METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat Penelitian ini dilakukan dengan suatu pendekatan melalui metode deskriptif survei pos fakto. Penelitian lapang berupa pengambilan contoh yang dilakukan di Waduk Ir. H. Juanda, Purwakarta (Gambar 11).
Pengambilan contoh
dilakukan setiap bulan terhitung mulai Juni 2003 sampai Mei 2004. Selanjutnya untuk memberikan interpretasi data, dilakukan penelitian laboratorium. Desain Lokasi Pengambilan Contoh Penelitian ini dilakukan di Waduk Ir. H. Juanda Purwakarta, Jawa Barat (Gambar 11).
Berdasarkan gradien longitudinal waduk ditentukan tiga zona
yaitu: zona lakustrin (L), daerah disekitar genangan utama, zona transisi (T), daerah disekitar karamba jaring apung (KJA), dan zona riverin, daerah in let sungai Cilalawi.
Zona lakustrin dan transisi masing-masing terdiri dari tiga
stasiun yaitu : L1, L2, dan L3 (lakustrin) dan T1, T2, dan T3 (transisi) dan dua stasiun di zona riverin R1 dan R2 (Gambar 12). Zona transisi yang diamati dalam penelitian ini adalah zona transisi antara riverin Cilalawi dan zona lakustrin karena yang akan dikaji adalah keterkaitan antara kemantapan cadangan oksigen dengan beban bahan organik.
Pada awal penelitian aktifitas KJA
terkonsentrasi di sekitar zona transisi yang menuju riverin Cilalawi. Stasiun penelitian ini terdiri dari stasiun tetap dan stasiun terpilih. Stasiun tetap yaitu L2, L3, T2, T3 dan R2 ; untuk melihat proses yang terjadi. Stasiun terpilih yakni L1, T1 dan R1 untuk melihat keterkaitan antara cadangan oksigen dengan beban bahan organik yang ada.
Posisi masing-masing stasiun adalah
o
sebagai berikut : L1 terletak pada 6 32’00”LS dan 107o21’35”BT; L2 : 6o31’58” LS dan 107o20’45” BT, L3 : 6o31’00” LS dan 107o21’35” BT, T1 6o33’11.6” LS dan 107o23’48.6”BT, T2 : 6o33’00” LS dan 107o23’15” BT, T3 : 6o34’2.6”LS dan 107o23’56.8” BT ; R1 6o34’23.5” LS dan 107o23’46.3” BT ;R2 : 6o34’21.6” LS dan 107o24’15.7” BT . Jumlah titik sampling vertikal setiap zona berbeda karena kedalaman masing-masing stasiun tidak sama. Penentuan titik sampling secara vertikal berdasarkan nilai kecerahan, dan data profil vertikal oksigen terlarut per meter di masing-masing zona. Titik sampling vertikal yaitu: 0.5 m, 7 m,15 m, 25 m, 35 m,
35
36
37
dikelompokkan menjadi tiga yaitu musim kemarau mulai bulan Juni sampai September 2003, antara musim kemarau − hujan dari bulan Oktober 2003 sampai Januari 2004 dan musim hujan dari bulan Februari sampai Mei 2004. BAHAN DAN METODE Bahan Bahan yang digunakan adalah sampel air yang diambil dari Waduk Ir. H Juanda. Parameter kualitas air yang diamati meliputi parameter fisika, kimia dan biologi, yang terdiri dari parameter utama dan penunjang.
Metode Pengukuran Metode di Lapangan Pengukuran parameter diperoleh dengan cara mengukur langsung di lapangan dan dengan pengambilan sampel air untuk di analisa di laboratorium. Parameter yang langsung di ukur di lapangan antara lain : suhu, pH, alkalinitas dan oksigen terlarut.
Parameter lain dianalisa di laboratorium (Tabel 1).
Parameter kualitas air diambil dengan menggunakan Kemmerer Water Sampler yang terbuat dari PVC dengan volume 3 liter.
Sampel air
diambil pada
kedalaman yang telah ditentukan. Dari 3 liter sampel air, 500 ml untuk analisa bakteri, sisanya untuk analisa kimia air. Sampel untuk analisa bakteri ditampung di dalam botol polyetilen yang telah disterilisasi. Selama sampling, botol dilindungi agar bebas kontaminasi, antara lain dengan tidak memegang tutup atau leher botol. Sampel bakteri ini diawetkan dengan menyimpan dalam cool boks. Analisa bakteri segera dilakukan di laboratorium.
