PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HAKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tapi tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktorat Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur ke hadirat Allah SWT penulis panjatkan karena dengan rahmat dan kurnia-Nya, penulisan tesis ini dapat diselesaikan.
Tesis dengan judul Pembentukan Low Molecular Weight (LMW) Organik: Aldehid Sebagai Hasil Samping Desinfeksi Dengan Ozon merupakan syarat untuk memperoleh gelar master dari Program Studi Teknik Lingkungan, Fakultas Teknik Sipil dan Lingkungan, Institut Teknologi Bandung.
Pada penyusunan tesis ini,
penulis telah menerima begitu banyak bantuan, bimbingan, dan dorongan yang diberikan oleh berbagai pihak. Terima kasih yang setulus-tulusnya diberikan kepada:
Prof. Ir. Suprihanto N, Ph.D., sebagai pembimbing I sekaligus wali akademik yang telah memberikan inspirasi, bimbingan, serta waktu yang sangat
bermanfaat
sejak
penyusunan
proposal,
penelitian
hingga
penyusunan karya tulis ini.
Dr. Ir. Dwina Roosmini, selaku pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan masukan dalam proses penelitian dan penyusunan karya tulis ini.
Dr Ing. Prayatni Soewondo, sebagai penguji yang telah memberikan saran dan masukan dalam penyusunan karya tulis ini.
Drs. Mohamad Irsyad, MSc, sebagai penguji yang telah memberikan saran dan masukan bagi penyusunan karya tulis ini.
Dr. Barti Setiani Munthalif, sebagai koordinator seminar dan sidang magister Teknik Lingkungan.
Ir. Agus Jatnika Effendi, Ph.D.,
sebagai Ketua Program Studi Teknik
Lingkungan ITB.
Dr. Ir. Tripadmi Damanhuri, sebagai koordinator tesis Teknik Lingkungan ITB.
Dr.Eng. Rafiq Iqbal selaku kepala laboratorium Hidrolika, yang telah membantu penulis melakukan pengukuran TOC.
iv
Dr.Ing. Marisa selaku kepala laboratorium penelitian air
Gema Sakti Raspati, MSc serta Arief Cahyo, MSc, untuk sumbangan ilmu yang begitu berarti serta suplai jurnal yang tanpa bosan diberikan pada proses penyelesaian penelitian.
Pak Mahyar, Asri, Pak Wardi, Andri, Bu Nita, Wawan, Bu Juju, Bu Mimin, Bu Sri, dan Pak Asep serta karyawan Program Studi Teknik Lingkungan lainnya yang telah membantu penulis dalam penyelesaian karya tulis ini.
Keluarga Ir. Asep Djuarsa, Rano dan Rizki atas dukungannya.
Keluarga besar Drs. Rachmat Sudarto, atas doa dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis
Keluarga besar H. Achmad Sofyan Mawardi, atas bimbingan dan didikan yang telah diberikan tiada henti semenjak penulis lahir sampai sekarang ini.
Keluarga besar Sastra Prawira, atas dukungan dan kebersamaannya.
Segenap staf pengajar Program Magister Studi Teknik Lingkungan ITB yang telah memberikan tambahan ilmu pengetahuan selama masa studi.
Rekan-rekan staf pengajar Jurusan Teknik Lingkungan Itenas yang telah memberikan bantuan kepada penulis selama menjalani tugas belajar ini.
Pak Djaenudin, Pak Hudori, Lafrant, Erick, Mbak Puji, Bu Dewi, Lina, Oktariane serta rekan-rekan S2 khususnya TPAL, TML dan KKL 2006 yang telah memberikan keceriaan dan tambahan ilmu selama masa studi di Program Studi Teknik Lingkungan ITB.
Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, yang telah memberikan bantuan selama menjalani studi.
Semoga karya tulis ini dapat bermanfaat bagi siapa saja yang memerlukan guna tujuan pengembangan penelitian mengenai desinfeksi dengan ozon.
