PENGARUH KETEBALAN DAN DIAMETER MEDIA SARINGAN PASIR LAMBAT UNTUK MENGOLAH AIR PDAM DITINJAU DARI PARAMETER E.COLI, ZAT ORGANIK DAN DETERJEN THE EFFECT OF THICKNESS AND SIZE OF SLOW SAND FILTER MEDIA FOR TREATING PDAM WATER BASED ON E.COLI, ORGANIC COMPOUNDS AND DETERGENT PARAMETER MIRDAD IBNU MAHDI dan WAHYONO HADI Jurusan Teknik Lingkungan – FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya – 60111 E-mail :
[email protected] Abstrak Air merupakan kebutuhan yang sangat vital dan penting bagi kelangsungan hidup manusia. Kebutuhan air minum yang cukup, merupakan jal yang paling penting dalam kehidupan ini. Selama ini kebutuhan air minum telah disediakan oleh PDAM. Namun air minum yang dihasilkan oleh PDAM masih ada yang belum memenuhi syarat kualitas air minum yang ditetapkan oleh pemerintah. Khususnya untuk bahan organik dan bakteriologis masih dibawah standar kualitas air minum. Pada penelitian kali ini bertujuan untuk menyisihkan kandungan bahan zat organik, bakteri E.coli serta deterjen / surfactant di dalam air PDAM dengan menggunakan reaktor slow sand filter single media aliran downflow. Variasi yang digunakan pada penelitian kali ini yaitu rate filtrasi, ketebalan media dan diameter media saringan pasir. Parameter penelitian ini meliputi zat organik, deterjen / surfactant dan bakteri E.coli. Raktor dioperasikan secara kontinyu. Berdasarkan hasil penelitian, didapatkan nilai penurunan parameter zat organik, deterjen / surfactant dan bakteri E.coli pada rate filtrasi 0.3 m/jam dan dengan menggunakan ketebalan media 100cm. Dihasilkan penurunan parameter untuk zat organik hingga 4.6 mg/liter, deterjen / surfactant hingga 0.027 mg/liter dan tidak terdapat bakteri E.coli. Kata kunci: Slow sand filter, E.coli, zat organik, deterjen / surfactant, media pasir, rate filtrasi. Abstract
Water is a very vital and important for human survival. The need to drink enough water, the jal the most important in life. During this time the need of drinking water has been provided by PDAM. However, drinking water produced by the taps are still there who do not qualify the quality of drinking water set by the government. Particularly for organic materials, and bacteriological still under the drinking water quality standards. In the present study aims to set aside the matter content of organic substances, bacteria E. coli and the detergent / surfactant in tap water using slow sand filter reactor single downflow stream media. Variations used in the present study the rate of filtration, media thickness and diameter of the sand filter media. Parameters of the study include organic substances, detergents / surfactants and E.coli bacteria. Raktor operated continuously. Based on the results of the study, obtained the value of the parameter reduction of organic substances, detergents / surfactants and E.coli bacteria in the filtration rate of 0.3 m / h and using the media thickness of 100cm. Resulting decrease in the parameters for the organic matter up to 4.6 mg / liter, detergents / surfactants up to 0027 mg / liter and no E. coli bacteria. Key Word: Slow sand filter, E.coli, Organics Compounds, detergent / surfactant, sand media, rate filtrasi.
