PERENCAANAAN MOBILE WATER TREATMENT PADA MOBIL PICK UP SUZUKI CARRY Nafisah, H.1 dan Indaryanto, H.2 1
Jurusan Teknik Lingkungan, FTSP - ITS Surabaya, email:
[email protected]
Abstrak Sungai dapat dijadikan sebagai sumber air baku untuk air minum. Menurut Undang-undang nomor 7 Tahun 2004 menyebutkan bahwa sumber air adalah tempat atau wadah air alami dan atau buatan yang terdapat di atas, ataupun di bawah permukaan tanah. Belum terlayaninya daerah perkotaan ataupun pedesaan oleh PDAM menjadi sebuah kendala masyarakat untuk mendapatkan air bersih. Sebagai contoh Kota Surabaya yang memiliki jumlah penduduk hampir 3 juta jiwa sedangkan yang telah terlayani oleh PDAM sekitar 2,2 juta jiwa. Ini menunjukkan bahwa daerah perkotaan belum dapat melayani secara keseluruhan untuk perkotaan. Kota Palembang juga menunjukkan angka 38,67 persen yang baru terlayani pada tahun 2002. Sedangkan Kabupaten Gunung Mas menggunakan mobil tangki tambahan untuk wilayah yang belum terlayani PDAM. Tetapi mobil yang digunakan ini sedang mengalami kerusakan sehingga pelayanan sedikit terhambat. Oleh karena itu, direncanakan sebuah mobile water treatment yang mampu mengolah air permukaan seperti sungai menjadi air minum dan mudah berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Perencanaan ini diharapkan mampu digunakan untuk masyarakat perkotaan atau pedesaan yang belum terlayani oleh PDAM. Mobile water treatment terdiri dari beberapa unit diantaranya koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filter dan desinfeksi. Dalam operasionalnya digunakan pompa dan genset. Mobile water treatment ini dirancang pada mobil pick up Suzuki Carry. Dalam merencanakan mobile water treatment diperlukan karakteristik air baku yang akan diolah. Setelah itu menentukan jenis pengolahan yang akan digunakan. Untuk kemampuan debit yang akan dioleh pada mobile water treatment ini dilakukan percobaan untuk menyesuaikan dimensi yang sesuai dengan mobil pick up Suzuki Carry. Setelah dimensi sesuai, maka dapat dihitung massa unit pengolahan yang mana diperlukan sebuah penyanggah agar unit-unit pengolahan tidak mengalami hal-hal yang buruk saat beroperasi. Hasil yang didapatkan pada perencanaan ini adalah dimensi setiap unit, yaitu : koagulasi dengan metode Turbulent pipe flow mixers, flokulasi berukuran 82 cm x 82 cm x 90 cm, sedimentasi 122 cm x 60 cm x 98 cm, filter dengan rapid sand filter dual media berukuran 30 cm x 30 cm x 110 cm, desinfeksi 100 cm x 10 cm x 15 cm. Kata kunci: Air minum; Mobile Water Treatment; Suzuki Carry
Abstract River can be a water resource for drinking water . The Law Number 7 at 2004 Said that water of resource is place or container of natural and or artificial water that places above or under the water surface. Lack of service in the urban and the rural area by regional water companies become a problem for people to get clean water for example is Surabayacity that has the number of people almost 3 millions people where as the number of people that serves by this companies are around 2.2 millions people. This is show that the urban area is not served yet by this companies. Palembang also show 38.67 percents of not served place in 2002. Gunung Mas region uses additional thankers for areas that not served yet by water companies but this car is still having trouble so that the service is delayed. Because of that condition, we make mobile water treatment that can processes water surface likes river become water drinking and also can be moved from one place to other places. This planning hopefully can be used to urban and rural people that not served yet by water companies. Mobile water treatment consist of several units such as coagulation, flocculation, sedimentation, 1
filtration, and disinfection. On the operasional is used pump and generator. This mobile water treatment is designed in Suzuki Carry pick up. In planning this mobile water treatment needed the characteristics of water that will be processed. After that defining the types of process that will be used for the ability of flow water that will be processed at this mobile water treatment, we make experiments to adjust the dimensions are appropriate with Suzuki Carry pick up. After the dimensiona are appropriate, the mass processing unit can be calculated which is needed a protester so that the processing units do not get some troubles when operate. The result that gain from this plan is the dimension of each units, that are coagulation with turbulent pipe flow mixers method, flocculation with size 82 cm x 82 cm 90 cm, sedimentation with size 122 cm x 60 cm x 98 cm, filtration with rapid sand filter dual media with size 30 cm x 30 cm x 110 cm, disinfectant 100 cm x 10 cm x 15 cm. Keyword : Drinking water; Mobile Water Treatment; Suzuki Carry. 1.
