SIDANG TUGAS AKHIR
Oleh : Ichda Maulidya 3305 100 007 Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, M.Sc Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan Perencanaan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2010 1
LATAR BELAKANG Kali Surabaya sebagai bahan baku air minum
Tercemar oleh limbah industri, domestik, dan pertanian
Penurunan kualitas air Kali Surabaya
Optimisasi pengelolaan kualitas air Kali Surabaya
2
PERUMUSAN MASALAH 1. Bagaimana daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya pada segmen Gunungsari-Jagir apabila dikaitkan dengan beban pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya agar dapat digunakan sebagai bahan baku air minum? 2. Bagaimana meminimisasi konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya segmen Gunungsari – Jagir dengan metode linear programming?
3
RUANG LINGKUP 1. 2. 3. 4. 5.
Penelitian : skala laboratorium di Lab. TL ITS Sampel : air Kali Surabaya Obyek penelitian : segmen Gunungsari – Jagir Parameter : DO, BOD, COD, dan TSS Variabel : debit dan kualitas air sungai, serta konsentrasi pencemar. 6. Metode : linear programming 7. Data yang digunakan: data primer dan sekunder
4
Gambar 1 Obyek Penelitian di Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir
No
Lokasi
1
Jembatan Cangu
2
Jembatan Perning
3
Jembatan Jrebeng
4
Cangkir Tambangan
5
Bambe Tambangan
6
Karangpilang
7
Jembatan Sepanjang
8
Gunungsari
9
Ngagel/ Jagir
5
TUJUAN PENELITIAN 1.
Menganalisis daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya pada segmen Gunungsari-Jagir apabila dikaitkan dengan beban pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya agar dapat digunakan sebagai bahan baku air minum?
2. Meminimisasi konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabaya segmen Gunungsari – Jagir dengan metode linear programming.
6
MANFAAT PENELITIAN 1. Membantu dalam menetapkan beban maksimum limpasan air limbah yang boleh dibuang ke Kali Surabaya. 2. Membantu memperingan kerja Instalasi Air Minum (IPAM) Ngagel untuk mengolah air baku.
7
KUALITAS AIR KALI SURABAYA Tabel 1 Kualitas Air Kali Surabaya Tahun 2009
Parameter DO BOD COD Residu Tersuspensi (TSS)
Kandungan (mg/l) 4 5 16 120
Sumber : Dinas Kominfo Prop. Jatim (2009)
8
PP NO. 82 TAHUN 2001 Tabel 2 Klasifikasi Mutu Air
PARAMETER
SATUAN
KELAS
DO
mg/L
I 6
II
III
IV
4
3
0
BOD
mg/L
2
3
6
12
COD
mg/L
10
25
50
100
Residu Tersuspensi (TSS)
mg/L
50
50
400
400
Jika air diperuntukkan untuk air minum, maka harus memenuhi kriteria kelas I PP No. 82 Tahun 2001
9
DAYA DUKUNG DAN BEBAN PENCEMARAN
Daya dukung (kg/hari) = debit sungai (m3/hari) x konsentrasi baku mutu sungai (mg/l)
Beban pencemaran = debit (m3/hari) dan pencemar (mg/l)
10
Linear Programming • Merupakan suatu teknik matematika dalam menentukan alokasi sumber daya untuk mencapai suatu tujuan tertentu. • Jadi linear programming berhubungan dengan masalah memaksimumkan atau meminimumkan suatu fungsi linear yang disajikan dalam ketidaksamaan linear (Asri, 1984). • Untuk bentuk aljabar, model LP adalah: a11x1 + a12x2 + ... + a1mxn ≤ b1 a21x1 + a22x2 + ... + a2mxn ≤ b2 am1x1 + am2x2 + ... + amnxn ≤ bm dan x1 ≥ 0, x2 ≥ 0, ...., xn ≥ 0 (Mays dan Tung, 1992) 11
Persamaan Streeter-Phelps dan Mass Balance Qr x Cr Qw x Cw Co Qr Qw
k k r .t c d Dc L x 10 k a 2 Da 1 tc log f 1 (f 1) k r f 1 L a
log La
log Dc 1
kr
k2 k r
Da 1 Dc
0,418
Dengan Dc : defisit oksigen kritis (mg/l) tc : waktu kritis (hari) k2 : koefisien reaerasi (/hari) kr : koefisien deoksigenasi = kd (/hari) Da: defisit oksigen (Cs – Ct) mg/l La : BOD5 (mg/l) (Lee dan Lin, 1999)
log
k2 kr
dengan Co = konsentrasi konstituen awal pada titik buangan setelah pencampuran (mg/l) Qr = laju alir sungai (m3/detik) Cr = konsentrasi konstituen dalam sungai sebelum pencampuran (mg/l) Cw= konsentrasi konstituen dalam air limbah (mg/l) (Razif dan Yuniarto, 2004)
12
METODOLOGI PENELITIAN Ide Tugas Akhir
Studi Literatur : • Kualitas air sungai • Kualitas air limbah •Metode analisis DO, BOD, COD, dan TSS •Daya dukung sungai •Linear programming Pengambilan Data Sekunder : • Data debit dan kualitas air kali Surabaya (BOD, COD, TSS), dan DO tahun 2004-2008 •Data debit dan konsentrasi limbah industri PT Tahu Gunungsari (BOD, COD, dan TSS) tahun 2004-2008
Pengambilan Data Primer : • Data kualitas air kali Surabaya (BOD, COD, TSS, dan DO) • Data jumlah fasilitas di sepanjang Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir dengan jarak 0,5 km dari tepi sungai.