1. Pendahuluan Air merupakan kebutuhan pokok bagi makhluk hidup. Air yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari seharusnya memenuhi standart kualitas air bersih. Apabila tidak memenuhi standart kualitas air bersih maka dapat menyebabkan masalah bagi kesehatan masyarakat yang mengkonsumsi air tersebut. Hal ini telah di tetapkan berdasarkan PERMENKES No. 492/MENKES/SK/IV/2010. Penduduk Indonesia sendiri banyak yang menggunakan air PDAM dalam kegiatan seharihari. Masalah yang berkembang saat ini adalah mendapatkan air layak minum yang langsung dikeluarkan oleh air PDAM. Air PDAM sendiri dapat terkontaminasi dari beberapa sumber pencemar, sumber tersebut bisa berasal dari bakteri atau mikroorganisme yang menempel pada saluran pipa distribusi ke masyarakat,kebocoran bahan kimia organic dan lainnya. Air PDAM yang biasanya digunakan oleh masyarakat masih banyak sekali yang belum memenuhi standart air bersih yang telah ditetapkan oleh pemerintah. Hal ini juga dikarenakan masyarakat kita sendiri tidak memperhatikan masalah system sanitasi yang ada. Setidaknya air yang digunakan sebagai air minum ini harus terhindar dari zat organik, logam berat dan juga bakteri E.coli. Oleh karena sumber air PDAM yang hamper semua masyarakat gunakan untuk dikonsumsi sebagai air minum masih mengandung bakteri ataupun mikroorganisme, maka diperlukan pengolahan terlebih dahulu untuk menghilangkan kontaminan yang terdapat dalam air. Salah satu solusi yang ditawarkan yaitu dengan menggunakan filter dengan proses Slow sand Filter. Slow sand filter sebagai alat yang konvensiona, yang diyakini dapat menurunkan kadar-kadar pencemar yang terdapat dalam air dengan optimal. Adanya Slow sand Filter ini tidak membutuhkan pengolahan-pengolahan lain terlebih dahulu. Selain itu pengoprasian dan perawatan yang mudah membuat filter ini dapat digunakan untuk masyarakat kalangan menengah kebawah dengan tingkat ekonomi yang rendah, sehingga tidak perlu untuk memasak air terlebih dahulu. Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Mendesain Unit SlowSand Filter skala rumah tangga yang sesuai untuk mengolah air PDAM yang siap untuk di minum. 2. Mengetahui diameter media, ketebalan media dan kecepatan penyaringan sebuah filter pasir yang sesuai untuk filter skala rumah tangga. 2. Tinjauan Pustaka Slow Sand Filter Menurut Droste, Slow sand filter adalah Filtrasi pasir adalah ujung tombak pengolahan air. Dimana pada bangunan filter berfungsi sebagai penyaring flok-flok halus yang masih terdapat dalam air yang tidak terendapkan pada bak sedimentasi dan juga dapat menyaring bakteri atauun mikrioorganisme yang terdapat dalam air. Filtrasi ini terjadi dengan melewatkan air olahan melalui media berporos tertentu. Aliran air persatuan luas filter ini sangat kecil, dan selanjutnya dikenal dengan nama saringan pasir lambat (Slow Sand Filter). Sedangan menurut Standart Nasional Indonesia (SNI) adalah Saringan pasir lambat adalah bak saringan yang menggunakan pasir sebagai media filter dengan ukuran butiran kecil, namun mempunyai kandungan kuarsa yang tinggi. Bakteri E.coli Menurut Fardiaz (1992) Eschericia coli adalah salah satu bakteri patogen yang tergolong Coliform dan hidup secara normal di dalam kotoran manusia maupun hewan sehingga E. coli digunakan sebagai bakteri indikator pencemaran air yang berasal dari kotoran hewan berdarah panas. E.coli merupakan mikroflora alami yang terdapat pada saluran pencernaan manusia dan hewan. Beberapa galur E.coli dapat menyebabkan penyakit pada manusia seperti diare (Astawan, 2007), dimana sampai tahun 2001 diare masih merupakan penyebab kematian bayi ketiga di Indonesia (ISSDP, 2006). Penyebaran bakteri E. coli di tanah sangat dipengaruhi oleh porositas tanah. Pergerakan horizontal sukar dipastikan karena tergantung pada faktor antara lain; jenis tanah, ketinggian