Sampel untuk NO3-N,
NH3-N, dan bahan organik di masukkan ke dalam botol yang telah dibersihkan sebelumnya, kemudian difiksasi dengan H2SO4 pekat konsentrasi 10% sebanyak
0.8 ml/L sampel.
Orthofosfat diawetkan dengan HgCl2 40 mg/L
sampel. Sampel untuk H2S ditampung di dalam botol kaca, kemudian diawetkan dengan menambahkan 4 tetes zinc asetat dan NaOH 6 N per 100 mL sampel. Pengukuran dan analisa kualitas air mengacu pada metode APHA (1989).
38
Tabel 1. Parameter, metode, unit dan tempat analisa selama penelitian Parameter
Unit
A. 1. 2.
Morfometrik Luas permukaan Volume
B. 1. 2.
Kondisi Hidrodinamik Vol tot in flow – out flow Residence Time
C. 1. 2.
Fisika Suhu Kecerahan
D. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.
Kimia pH Alkalinitas DO* NO3-N NH3-N Total Organic Nitrogen PO4 BOT* Total Sulfida BOD5
E. Biologi 1. Bakteri nitrifikasi 2. Bakteri SRB 3. Kofisien Peluruhan(K2)* Keterangan * = parameter utama
Metode
Tempat Analisa
km 3 m
Data sekunder Data sekunder
-
3
Data sekunder Data sekunder
-
C cm
Pemuaian/Thermometer Hg Pemantulan/Secchi Disc
In situ In situ
mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L
Sensor elektrik / pH pen Titrimetrik Modifikasi Winkler Brucine/ Spektrofotometer Phenate/Spektrofotometer Kjedhal /Spektrofotometer SnCl2/Spektrofotometer KMnO4/ Buret Iodine/ Titrimetrik Modifikasi Winkler/Inkubasi
In situ In situ In situ Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium Laboratorium
MPN MPN -
Inkubasi Inkubasi Botol gelap
Laboratorium Laboratorium Laboratorium
2
m /s Tahun
o
MPN (Most Probable Number) Bakteri yang dihitung adalah bakteri SRB (Sulfur Reducing Bacteria) mewakili bakteri anarob dan bakteri nitrifikasi (bakteri aerob).
Bakteri SRB
ditumbuhkan dengan media Postgate C yang telah dimodifikasi karena lebih cepat tumbuhnya (Hynes et al., dalam Hurst et al., 1997).
39
Komposisi Media Post gate C yaitu : - KH2PO4
0.25 g
- NH4Cl
0.125 g
- Na2SO4
0.125 g
- CaCl2
0.025 g
- MgSO4 7H2O
0.25 g
- Sodium Lactate
150 ml
- Yeast extract
0.15 g
- FeSO4 7 H2O
0.025 g
- Asam askorbat
0.025 g
- Glukosa
1.250 g
- Air distilasi
350 ml
Media dipanaskan sampai semua bahan larut, kemudian di tuang di dalam test tube dengan volume 9 ml, lalu di sterilisasi di dalam autoclave selama kurang lebih 30 menit.
Disamping itu juga disterilisasi paku dalam wadah
terpisah. Media disiapkan sebelum beberapa hari sebelum kultur.
Sampel air
dari lapangan diencerkan dengan beberapa faktor pengenceran, kemudian dari sampel yang telah diencerkan dimasukkan paku yang telah disterilisasi lalu diinkubasi.
Tabung disebut positif
jika media berubah warna dari bening
menjadi hitam (Schlegel, 1986). Media yang digunakan untuk bakteri nitrifikasi adalah: Media Nitrosomonas : - (NH4)2SO4
0.5 g
- K2HPO4
0.2 g
- CaCl2 2 H2O
0.04 g
- Fe sitrat
0.5 mg
- Phenol red
0.5 mg
- Air distilasi
1000 ml
Media
ini
dipanaskan,
diukur
pHnya
sampai
menunjukkan
pH
7.4,kemudian dimasukkan ke dalam test tube masing-masing 9 ml, selanjutnya disterilisasi di dalam autoclave. Pertumbuhan Nitrosomonas dikonfirmasi dengan perubahan warna dari ungu menjadi kuning.
40
Media Nitrobacter : -
KNO2
0.006 g
-
K2HPO4
1.00 g
-
NaCl
0.3 g
-
MgSO4 7H2O
0.1 g
-
FeSO4 7 H2O
0.03 g
-
CaCO3
0.3 g
-
CaCl2
1.0 g
-
Air distilasi
1000 ml
Media ini dipanaskan, dipipet sebanyak 9 ml lalu dimasukkan ke dalam test tube, kemudian disteril di dalam autoclave. Nitrobacter positif jika hasil uji dengan reagen Gries Illosvey menunjukkan warna pink.