A
B 13
METODOLOGI PENELITIAN CONT. A
B
Persiapan Alat dan Bahan : Peralatan dan reagen analisis DO, BOD, COD, dan TSS Pelaksanaan penelitian Analisis DO, BOD, COD, dan TSS air Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir Analisis Data dan Pembahasan : • Analisis kualitas air Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir • Analisis daya dukung dan daya tampung Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir •Analisis konsentrasi pencemaran yang boleh dibuang ke Kali Surabaya segmen GunungsariJagir dengan metode linear programming Kesimpulan dan Saran Penulisan Laporan
14
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Gambar 2 Grafik Sampling DO Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009
Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa konsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir pada bulan April – Mei 2009 berkisar antara 2-4 mg/l, sedangkan pada bulan November berkisar antara 2 – 5 mg/l. Sedangkan konsentrasi BOD pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 11 - 48 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009, konsentrasi BOD berkisar antara 1 - 6 mg/l. Gambar 3 Grafik Sampling BOD Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009
Berdasarkan hasil analisis tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi DO Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir tersebut masih di bawah baku mutu DO kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Sedangkan konsentrasi BOD telah melampaui baku mutu BOD kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Dengan demikian, Kali Surabaya tidak layak digunakan sebagai bahan baku air minum. 15
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Gambar 4 Grafik Sampling COD Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009
Dari grafik tersebut dapat diketahui bahwa konsentrasi konsentrasi COD pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 16 - 50 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009 konsentrasi COD berkisar antara 11 - 48 mg/l.
Gambar 5 Grafik Sampling TSS Segmen Gunungsari-Jagir Tahun 2009
Sedangkan untuk konsentrasi TSS pada bulan April - Mei 2009 berkisar antara 120 - 240 mg/l. Sedangkan pada bulan November 2009, konsentrasi TSS berkisar antara 500 - 900 mg/l.
Berdasarkan hasil analisis tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi COD dan TSS Kali Surabaya segmen Gunungsari-Jagir telah melampaui baku mutu COD dan TSS kelas I PP No. 82 Tahun 2001. Dengan demikian, Kali Surabaya tidak layak digunakan sebagai bahan baku air minum. 16
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 3 Debit Gunungsari Tahun 2004 2005 2006 2007 2008
Debit Gunungsari (m3/detik) (9,58 – 135,00) (9,00 - 141,76) (11,00 – 138,77) (11,00 - 114,00) (11,00 - 146,00)
Sumber: PJT I, 2009
Tabel 4 Data Kualitas Air Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir BOD (mg/l)
COD (mg/l)
TSS (mg/l)
DO (mg/l)
Gunungsari 28,70 – 31,33
1,8 - 32,4
5,9 - 60,4
8,0 – 1.298,0
0,5 - 4,8
Jagir
1,8 – 22,5
6,8 – 78,2
8,0 – 1.746,7
0,8 – 3,8
T (°C)
Stasiun
29,17 – 30,53
Sumber: PJT I, 2009
17
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 5 Data Debit Limbah Domestik
Point Source Point Source I Karah Ketintang Barat Gunungsari Jumlah Point Source III Pulo Wonokromo Joyoboyo Ngagel Kebonsari Jumlah
Kebutuhan Air Bersih (l/hari)
Kebutuhan Air Bersih (l/dt)
Limbah Domestik (l/dt)
533.000 290.000 666.233 1.489.233
6,17 3,36 7,71 17,24
4,32 2,35 5,40 12,07
1.016.000 128.000 223.500 1.367.500
11,76 1,48 2,59 15,83
8,23 1,04 1,81 11,08