Bandung, Juni 2008 Penyusun
v
ABSTRAK
PEMBENTUKAN LOW MOLECULAR WEIGHT (LMW) ORGANIC : ALDEHID, SEBAGAI HASIL SAMPING PROSES DESINFEKSI DENGAN OZON Oleh
Mohamad Rangga Sururi NIM : 25306020
Ozonisasi pada air dapat menghasilkan LMW, yang merupakan senyawa yang dapat dengan mudah digunakan dan dimanfaatkan untuk proses metabolisme oleh mikroorganisme. Pada penelitian ini diteliti konsentrasi sisa ozon dan pembentukan aldehid setelah proses pradesinfeksi dan desinfeksi dengan ozon, pada berbagai kondisi pH dan waktu kontak. Sample air yang digunakan pada penelitian berasal dari unit prasedimentasi dan filtrasi instalasi PDAM Dago. Ozonisasi dilakukan pada skala laboratorium dengan menggunakan kontaktor sistem batch dengan volume 7 liter. Pengukuran dilakukan pada waktu kontak 3,5 dan 10 menit, pada berbagai kondisi pH. Konsentrasi sisa ozon terlarut pada sampel air dipengaruhi oleh kandungan inhibitor reaksi berantai, yaitu karbonat dan alkohol primer. Pada proses ozonisasi sampel air dari unit filtrasi dalam kondisi pH asam dan netral terdapat kecenderungan % normalisasi aldehid yang terdeteksi menurun hingga menit ke-10. Pada proses ozonisasi sampel air dari unit prasedimentasi % normalisasi aldehid yang terdeteksi cenderung mengalami kenaikan hingga menit ke-10, hasil tersebut dipengaruhi oleh kuantitas kandungan NOM yang bersifat hidrophobik yang dominan pada unit prasedimentasi. Aldehid yang terbentuk terdiri dari 8 jenis, namun yang diketahui dapat menimbulkan efek kesehatan adalah hexanal. Pada sampel air dari unit filtrasi dengan CT dibawah 0,08 mg.menit/L pada pH basa, serta pada sampel air dari unit prasedimentasi dengan CT dibawah 0,2 mg.menit/L yang terjadi pada pH basa dan asam aldehid tidak terdeteksi, sedangkan pada kondisi pH netral aldehid terdeteksi pada setiap penambahan waktu kontak. Pembentukan aldehid dipengaruhi oleh jenis dan kuantitas prekursor yang ada serta konsentrasi dan waktu kontak ozonisasi, sedangkan pengaruh pH hanya signifikan pada waktu kontak 3 menit. Pada penelitian ini juga dibuktikan terjadinya pertumbuhan kembali (regrowth) mikroorganisme berupa bakteri coli, akibat terbentuknya LMW organik. Kata kunci: ozon, pH, prekursor,aldehid, by product, regrowth,
i
ABSTRACT
FORMATION OF LOW MOLECULAR WEIGHT (LMW) ORGANIC DISINFECTION BY-PRODUCT: ALDEHID, DURING OZONATION OF DRINKING WATER By
Mohamad Rangga Sururi NIM : 25306020
The application of ozone to drinking water treatment was examined using batch contactor with volume of 7 L. The effect of pH, contact times and characteristic of water on residual ozone and aldehyde formation were investigated at this research. Sample collected from water treatment facilities PDAM Dago, two types of water were used: water from prasedimentation unit and filtration unit. Decomposition of ozone and its reaction is dependent from pH, alkalinity and water quality. Acidic pH and radical scavenger present in water (carbonates, bicarbonates and alcohol primer) can increase residual of dissolve ozone. The aldehyde formation level in the ozonated water dependent from ozone exposure and type of precursor. At sample of water from prasedimentation, the higher doses of ozone, increase aldehyde formation. At sample of water from filtration unit the higher doses of ozone, decrease aldehyde formation. This result influenced by quantity hydrophobic material which dominant at water sample from prasedimentation unit. Aldehyde which formed consisting of 8 type, but which known can generate health effect is hexanal. At water sample from filtration with C.T. under 0,08 mg. minute /L, and also at water sample from unit prasedimentation with C.T. under 0,2 mg. minute /L, aldehyde is not detected. pH influence only significance when contact of 3 minute. This research also proved the formation of LMW organic in ozonation process. These organic by-products serve as carbon source for bacteria, potentially causing regrowth process. Key word: ozone, pH, precursor, aldehyde, by product, regrowth,
ii
DAFTAR ISI ABSTRAK………………………………………………………………. ABSTRACT……………………………………………………………. PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS…………………………………. KATA PENGANTAR ............................................................................ DAFTAR ISI............................................................................................ DAFTAR LAMPIRAN............................................................................ DAFTAR GAMBAR .............................................................................. DAFTAR TABEL................................................................................... DAFTAR ISTILAH.................................................................................
