura : McGraw-Hill Companies, Inc. Effendi. (2003), Telaahan Kualitas Air. Intitute Pertanian Bogor. Bogor Handiani, N., (2004). Studi Sirkulasi Arus dan Transport Polutan Cobalt dan COD di Perairan Pantai Cilegon untuk Monitoring Buangan Limbah Industri. Tesis Magister Teknik Lingkungan, ITB. Bandung Kachiashvili, K., Gordeziani, G., Lazarov, R. &Melikdzhanian, D. (2007).Modeling and Simulation of Pollutants Transport in Rivers. Applied Mathematical Modelling 31: 11371-1396 Liu, C. W., Wei-Bo Chen dan Yu Pei Chang (2012). Modeling The Transport and Distribution of Lead in Tidal Keelung River Estuary. Environmental Earth Science 65:39-47 Salmin. (2005), Oksigen Terlarut (DO) dan Kebutuhan Oksigen Biologi (BOD) sebagai Salah Satu Indikator untuk menentukan Kualitas Perairan. Oseana Vol.XXX. 3: 21-26 Trento, A.E., & Alvarez, A., (2011). A Numerical Model for The Transport of Chromium and Fine Sediments. Environmental Model Assessment 16: 551-564 Thomann, R. V. dan Mueller. J. A. (1987). Principles of Surface Water QualityModeling and Control. New York. Harper & Row, Publishers, Inc.
10
11