permukaan air tanah, aliran air tanah, konstruksi sumur pompa tangan, jumlah pemakai sumur pompa tangan dangkal dan jumlah orang yang membuang feses. (Rahayu Kosasif, Budi. 2009). Bakteri-bakteri pathogen ada bermacam-macam dan konsentrasinya agak rendah, hal ini menyebabkan bakteri-bakteri tersebut sulit dideteksi. Analisa mikrobiologi untuk bakteri-bakteri tersebut biasanya berdasarkan “organisme petunjuk (indicator organism)”. Bakteri-bakteri ini menunjukkan adanya pencemaran oleh tinja manusia atau hewan berdarah panas, dan mudah dideteksi. Bakteri jenis Escherichia Coli (E.coli atau coli tinja) merupakan petunjuk yang paling efisien, karena E.coli tersebut hanya dan selalu terdapat dalam tinja. Hanya sebagian dari total coli terdiri dari E.coli yang berasal dari tinja dan lainnya terdiri dari bakteri yang berasal dari tinja dan lainnya terdiri dari bakteri yang berasal tanah seperti Aerobacter coli. (Alaerts.1984). Zat Organik Semua senyawa organik mengandung carbon yang berkaitan dengan satu elemen atau lebih. Hidrokarbon hanya terdiri dari karbon dan hidrogen. Banyak senyawa yang mengandung carbon, hidrogen dan oksigen dan elemen-elemen tersebut menjadi elemen penyusun utama.Elemen minor yang biasa terikat pada elemen utama tersebut antara lain nitrogen, phospor dan sulfur dan terkadang halogen dan logam. Senyawa yang dibuat secara sintesis dapat berkaitan dengan berbagai material lain. Deterjen Istilah deterjen digunakan luas pada berbagai macam pembersih yang digunakan untuk membersihkan kotoran pada pakaian, perabotan rumah tangga atau untuk menghilangkan kotoran pada benda-benda lainnya. Bahan dasar deterjen adalah senyawa organik yang mempunyai sifat zat aktif permukaan (Surface active) didalam larutan, yang secara umum disebut Surface active agent atau Surfactant. Semua zat aktif permukaan atau surfactant mempunyai molekul berpolar yang agak besar. Salah satu ujung molekul senyawa yang mudah larut dalam air yang disebut gugus hidrofilik, sedangkan pada ujung yang lainnya terdiri dari gugus hidrofobik (Swisher, 1963). Deterjen pada konsentrasi tinggi mengalami pelarutan dengan diikuti asosiasi (penggabungan) diri molekul-molekul surfactant membentuk agregasi berukuran koloid (berjari-jari kurang lebih 1,52,0 nm) Sedangkan pada konsentrasi rendah deterjen berperan sebagai elektrolit biasa. Pada konsentrasi ini deterjen terdiserasi (pemisahan diri) sebagai molekul yang tervolasi atau memisah (Abuin, S and Lissi, C, 1992 dalam rahmadyanti,E.,2004). Standar bentuk pengolahan yang berisi koagulasi-flokulasi, sedimentasi, dan filtrasi pada umumnya menghilangkan sedikit atau tidak sama sekali deterjen yang terkandung didalam air (Degrement, 1979). Dalam peraturan standart baku mutu air minum berdasarkan PERMENKES No. 492/MENKES/SK/IV/2010. membatasi kadar maksimum deterjen yang diperbolehkan yaitu 0.05 mg.l sebagai MBAS. Sedangkan kandungan yang dianjurkan tidak ada sama sekali. Penggunaan deterjen telah digunakan secara luas oleh berbagai industri maupun masyarakat, dimana limbah cairnya dibuang langsung ke alam tanpa melalui proses pengolahan dan menyebabkan polusi lingkungan. Secara umum kandungan deterjen menurut Olvice (2006) adalah: • Surfactant (10-25%) • Buildery(30-40%) • Surfact Bash (5-30%) Surfactant dibagi menjadi empat bagian penting dan digunakan secara meluas pada hampir secara secctor industri modern: a. Sirfactant amionik adalah senyawa yang bermuatan negatif dalam bagian aktif permukaan atau pusat hidrofobiknya. b. Surfactant kationik adalah senyawa yang bermuatan positif pada bagian aktif permukaan atau gugus antar muka hidrofobiknya. c. Surfactant nonionik adalah surfactant yang tidak bermuatan atau tidak terjadi ionisasi molekul.