PENDAHULUAN
Sungai dapat dijadikan sebagai sumber air baku untuk air minum. Dalam Undang-undang nomor 7 Tahun 2004 disebutkan bahwa sumber air adalah tempat atau wadah air alami dan atau buatan yang terdapat di atas, ataupun di bawah permukaan tanah. Sumber baku air minum dapat berasal dari sungai, danau, waduk buatan, air tanah, air limbah, dan air laut (Kawamura, 2000). Banyak masyarakat menggunakan sumber air yang ada disekitar lingkungan mereka sebagai sumber air minum. Untuk merubah air sungai menjadi air minum dibutuhkan sebuah pengolahan yang tepat, sehingga menghasilkan air minum yang memenuhi kriteria PER.MEN.KES No 492/ MENKES/PER/IV/2010. Belum terlayaninya daerah perkotaan ataupun pedesaan oleh PDAM menjadi sebuah kendala masyarakat untuk mendapatkan air bersih. Sebagai contoh Kota Surabaya yang memiliki jumlah penduduk hampir 3 juta jiwa sedangkan yang telah terlayani oleh PDAM sekitar 2,2 juta jiwa. Ini menunjukkan bahwa daerah perkotaan belum dapat melayani secara keseluruhan. Pada Harian Bhirawa (2010) mengatakan bahwa PDAM Kabupaten Gresik hanya sekitar 24 persen pelanggan yang terlayani air bersih itu pun terbatas hanya pelanggan di daerah perkotaan, sementara untuk pelanggan yang berada di pedesaan masih banyak yang belum terlayani air PDAM. Contoh lainnya adalah pada Desa Pandanrejo, Batu sebanyak 117 rumah belum terlayani oleh PDAM. Tidak hanya di Pulau Jawa saja yang banyak belum terlayani PDAM, seperti Kota Palembang juga menunjukkan angka 38,67 persen yang baru terlayani pada tahun 2002. Sedangkan Kabupaten Gunung Mas menggunakan mobil tangki tambahan untuk wilayah yang belum terlayani PDAM. Tetapi mobil yang digunakan ini sedang mengalami kerusakan sehingga pelayanan sedikit terhambat. Berbagai cara dilakukan masyarakat untuk mendapatkan air bersih. Salah satunya dengan memanfaatkan air permukaan sebagai sumber baku untuk air minum dan hanya dengan merebus air tersebut untuk untuk memenuhi kebutuhan air minum sehari-hari. Oleh karena itu, perlu direncanakan sebuah mobile water treatment yang mampu mengolah air permukaan seperti sungai menjadi air minum dan mudah berpindah dari satu tempat ke tempat lain. Perencanaan ini diharapkan mampu digunakan untuk masyarakat perkotaan atau pedesaan yang belum terlayani oleh PDAM. Mobile water treatment terdiri dari beberapa unit diantaranya koagulasi, flokulasi, sedimentasi, filter dan desinfeksi. Dalam operasionalnya digunakan pompa dan genset. Mobile water treatment ini dirancang pada mobil pick up Suzuki Carry. Koagulasi adalah proses penambahan koagulan dan pengadukan cepat, yang menyebabkan ketidakstabilan (destabilisasi) pada zat padat koloid dan akumulasi dari zat padat tersebut (Reynols dan Richards, 1996). Dalam perencanaan ini koagulasi yang akan digunakan adalah secara hidrolik yaitu menggunakan pengadukan cepat dalam pipa atau turbulent pipe flow mixers. Gradien kecepatan (G) yang diperlukan untuk menghasilkan aliran yang turbulen pada pengadukan cepat adalah sekitar 700 – 1000 per
2
detik Untuk membuktikan bahwa terjadinya pengadukan cepat maka perlu dilakukan perhitungan gradien kecepatan (G) dengan persamaan berikut : 1/2