i ii iii iv vi viii ix xi xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang……………………………………………………... 1.2. Tujuan dan Manfaat………………………………………………... 1.3. Ruang Lingkup Penelitian………………………………………….. I.4. Sistematika Pembahasan……………………………………………
1 2 2 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Proses Desinfeksi…………………………………………………… 2.1.1. Jenis Desinfektan………………………………………........ 2.1.2. Produk Samping Desinfeksi ………………………………... 2.2. Ozon………………………………………………………………. 2.2.1. Stabilitas Ozon Dalam Air ………………………………….. 2.2.2. Pembentukan Produk Samping Desinfeksi dengan Ozon ………………………….................................. 2.2.3. Mekanisme Pembentukan Low Molekular Weight (LMW) Organik…………...................................................................... 2.2.4. Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan LMW Organik....... 2.2.4.1. Konsentrasi Sisa Ozon (C) dan Waktu Kontak (T)........................................................ 2.2.4.2. Senyawa Organik......................................................... 2.2.4.3. PH................................................................................ 2.2.4.4. Temperatur.................................................................. 2.2.4.5. Alkalinitas................................................................... 2.3. Aldehid ............................................................................................... 2.3.1. Sifat Fisis Aldehid.................................................................... 2.3.2. Sifat Kimia Aldehid................................................................. 2.3.3. Aldehid Sebagai Produk Samping Desinfeksi dengan Ozon... 2.4. Strategi Untuk Mengendalikan DBPs................................................. BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tahap Penelitian…………………………………………………….. 3.2. Perumusan Masalah………………………………………………….. 3.3. Persiapan……………………………………………………………… 3.4. Data Sekunder………………………………………………………... 3.5. Data Primer…………………………………………………………… 3.5.1. Pemeriksaan kualitas sampel air ……………………………...
vi
4 4 6 8 9 12 14 20 20 21 23 23 24 24 24 25 26 27
31 32 32 38 38 38
3.5.2. Identifikasi potensi pembentukan LMW……………………... 3.5.3. Pembuktian terjadinya regrowth............................................... 3.6. Analisis Data…………………………………………………………. 3.7. Pengambilan Kesimpulan...................................................................... BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Data karakteristik Sampel Air............................................................... 4.1.1. Karakteristik Fisik dan Kimia Sampel Air……………………. 4.1.2. Kandungan NOM Sampel Air………………………………… 4.2. Ozon yang Terbentuk pada Fase Gas.................................................... 4.3. Konsentrasi Sisa Ozon Terlarut pada Proses Ozonisasi........................ 4.3.1. Konsentrasi Sisa Ozon pada Proses Ozonisasi, Sampel Air dari Unit Filtrasi.................................................... 4.3.2. Konsentrasi Sisa Ozon pada Proses Ozonisasi, Sampel Air dari Unit Prasedimentasi..................................... 4.3.3. Perbandingan Konsentrasi Sisa Ozon Sampel Air Terozonisasi dari Unit Prasedimentasi dan Filtrasi.................... 4.4. Komposisi Aldehid yang Terbentuk pada Proses Ozonisasi................. 4.4.1. Komposisi Aldehid yang Terbentuk pada Proses Ozonisasi, Sampel Air dari Unit Filtrasi.................................... 4.4.2. Komposisi Aldehid yang Terbentuk pada Proses Ozonisasi, Sampel Air dari Unit Prasedimentasi....................................... 4.4.3. Struktur aldehid yang terbentuk pada sampel Air Terozonisasi............................................................ 4.5. Faktor yang mempengaruhi pembentukan Aldehid pada Proses Ozonisasi............................................................................ 4.5.1. Pengaruh pH pada Pembentukan Aldehid................................. 4.5.2. Pengaruh prekursor dan kekeruhan terhadap pembentukan Aldehid................................................................. 4.5.3. Pengaruh Konsentrasi dan waktu kontak (CT) terhadap pembentukan aldehid................................................... 4.6. Analisa Kejadian Regrowth Setelah Ozonisasi ………..........................
39 40 40 40
41 41 42 43 44 44 45 47 47 48 50 52 53 53 55 59 63
V. KESIMPULAN DAN SARAN……………………………………….
68
DAFTAR PUSTAKA................................................................................... LAMPIRAN
70
vii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A Lampiran B
Lampiran C
Lampiran D
Hasil Pengukuran Aldehid................................................ Kalibrasi........................................................................... B.1. Kalibrasi Pengukuran Konsentrasi Sisa Ozon.......... B.2. Kalibrasi Pengukuran TOC...................................... Prosedur Pengukuran Laboratorium................................ C.1. Pengukuran Alkalinitas............................................ C.2. Pengukuran Kesadahan............................................ C.3. Pengukuran Konsentrasi Sisa Ozon......................... C.4. Pengukuran TOC..................................................... C.5. Pengukuran kekeruhan........................................... C.6. Pengukuran Coli...................................................... Dokumentasi....................................................................
viii
72 81 81 83 84 84 85 85 86 87 87 91
DAFTAR GAMBAR
Gambar II.1 Gambar II.2. Gambar II.3. Gambar II.4.