d. Surfactant amfotorik adalah surfactant yang mengandung gugus anionik dan kationik, dimana muatannya bergantung kepada pH, pada pH tinggi dapat menunjukkan sifat anionik dan pada pH rendah dapat menunjukkan sifat kationik. 3. Metodologi Penelitian Kerangka Penelitian Kerangka penelitian merupakan gambaran umum mengenai tahapan – tahapan yang perlu dilakukan dalam penelitian. Kerangka penelitian tentang Pengaruh Ketebalan dan Diameter Media Saringan Pasir Lambat untuk Mengolah Air PDAM di Tinjau dari Parameter E.coli, Zat Organik dan Deterjen dapat dilihat pada gambar 3.1. Berikut adalah keterangan dari gambar kerangka penelitian : a. Ide Studi Ide studi ini desain ini didasarkan pada fakta, bahwa banyak penduduk Indonesia menggunakan air PDAM sebagai sumber air minum. Sedangkan kualitas dari air PDAM semakin hari semakin menurun yang dikarenakan jauhnya tempat pengolahan iar PDAM ke tempat konsumen. Sehingga bakteri maupun mikroorganisme dapat berkembang biak pada saluran pipa yang menghubungkan dari tempat pengolahan ke tempat konsumen. Oleh karena itu diperlukan suatu filter yang dapat digunakan pada masing-masing rumah tangga denagn mudah sehingga dapat mengahsilkan air yang siap minum. b. Studi Literatur Studi literatur dilakukan untuk mendukung jalannya penelitian mulai dari awal hingga penyusunan laporan juga untuk mendapatkan dasar teori yang kuat yang berkaitan dengan penelitian ini, sehingga dapat menjadi acuan dalam melaksanakan analisis dan pembahasan. Sumber literature yang digunakan dalam penelitian ini meliputi buku-buku teks , jurnal ilmiah, internet dan laporan – laporan tugas akhir yang dilakukan sebelumnya. Studi literature ini dilakukan sepanjang penelitian, yakni mulai dari tahap awal hingga analisis dan pembahasan hasil penelitian sehingga dapat diperoleh kesimpulan. Studi literature yang dilakukan mengenai : 1. Air baku yang digunakan ( air PDAM ) 2. Slow sand filter 3. Bakteri E.coli 4. Zat Organik 5. Deterjen c. Variabel dan Parameter Penelitian Pada penelitian ini ditetapkan variabel berupa : • Ketebalan media : 50 cm, 80 cm dan 100cm • Diameter media : 0.1-0.3 mm, 0.3-0.5 mm dan 0.5-0.7 mm • Rate filtrasi : 0.1 m/jam, 0.3 m/jam dan 0.6 m/jam Sedangkan untuk parameter pada air baku yaitu Bakteri E.coli, zat organik dan deterjen. d. Variabel dan Parameter Penelitian Pada penelitian ini ditetapkan variabel berupa : • Ketebalan media : 50 cm, 80 cm dan 100cm • Diameter media : 0.1-0.3 mm, 0.3-0.5 mm dan 0.5-0.7 mm • Rate filtrasi : 0.1 m/jam, 0.3 m/jam dan 0.6 m/jam Sedangkan untuk parameter pada air baku yaitu Bakteri E.coli, zat organik dan deterjen. e. Pemeriksaan Kualitas Air Baku. Pemeriksaan kualitas air baku dilakukan untuk mengetahui kualitas air baku ( air PDAM) yang digunakan. Analisa yang dilakukan berupa : • Analisa bakteri E.coli dengan metode most probable number (MPN) • Analisa deterjen dengan metode Metilen Blue Active Substance (MBAS) • Analisa zat organik dengan metode permanganate value (PV). f. Persiapan Alat
Persiapan alat yang dilakukan meliputi persiapan pembuatan Slow Sand Filter dan persiapan peralatan plengkap. Elemen Slow Sand Filter terdiri dari : 1) Pipa PVC dengan diameter 30 cm 2) Kran air 3) Pipa outlet dengan diameter
3 inchi 4