Penghitungan
kelimpahan bakteri dengan MPN dapat dilihat dalam Lampiran 1. Penelitian Skala Laboratorium Penelitian skala laboratorium diperlukan untuk memperoleh data laju koefisien peluruhan bahan organik. Keterkaitan antara beban bahan organik dan ketersediaan cadangan oksigen dapat dilihat jika didukung oleh data koefisien peluruhan. Uji Peluruhan Bahan Organik (K2) Umaly dan Cuvin (1988) menyatakan reaksi BOD akan sangat bervariasi tergantung pada laju reaksi, K (Gambar 13). BOD5 biasanya menunjukkan 68% dari total BOD yang terurai. Limbah dengan konsentrasi BOD akhir yang sama, akan menunjukkan nilai BOD yang berbeda selama
15 hari masa inkubasi.
Variasi nilai K disebabkan bahan organik dan perbedaan ketersediaan dari bahan organik ini bagi mikroorganisme. Bahan organik yang dapat larut mungkin dengan mudah tersedia tetapi kebanyakan dalam bentuk koloid atau padatan yang harus dihidrolisa terlebih dahulu menjadi bentuk yang dapat larut. Air yang kaya glukosa akan memiliki nilai K yang tinggi karena dalam bentuk larutan dan dengan segera dapat digunakan oleh organisme. Sebaliknya material kompleks seperti lignin sangat sulit diuraikan oleh bakteri.
Jika nilai
BOD akhir
dibandingkan dengan nilai kebutuhan oksigen secara teoritis selalu lebih rendah
41
nilai BOD akhir (L) karena kenyataan bahwa sebagian bahan organik tidak terurai, contoh bahan organik yang resisten terhadap penguraian biologis yaitu lignin. Koefisien laju peluruhan bahan organik diperoleh melalui inkubasi botol BOD dengan metode BOD5. Sampel pada masing-masing strata diambil dengan botol DO, dilakukan pengenceran, diaerasi dan diberi nutrien lalu dimasukkan dalam botol BOD secara seri. DO inisial langsung ditentukan sedangkan botol BOD lainnya dibawa ke laboratorium diinkubasi selama beberapa hari untuk diukur konsentrasi oksigennya; yaitu pada hari ke 2, 4, 6, 8, dan 10.
Gambar 13. Pengaruh laju kecepatan konstanta K terhadap BOD
PRINSIP : Penentuan konstanta laju peluruhan bahan organik dengan persamaan dibawah ini :
BODt = BODto e − kt
(1)
Reaksi kinetik BOD dapat dirumuskan :
∂Lt = −kLt ∂t
(2)
BOD yang sisa pada waktu t :
( )
Lt = L e − kt
(3)
42
BOD yang digunakan pada waktu t :
(
) = L(1 − e )
Yt = L − Lt = L 1 − e − kt BOD5 = Y5 = L − L5
− kt
(4) (5)
Hasil inkubasi botol BOD secara seri akan diperoleh data BOD. Dengan metode least Square dapat ditulis :
dY = k ( L − Yn) dt (t = n)
(6)
k dan L tidak diketahui.
Gambar 14. Pembentukan tahap pertama kurva BOD
Asumsi
∂Y = nilai slope kurva dan ada kesalahan percobaan, R maka: ∂t R = k (L − Y ) −
jika
∂y ∂t
(7)
dy = Y' dt
R = kL − kY − kY '
(8)
jika disubtitusi a = − kL dan − b = k maka :
R = a + bY − Y '
(9)
43
R harus minimum ∂ ∂ − ∑ R 2 = ∑ 2R =0 ∂a ∂a
(10)
∂ ∂R − ∑ R 2 = ∑ 2R =0 ∂b ∂b
(11)
na + b ∑ Y − ∑ Y ' = 0
(12)
a ∑ Y + b ∑ Y 2 − ∑ Y 'Y = 0
(13)
maka :
keterangan : n = jumlah data
a = −bL
Y = Yt , mg/L Y' =
Yn +1 − Yn −1 2∆t
(14)
Perhitungan Massa DO − BOT Untuk menentukan massa cadangan oksigen yang tersedia di hipolimnion (di semua strata kolom air yang telah ditentukan) dilakukan dengan cara : -
Menentukan luas masing-masing zona pada kedalaman (0.5 m − 3.5 m), (3.5 m – 11 m), (11 m − 20 m),(20 m − 30 m), (30 m − 40 m) dan (45 m − dasar) berdasarkan peta batimetrik.