Q.ρ .g .h G = µ .V .................................................................................................................................... 1.1 Dimana : G = gradient kecepatan (detik-1) ρ = densitas air (kg/m3) g = konstanta gravitasi (9,81 m/detik2) h = headloss (m) μ = viskositas absolut (kg/m.detik) V = volume (m3) Flokulasi merupakan proses tumbukan antara mikro flok untuk membentuk partikel agregat yang lebih besar yang disebut flokulasi dan partikel yang dihasilkan lebih besar disebut flok (Reynols and Richards, 1996). Dalam mendesain sistem flokulasi, jumlah tumbukan partikel dan pembentukan flok, diindikasikan sebagai fungsi dari produk gradien kecepatan dan waktu detensi, Gt. Kisaran kecepatan gradien dan nilai Gt. Kecepatan air pada aliran Vertikal-flow flocculator dan vertical-flow flocculator pada umumnya antara 0.3 – 1 m/detik waktu tinggal (td) sekitar 15 – 30 menit. Untuk perencanaan ini akan digunakan Vertikal-flow flocculator. Kecepatan gradien untuk baffle channel basin berkiras 100 – 10 detik-1. Sedimentasi adalah pemisahan partikel secara gravitasi. Sedimentasi dapat digolongkan menjadi 4 tipe, yaitu : • •
Tipe I :Unit sedimentasi tanpa bahan kimia. Partikel yang diendapkan adalah partikel diskrit. Tipe II :Unit sedimentasi yang berperan untuk mengendapkan flok-flok yang dihasilkan dari unit koagulasi-flokulasi. • Tipe III :Unit pengendapan yang memiliki tingkat konsentrasi partikel menengah sehingga jarak partikel satu sama lain cukup dekat. • Tipe IV : Compression settling, pengendapan partikel dengan konsentrasi tinggi. Sehingga antar satu partikel dengan partikel lainnya seolah bersinggunggan. Zat yang diendapkan adalah lumpur. Karakteristik kecepatan horizontal pada sedimentasi dapat ditentukan dari nilai reynolds (NRe) dan nilai froude (NFr). berdasarkan Kawamura (2000) NRe < 2000 menunjukkan bahwa kecepatan aliran/horizontal bersifat laminer. Sedangkan NFr >10-5 menunjukkan bahwa aliran yang terjadi pada sedimentasi bersifat stabil. Berikut ini persamaan untuk mendapatkan nilai NRe dan NFr : N Re =
vh × R
υ
< 2000 ........................................................................................................................................... 1.2
2
NFr =
vh > 10 −5 ................................................................................................................................................ 1.3 g×R
• • • • • • •
Dimana : vh = kecepatan horizontal (m/s) R = jari-jari hirolik , atau R = (A/P) (m) A = luas bak (m2) υ = viskositas kinematis (m2/detik) g = gaya gravitasi (9,81m/detik2) Setelah mendapatkan nilai NRe maka dapat dicari koefisien drag dengan persamaan berikut :
•
CD =
b ........................................................................................................................................... 1.4 N Re n
3
Tabel 2.1 Konstanta Untuk Persamaan 2.11
Nre < 1.9 1.9 - 500 500 - 200.000
b 24 18.5 0.44
n 1 0.6 0
Sumber : Rich, 1961
Filter adalah pemisahan zat padat dengan zat cair dimana air yang melewati kekasaran sedang atau kekasaan lainnya secara terus menerus untuk mengurangi suspended solid. Klasifikasi filter menurut Reynolds dan Richards (1996) terdapat tipe media yang digunakan sebagai berikut: a. Single-medium filter. Ini merupakan satu tipe medium, biasanya pasir atau pecahan antrasit. b. Dual-media filter. Ini merupakan dua tipe media, biasanya pecahan antrasit dan pasir. c. Multimedia filter. Ini merupakan tiga media, biasanya pecahan antrasit, pasir dan garnet. Dual media filter yang tersusun atas lapisan antrasit diatas lapisan pasir. Susunan media ini bertujuan untuk menambah volume pori-pori dari filter (Reynolds dan Richards, 1996). Menurut Schulz and Okun (1984) keuntungan menggunakan dual media adalah : a. Kecepatan filtrasi lebih tinggi b. Periode pencucian lama c. Kapasitas meningkat Persamaan yang digunakan untuk menghitung filter: a.