4) Lem PVC 5) Pasir dengan ukuran 0.1-0.3 mm, 0.3-0.5 mm dan 0.5-0.7 mm 6) Kerikil dengan ukuran 10-15mm. g. Persiapan Bahan 1) Air PDAM Air PDAM yang digunakan adalah air PDAM dari hasil penelitian pendahuluan. 2) Persiapan bahan untuk analisis Bahan yang di maksud adalah bahan – bahan yang digunakan untuk analisis E.coli, deterjen dan bahan organik (KMnO4) yang sesuai dengan standar air minum yang disyaratkan. Metode analisis yang digunakan berdasarkan standar air minum PERMENKES No. 492/MENKES/SK/IV/2010. 3) Lapisan penyangga (kerikil) Pada unit filter ini menggunakan kerikil sebagai lapisan penyangga. Dimana lapisan kerikil ini setebal 20cm dengan ukuran 10 – 15 mm. Lapisan penyangga ini berfungsi untuk mencegah keluarnya pasir menuju kran outlet, sehingga kran tidak tersumbat. h. Pembuatan Alat Langkah selanjutnya dari penelitian adalah pembuatan alat. Dengan mempertimbangkan aspek dimensi dari alat serta bahan – bahan maka dirangkai alat sesuai dengan hasil rancangan perencanaan alat. Slow sand filter di buat sesederhana mungkin dan semudah mungkin untuk dapat dioperasikan. i. Pengoprasian filter Pada penelitian ini, Slow sand filter yang digunakan terbuat dari pipa PVC. Ketebalan media pasir sebagai media penyaring dalam slow sand filter adalah 50 cm, 80 cm dan 100 cm. Dimana pasir yang digunakan adalah pasir sungai dengan diameter pasir yang berbeda beda pula, yaitu 0.1 – 0.3 mm, 0.3 -0.5 mm dan 0.5 – 0.7 mm. Dibawah media pasir diletakkan media penyangga yaitu media kerikil dengan ketinggian 20cm. Fungsi dari media penyangga ini adalah untuk menahan pasir agar tidak ikut keluar terbawa oleh aliran air. Sebelum filter dijalankan terlebih dahulu air dialirkan melalui media secara kontinu selama 23 minggu, ini bertujuan agar terbentuknya lapisan Schmutzdecke. Lapisan Schmutzdecke ini sendiri dapat mengurangi zat – zat pengotor dalam air baku. Biasanya lapisan Schmutzdecke ini terbentuk hingga ketebalan kurang lebih 5 cm. Sebelum slow sand filter dimulai, pertama diukur debit yang masuk kedalam saringan filter. Untuk mengukur debit yang masuk dan keluar pertama – tama kita harus menutup kran outlet yang terdapat pada saringan filter, kemudian air dialirkan secara perlahan – lahan hingga air berada 30 cm diatas media pasir. Kemudian pada outlet dibuka dan diukur debit yang keluar dari saringan filter. Untuk mempermudah pengukuran digunakan gelas ukur. Pencucian Media Filter
1. Pencucian media filter dilakukan apabila filter telah clogging, hal ini terihat dengan kecepatan filtrasinya telah menurun. Hal ini menandakan bahwa media filter tidak dapat lagi menampung flok-flok pengotor yang ada, sehingga muka air media terus naik.
2. Pada saat pencucian filter akan berlangsung, maka harus dipastikan bahwa air yagn ada dalam reaktor telah tidak ada.
3. Setelah air didalam reaktor telah habis atau berkurang maka lapisan Schmutzdecke yang tebal dapat dikeruk. Lapisan Schmutzdecke ini dikeruk ± 0.5 - 2 cm.
4. Setelah lapisan Schmutzdecke dikeruk, kemudian filter dapat dioprasikann kembali.
4. Analisa dan Pembahasan Untuk mengawali penelitian ini, terlebih dahulu dilakukan analisa untuk mengetahui kualitas dari sampel air awal, yaitu air PDAM di Jurusan Teknik Lingkungan, ITS. Hasil analisa selengkapnya dapat dilihat pada Tebel 4.1 di bawah ini. Tabel 4.1 Hasil Pemeriksaan Sampel Air Awal (Air PDAM di Jurusan Teknik Lingkungan, ITS.) Zat Organik Deterjen E.coli (jml per (mg/l) (mg/l) 100ml) KEPMENKES 10 0.05 0 Hari KeHASIL 1 11.4 0.038 13.5 2 9.1 0.038 17 3 9.7 0.036 14 4 9.1 0.037 13 5 9.5 0.037 11 6 8.7 0.035 21 7 10.5 0.035 13 5. Rencana Anggaran Biaya Dalam penelitian, filter yang digunakan terbuat dari pipa PVC. Berikut adalah tabel anggaran biaya pembuatan unit filter.