-
Menentukan volume masing-masing strata di masing-masing zona berdasarkan tinggi muka air pada saat pengamatan.
-
Menghitung massa oksigen di masing-masing strata dengan cara: volume strata x [DO].
-
Kemudian
untuk
mengetahui
massa
oksigen
di
lapisan
(strata)
hipolimnion adalah : Lapisan
Volume
Konsentrasi Rata-rata DO
S1 : (0 - 3.5) m S2 : (3.5-11) m S3 : (11-20) m S4 : (20-30) m S5 : (30-40) m S6 : (40-50) m -
Demikian juga perhitungan massa BOT.
Total DO (Massa)
44
Kedalaman lapisan fotik Kedalaman lapisan fotik dihitung berdasarkan rumus menurut Ruttner (1974) :
LP =
Kec.(m) + 0.495 0.117
Keterangan LP
: Lapisan fotik (m)
Kec.
: Kecerahan (m)
Kedalaman lapisan oksik K edalaman lapisan oksik diduga dari persamaan profil vertikal DO setiap sampling.
Kolom air disebut oksik jika konsentrasi DO lebih besar atau sama
dengan 3 mg/L. Analisa Data Ada beberapa analisa data yang digunakan yaitu : 1. Analisa deskripsi two way anova terhadap suhu, DO dan BOT (Sokal dan Rohlf, 1995). 2. Analisa Keseimbangan dinamik didekati dengan beberapa cara : a. Cadangan Oksigen terlarut Landner, 1970; Jernelov, 1971 dalam Landner (1976) menyatakan cadangan oksigen terlarut adalah : R – t ( N1 + N2 + A + B) > 0 Keterangan R
: oksigen yang tersedia di hipolimnion pada awal periode stagnasi
t
: lama waktu stagnasi
N1
: laju konsumsi oksigen dari bahan organik yang ada di perairan
N2
: laju konsumsi oksigen dari bahan organik oleh beban masukan nutrien
A
: laju konsumsi oksigen dari bahan organik allochtonous
B
: laju konsumsi oksigen oleh sedimen dasar. Variabel (N1,N2, A, B) dihitung untuk menentukan cadangan oksigen
terlarut di hipolimnion. Pada penelitian ini variabel N1, N2, A, B tidak dilihat satu persatu, melainkan nilai (N1, N2, A, B) telah terukur dalam parameter kebutuhan oksigen secara biokimia (BOD5) dari sampel air yang diambil di stasiun pengamatan.
45
Asumsi yang digunakan dalam rumus ini adalah : -
Fosfor adalah parameter kunci produktifitas danau
-
Konsentrasi oksigen di hipolimnion menentukan turnover P di danau
-
Cadangan oksigen dihitung pada saat stagnasi
-
Pada periode stagnasi massa dinamik baik itu oksigen maupun bahan organik b. Perubahan temporal dan spasial DO Perubahan temporal yaitu perubahan DO antar waktu sampling.
BOT 1+ BOT2 DOt 2 = DOt1 − K 2 ln X 30 2 Keterangan
DOt 2
: DO pada waktu t2
DOt1
: DO pada waktu t1
K2
: Koefisien peluruhan
BOT1
: BOT pada waktu t1
BOT2
: BOT pada waktu t2
K2
: Koefisien peluruhan
30
: interval sampling (1bulan = 30 hari)
Apabila
BOT1 + BOT2 DOt 2 > DOt1 − K 2 ln X 30 (+) : terjadi peluruhan (P>B) 2 BOT1 + BOT2 DOt2 < DOt1 − K 2 ln 2
X 30 (−) : terjadi penambahan beban (P
c. Perubahan DO spasial (antar kedalaman) Perubahan DO spasial adalah perubahan DO antara strata atas dengan strata dibawahnya.
K 2 ln BOT1 + K 2 ln BOT2 DOS 2 = DOS1 − 2
X 30
46
Keterangan
DOS1
: DO di strata 1
DOS 2
: DO di strata 2
30
: interval sampling (1bulan = 30 hari)
Apabila
K 2 ln BOT1 + K 2 ln BOT2 DOS 2 > DOS1 − X 30 (+) : terjadi peluruhan (P>B) 2 K 2 ln BOT1 + K 2 ln BOT2 DOS 2 < DOS1 − X 30 (-) 2
:
terjadi
penambahan
beban (P
Y = Y0 + β1 X 1 Keterangan
Y
: Konsentrasi DO (mg/L)
Y0
: Konstanta
β1
: Slope/kemiringan
X1
: Bahan Organik Total (mg/L)