Berdasarkan Fair, Geyer dan Okun (1968) untuk menghitung Headloss pada media filter (hf) dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :
hf k (1 − ε ) × 6 × pi .......................................................................................... 1.5 = × v ×υ × ϕ ∑ di 2 L g ε3 Dimana : hf = headloss (cm) L = tebal media (cm) k = koefisien permeabilitas g = percepatan gravitasi (cm/detik2) v = kecepatan filtrasi (cm/detik) υ = viskositas kinematis (cm2/detik) ε = porositas pi = fraksi berat di = diameter partikel (cm) φ = factor bentuk b. Untuk menghitung bilangan reynold (NRe) dapat menggunakan persamaan berikut : 2
N Re =
c.
2
φ×Vs ×dp υ ..................................................................................................................................... 1.6
Dimana : φ = factor bentuk = kecepatan (cm/detik) Vs υ = viskositas kinematis (cm2/detik) dp = diameter partikel (cm) Kecepatan Backwash (Vb)
Vb > Vs × ε 4.5 ...................................................................................................................................... 1.7
4
Kecepatan backwash (V b ) dihitung berdasarkan V s media pasir dengan diameter terbesar. Pada saat pencucian media (backwash) media akan terjadi ekspansi. Ekspansi pada media filter pada saat backwash dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : 1.
Porositas ekspansi (fe) V fe = b Vs
2.
0,22
.......................................................................................................................................... 1.8
Headloss terekspansi (Hf)
Hf = L × (1 − fe ) × ( Ss − 1) .............................................................................................................. 1.9 Dimana : Li = tinggi media (cm) Ss = Spesifik gravity 3.
Antrasit = 1.5, Pasir = 2.65 Tinggi media terekspansi (Le) Pi Le = L × (1 − ε ) × (1 − fe )
......................................................................................................................... 1.10
Desinfeksi adalah untuk membunuh mikroorganisme patogen dengan menggunakan bahan kimia atau sinar UV. Mikroorganisme patogen adalah mikroorganisme yang berpotensi menyebabkan penyakit. Proses desinfeksi tidak bisa disamakan dengan proses sterilisasi dimana terjadi pemusnahan total dari seluruh organisme termasuk dalam bentuk spora. Penggunaan sinar gama ataupun X-ray dapat digunakan dalam proses desinfeksi. Proses ini biasa digunakan dalam industri-industri tapi tidak digunakan dalam proses pengolahan air perkotaan, karena tidak menghasilkan sisa desinfektan yang diperlukan selama proses distribusi (Kawamura, 2000). 2.
METODE STUDI Pada studi ini data yang dipergunakan berupa data primer dimana telah dilakukan analisa pendahuluan
untuk mengetahui kualitas air baku yang akan digunakan. Analisa pendahuluan meli[puti analisa suhu, pH, kekeruhan, column settling test, E.coli, TSS, TDS dan SS.berdasarkan analisa diatas maka akan dapat diketahui jenis pengolahan yang akan digunakan. Setelah itu dilakukan perhitungan dengan memasukkan angka yang diinginkan untuk mendapatkan dimensi mobile water treatment. Setelah itu dilakukan pengecekkan terhadap dimensi mobile water treatment yang akan digunakan, apakah telah sesuai dengan dimensi mobil Suzuki Carry. Apabila telah memenuhi dimensi mobil pick up Suzuki Carry maka dapat dilakukan pemilihan pompa serta genset yang akan dilakukan saat mengoperasikan mobile water treatment. Apabila dimensi belum sesuai dengan dimensi maka dilakukan perhitungan hingga ukuran unit pengolahan dapat sesuai dengan dimensi mobil pick up Suzuki Carry.
3.
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1
Koagulasi Pada perencanaan ini koagulasi (pengadukan cepat ) yang digunakan berupa pipe flow mixer. Dimensi
yang didapatkan adalah pipa berdiameter 1 inch dengan panjang 2.68 m. Nilai Kecepatan gradient yang didapatkan sebesar 1491 detik-1. Untuk perencanaan koagulasi dapat dilihat pada Gambar 1.
5
Gambar 1 Perencanaan Koagulasi 3.2
Flokulasi Pada perencanaan ini flokulasi yang akan digunakan hidrolis dengan aliran vertical-flow flocculator
yang terdiri dari 6 kompartemen. Dengan waktu detensi 15 menit untuk pengolahan koagulasi. Dimensi yang didaptkan dari perhitungan adalah dengan panjang 82 cm, lebar 82 cm dan tinggi 90 cm. untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2. Perencanaan Flokulasi Pada gambar 2 dapat dilihat untuk penghubung antara kompartemen terdapar lubang untuk mendapatkan kecepatan gradient (G) yang diinginkan. Nilai G pada perencanaan ini sebesar 100, 80, 60, 40, 30 dan 20 detik-1.