No
1 2 3 4 5 6 7
Tabel 4.12 Anggaran Biaya Pembuatan 1 Unit Filter. Kebutuhan Harga satuan Biaya Peralatan Biaya total Jml Sat Sat (Rp) (Rp) Filter dari 1 buah 250.000 /buah 250.000 pipa PVC Pipa PVC 1 meter 9000 /meter 9.000 ½” knee 2 Buah 1000 /buah 2.000 Lem pvc 3 buah 5000 /buah 15.000 Pasir dan karun 3 7.500 /karung 22.500 kerikil g Tutup pipa 1 buah 40.000 /kg 40.000 PVC Kikir 1 buah 10.000 /buah 10.000 Total biaya 348.500
6. Kesimpulan Adapun kesimpulan yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Kriteria desain unit slow sand filter skala rumah tangga yang dipilih dengan menggunakan ketebalan media 100cm dan rate filtrasi 0.3m/jam. 2. Pengolahan air PDAM dengan menggunakan slow sand filter untuk menjadi air layak minum telah terpenuhi dikarenakan kandungan bakteri E.coli, zat organik dan deterjen/surfaktan telah memenuhi standart baku mutu yang telah di tetapkan oleh PERMENKES No. 492/MENKES/SK/IV/2010.
7. Daftar Pustaka Al – Layla, M.A., S. Ahmad, S.J. Middlebrooks, (1977) Water Supply Engineering Desaign 2nd edition. Ann Arbor Science. Michigan – USA. Alaerts, G., S.S. Santika, (1987) Metode Penelitian Air. Usaha Nasional. Surabaya. Annonim, (1967) Water Treatment Plant Desaign AWWA. Mc. Graw Hill Book Company. New York. Anonim, (1997) ASTM Standard on Environmental Sampling. Second edition. Baltimore. Casey, T.J. (1997) Unit Treatment Processes in Water and Wastewater Engineering. John Wiley & Sons, Inc. New York. Degremont, (1979). Water Treatment Handbook, 5th edition, John Willey & Sons Inc, New York. Driscoll, F.G. (1986) Ground Water and Wells. Second edition. Johnson Filtration System, Inc. Minnesota. Droste, Ronald L., (1997) Theory and Practice of Water and Wastewater Treatment. John Willey and Sons Inc.. USA. Fair, G. M., J. C. Geyer, D. A. Okun, (1956). Water and Wastewater Engineering volume: 2 Water Purification and Wastewater Treatment Disposal, John Willey & Sons Inc, New York. Huisman, L., dan W. E. Wood, (1974). Slow Sand Filtration, WHO, Genewa. Kawamura, S., (1991). Integrated Desaign of Water Treatment Facilities, John Willey & Sons Inc, Singapura. Okun, D. A., dan C. R. Schultz, (1984). Surface Water Treatment for Communities in Developping Countries, John Willey & Sons Inc, New York. Reid, G., (1982). Appropriate Methods of Treating: Water and Wastewater in Developing Countries, Ann Harbor Science, Michigan. Reynolds, T. D., (1982). Unit Operations and Processes in Environmental Engineering, 2nd edition, PWS, USA. Salvato, Joseph A., (1982). Environmental Engineering and Sanitation, 2nd edition, John Willey & Sons Inc, New York. Sawyer, C. L., P. L. McCarty, (1984). Chemistry for Environmental Engineering, Mc Graw Hill Book Company, New York. Steel, E. W., (1960). Unit Water Supply and Sewerage, 4th edition, Mc Graw Hill Book 18. Company, New York. Trihadiningrum, Y., Harmin S.Titah, dan Nurbajati, (2001) Mikrobiologi Lingkungan. Jurusan Teknik Lingkungan FTSP – ITS. Surabaya.
SNI 3981:2008. Perencanaan Instalasi Saringan <www.pu.go.id/satminkal/balitbang/sni/isisni/SNI%203981-2008.pdf>.
Pasir
Lambat.
Peraturan Menteri Kesehatan NO.492/MENKES/PER/IV/2010. tentang syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air Minum