Gambar II.5 Gambar II.6 Gambar II.7 Gambar II.8 Gambar II.9 Gambar II.10 Gambar II.11 Gambar II.12 Gambar II.13 Gambar II.14 Gambar II.15 Gambar II.16 Gambar II.17
Gambar III.1. Gambar III.2. Gambar III.3. Gambar III.4. Gambar III.5. Gambar III.6 Gambar III.7. Gambar IV.1. Gambar IV.2 Gambar IV.3 Gambar IV.4 Gambar IV.5
Gambar IV.6
Struktur dan Resonansi Molekul Ozon...................... Skema reaksi ozon dalam larutan............................... Skema pembentukan produk samping desinfeksi dengan ozon............................................................... Asumsi reaksi antara ozon dan senyawa aromatik (A) dengan pembentukan produk (P) dan kehadiran scavenger (S)............................................................... Mekanisme Criegge.................................................... Dekomposisi ozon pada pelarut innert....................... Dekomposisi ozon yang melibatkan pelarut.............. Abnormal ozonisasi………………………………... Mekanisme reaksi pemecahan alkena……………… Mekanisme pemecahan bahan organic oleh ozon..... Konstituen utama dari DOC..................................... Struktur Aldehid........................................................ Gugus karbonil.......................................................... Reaksi adisi yang dikatalis oleh basa........................ Reaksi adisi yang dikatalis oleh asam....................... Efek berbagai alternatif dalam penyisihan prekursor.................................................................... Efek ozonisasi pada penyisihan DOC dan SUVA (A) dan (B) pada air baku, (C) dan (D) pada air yang telah dikoagulasi.................................................................. Diagram Alir Kerangka Penelitian............................. Aerator dan flow meter yang digunakan................... Ozone Generator ....................................................... Ozon Kontaktor.......................................................... Skema Proses Ozonisasi……………………………. Lokasi pengambilan sampel air……………………. Indigo stok dan indigo yang akan digunakan dalam pengukuran................................................................ Grafik konsentrasi sisa ozon Vs waktu kontak pada sampel air dari unit filtrasi............................... Grafik konsentrasi sisa ozon Vs waktu kontak pada sampel air dari unit prasedimentasi.......................... Komposisi total aldehid pada berbagai kondisi percobaan sampel air dari unit filtrasi...................... Komposisi total aldehid pada berbagai kondisi percobaan sampel Air dari unit Prasedimentasi....... Kompilasi aldehid sebelum dan sesudah ozonisasi pada sampel air dari unit filtrasi dan prasedimentasi........................................................... Perbandingan nilai konsentrasi ozon/TOC awal terhadap pembentukan aldehid pada sampel air dari unit filtrasi..........................................................
ix
8 10 13
16 16 17 17 18 18 19 22 24 25 25 26 28
29 31 32 33 34 35 36 37 45 46 49 51
53
56
Gambar IV.7
Gambar IV.8 Gambar IV.9 Gambar IV.10 Gambar IV.11
Perbandingan nilai konsentrasi ozon/TOC awal terhadap pembentukan aldehid pada sampel air dari unit prasedimentasi............................................ Aldehid yang terbentuk pada sampel air dari unit filtrasi.......................................................................... Aldehid yang terbentuk pada sample air dari unit prasedimentasi………………………………………. Hubungan CT dan komposisi aldehid yang terbentuk pada sampel air dari unit Filtrasi.............. Hubungan CT dan komposisi aldehid yang terbentuk pada sampel air dari unit prasedimentasi.........................................................
x
57 58 59 61
62
DAFTAR TABEL
Tabel II.1. Tabel II.2. Tabel II.3. Tabel II.4. Tabel II..5. Tabel II.6. Tabel IV.1. Tabel IV.2. Tabel IV.3. Tabel IV.4. Tabel IV.5. Tabel IV.6. Tabel IV.7. Tabel IV.8. Tabel IV.9. Tabel IV.10 Tabel IV.11. Tabel IV.12. Tabel IV.13. Tabel IV.14. Tabel IV.15. Tabel IV.16 Tabel IV.17. Tabel IV.18. Tabel IV.19.