6
3.3
Sedimentasi Pada sedimentasi digunakan inler terupa pipa yang dilengkapi dengan orifice. Serta penggunaan plate
settler untuk mendapatkan hasil yang maksimal dan mempersingkat waktu pengendapan. Berdasarkan perhitungan didapatkan dimensi sedimentasi adalah panjang 122 cm, lebar 60 cm dan tinggi 98 cm. untuk zona penggendapan direncanakan bangunan seperti limas terpancung dengan ketinggian 13 cm. untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 3.
(a)
(b)
Gambar 3. (a) Denah Sedimentasi, (b) Tampak Samping Sedimentasi
3.4
Filter Pada perencanaan ini media yang akan digunakan adalah dual media berupa antrasit dan pasir silka
serta kerikil sebagai media penyanggah. Jumlah filter pada mobile water treatmen ini sebanyak 6 buah. Berdasarkan perhitungan didaptkan dimensi panjang 30 cm, lebar 30 cm, dengan ketinggian 110 cm. Sistem pencucian (backwash) yang digunakan pada filter ini adalah berupa interfilter. Dimana sistem ini memanfaatkan air hasi filter sebagai air pencuci. Perencanaan filter dapat dilihat pada Gambar 4.
(a) 7
(b)
(c)
Gambar 4. (a) Denah filter, (b) Filter saat bersih, (c) Filter saat clogging 3.5
Desinfeksi Desinfeksi yang digunakan pada mobile water treatment ini adalah UV-C dengan panjang gelombang
265 nm. Untuk dimensi reaktor UV yang digunakan memiliki panjang 100 cm, lebar 10 cm dan tinggi 15 cm. pada reaktor desinfeksi ditambahkan sekat pada reaktor agar memaksimalkan kontak sinar UV dengan air yang diolah. Untuk perencanaan desinfeksi dapat dilihat pada Gambar 5
(a)
(b)
(c) Gambar 5. (a) Denah desinfeksi, (b) Potongan A-A, (c) Potongan B-B 8
3.6
Rencana Anggaran Biaya Pada pembuatan mobile water treatment ini dibutuhkan biaya sebesar Rp. 26.432.316,-. Dimana biaya
ini digunakan utuk pembuatan unit perngolahan,pipa serta aksesoris yang dibutuhkan pada mobile water treatment.
4.
KESIMPULAN
Kesimpulan yang didapat dari hasil studi ini adalah: 1. Bahan unit pengolahan adalah FRP (Fiberglass Reinforced Plastics) 2. Dimensi mobile water treatment telah memenuhi dimensi mobil pick up Suzuki Carry. Adapun dimens setiap unit pengolahan sebagai berikut : a. Koagulasi pipa berdiameter 1 inch b. Flokulasi : panjang 82 cm, lebar 82 cm, dan tinggi 90 cm c. Sedimentasi : panjang 122 cm, lebar 60 cm dan tinggi 98 cm d. Filter : panjang 30 cm, lebar 30 cm dan tinggi 110 cm e. Desinfeksi : panjang 100 cm, lebar 10 cm dan tinggi 15 cm. 3. Biaya yang dibutuhkan untuk pembuatan mobile water treatment pada mobil pick up Suzuki Carry sebesar Rp. 26. 432. 316,-
5.
DAFTAR PUSTAKA
Abubakar, M. K., Soeroso, Megawati., dan Marwoto, Pan Budi. 2010. Ketahanan Air Kabupaten Bangka: realisasikah?,
. Harian Bhirawa. 2010. PDAM Gresik Hanya 24% Penuhi Pelanggan. http://www.harianbhirawa.co.id/ekonomi/12160-pdam-gresik-hanya-24-penuhi-pelanggan. 22 mei 2011. PER.MEN.KES.RI No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Kawamura, S. 2000. Integrated Design And Operation Of Water Treatment Facilities second edition. Canada : John Wiley and Sons. Reynolds dan Richards. 1996. Unit Operations and Processes in Environmental Engineering second edition. Boston: PSW Publishing Company. Rich, L G. 1961. Unit Operations of Sanitary Engineering, New York, USA: John Wiley & Sons Inc.
9