Daftar Produk samping desinfeksi................................. Relatif Potensial Ozon Terhadap Spesies Lain………. Reaksi dekomposisi ozon............................................. Nilai CT untuk Menginaktivasi Giardia Pada beberapa Temperatur Ozon dengan pH 6 sampai 9..................... Nilai CT (mg.min/L) untuk 99 % inaktivasi mikroorganisme pada suhu 5oC.................................... Penyisihan TOC yang dianjurkan pada proses koagulasi (dalam persen)............................................................... Karakteristik fisik dan kimia sampel Air...................... Rumus Struktur dan Komposisi Aldehid dari Sampel Air................................................................................... Pembentukan kuantitas ozon dalam fase gas................ Konsentrasi sisa ozon pada berbagai waktu kontak pada sampel air dari unit filtrasi............................................. Konsentrasi sisa ozon pada berbagai waktu kontak pada sampel air dari unit prasedimentasi.................. Komposisi aldehid, pH netral pada sampel air dari unit filtrasi................................................................... Komposisi aldehid pada pH asam pada sampel air dari unit filtrasi................................................................... Komposisi aldehid pada pH basa pada sampel air dari unit filtrasi................................................................... Komposisi aldehid pada pH netral pada sampel air dari unit prasedimentasi............................................ Komposisi aldehid pada pH asam pada sampel air dari unit prasedimentasi............................................. Komposisi aldehid pada pH basa pada sampel air dari unit prasedimentasi……………………………. Struktur aldehid yang terbentuk pada proses ozonisasi…………………………………………….. Konsentrasi ozon/TOC terhadap kuantitas aldehid pada unit Filtrasi......................................................... Konsentrasi ozon/TOC terhadap kuantitas aldehid pada unit Prasedimentasi…………………………... Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit filtrasi pH netral............................................ Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit filtrasi pH asam............................................ Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit filtrasi pH basa.............................................. Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit prasedimentasi pH netral............................. Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit prasedimentasi pH asam...............................
xi
7 9 12 20 21 27 41 43 44 44 46 48 48 48 50 50 50 52 55 56 60 60 60 60 61
Tabel IV.20. Tabel IV.21. Tabel IV.22. Tabel IV.23.
Nilai CT dan konsentrasi aldehid pada sampel air dari unit prasedimentasi pH basa............................... Kandungan Bakteri Coli pada Pengukuran T-1.......... Kandungan Bakteri Coli pada Pengukuran T-2, Dengan Reinokulasi.................................................... Kandungan Bakteri Coli pada Pengukuran T-2, Tanpa Reinokulasi…………………………………..
xii
61 64 65 65
DAFTAR ISTILAH AMDK AOC Adisi BDOC BOC CT
: : : : : :
C/TOC DOC DBPs DNA EMB ICM Inhibitor JPT Linarut PDAM GCMS GAC Hidrophobik Hidrophilik LMW
: : : : : : : : : : : : : : :
NOM NDOC NPOC Olefinic POC Regrowth SUVA
: : : : : : :
TOC UV 254
: :
Air Minum Dalam Kemasan Assimilable Organic Carbon Reaksi pemutusan rantai karbon tak jenuh Biodegradable Dissolved Organic Carbon Biodegradable Organic Carbon Perkalian antara konsentrasi sisa ozon (mg O3/L) dan waktu kontak (menit). Satuan : mg.menit/L Perbandingan antara konsentrasi sisa ozon dan TOC Dissolved Organic Carbon Disinfection by-Products Deoxyribonucleic acid Eosin Metilen Blue Indigo Colorimetric Methode Penghambat reaksi berantai Jumlah Perkiraan Terdekat Campuran sampel yang disuntikan pada GCMS Perusahaan Daerah Air Minum Gas Chromatographic Mass Spektrometry Granular Activated Carbon Materi yang tidak suka air Materi yang suka air Low Molekular Weight, Bahan organik dengan berat molekul rendah Natural Organic Matter Non Dissolved Organic Carbon Non Purgeable Organic Carbon Alkena,rantai karbon dengan ikatan ganda Purgeable Organic Carbon Pertumbuhan kembali mikroorganisma Spesific-ultraviolet absorption, Perbandingan antara DOC dan UV 254, dihitung dengan rumus: SUVA=100(abs254/DOC). Total Organic Carbon ultraviolet absorption yang diukur dengan spektrofotometer UV-Vis, dengan absorbansi 254 nm.
xiii