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009
18
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 6 Konsentrasi Pencemar Domestik Point Source Point Source I Karah Ketintang Barat Gunungsari Rata-rata Point Source III Pulo Wonokromo Joyoboyo Ngagel Kebonsari Rata-rata Baku mutu*
Konsentrasi (mg/l) BOD COD
TSS
555,35 565,52 554,50 556,95*
1.110,69 1.131,03 1.109,01 1.113,90*
833,02 848,28 831,76 835,43*
560,74 444,20 571,43 551,55* 100
1.121,48 888,39 1.142,86 1.103,09* -
841,11 666,29 857,14 827,32* 100
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009
Tabel 7 Konsentrasi Pencemar PT Tahu Gunungsari Nama Industri PT Tahu Gunungsari
Debit* (m3/hari)
BOD limbah** (mg/l)
COD limbah** (mg/l)
TSS limbah** (mg/l)
101,08
(43,0 – 2.720,7)
(62,6 – 4.592,1)
(84,0 - 848,0)
Sumber: * Perum Jasa Tirta I, 2007 dalam Maharani, 2008 ** Hasil Perhitungan, 2009
19
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 8 Beban Pencemar Awal
Parameter
Beban Pencemar Awal di Sungai (kg/hari)
BOD
1.399,68 – 408.706,56
COD
4.587,84 – 761.909,76
TSS
6.220,80 – 16.373.491,20
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009
20
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 9 Beban Pencemar Domestik Beban Pencemar (kg/hari) BOD COD TSS
Point source Point source I Karah Ketintang Barat Gunungsari Point source III Pulo Wonokromo Joyoboyo Ngagel Kebonsari
580,81
1.161,63
871,23
528,01
1.056,00
792,00
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009
Tabel 10 Beban Pencemar Industri Nama Industri PT Tahu Gunungsari
Beban Pencemar (kg/hari) COD**
Debit* (m3/hari)
BOD**
101,08
4,35 – 275,01
Sumber: * Perum Jasa Tirta I, 2007 dalam Maharani, 2008 ** Hasil Perhitungan, 2009
6,33 – 464,17
TSS** 5,46 – 85,72
21
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
C1
C3
C3
C2 PT Tahu Gunungsari
Gunungsari
C2e, Q2e
C1e, Q1e Q1
Ngagel Kebonsari
Joyoboyo C3e, Q3e
C3e, Q3e
Q3
Q2
C0, Q0 C1e, Q1e
Karah
C3e, Q3e
C1e, Q1e
Ketintang Barat
C1
Point source I
Pulo Wonokromo
C1
C3
Point source II
Point source III
Gambar 2 Sketsa Pembuangan Limbah di Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir 22
BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 11 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar BOD Titik
Debit (m3/hari)
1 2 3 4
777.600,00 - 12.614.400,00 778.642,85 - 12.615.442,85 778.743,93 - 12.615.543,93 779.701,24 - 12.616.501,24
Konsentrasi BOD (mg/l) 1,80 - 32,40 2,54 - 32,44 2,55 - 32,46 3,22 - 32,50
Daya Dukung (kg/hari) 1.555,20 - 25.228,80 1.557,29 - 25.230,89 1.557,49 - 25.231,09 1.559,40 - 25.233,00
Beban Pencemar BOD (kg/hari) 1.399,68 - 408.706,56 1.977,75 - 409.244,97 1.985,80 - 409.500,56 2.510,64 - 410.036,29
Tabel 12 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar COD Titik
Debit (m3/hari)
Konsentrasi COD (mg/l)
Daya Dukung (kg/hari)
Beban Pencemar COD (kg/hari)
1
777.600,00 - 12.614.400,00
5,90 - 60,40
7.776,00 - 126.144,00
4.587,84 - 761.909,76
2
778.642,85 - 12.615.442,85
7,38 - 60,49
7.786,43 - 126.154,43
5.746,38 - 763.108,14
3
778.743,93 - 12.615.543,93
7,39 - 60,53
7.787,44 - 126.155,44
5.754,91 - 763.618,87
4
779.701,24 - 12.616.501,24
8,74 - 60,61
7.797,01 - 126.165,01
6.814,59 - 764.686,14
Tabel 13 Daya Dukung Kali Surabaya Segmen Gunungsari-Jagir terhadap Beban Pencemar TSS Titik
Debit (m3/hari)
Konsentrasi TSS (mg/l)
Daya Dukung (kg/hari)
Beban Pencemar TSS (kg/hari)
1
777.600,00 - 12.614.400,00
8,00 - 1.298,00
38.880,00 - 630.720,00
6.220,80 - 16.373.491,20
2
778.642,85 - 12.615.442,85
9,11 - 1.297,96
38.932,14 - 630.772,14
7.093,44 - 16.374.340,20
3
778.743,93 - 12.615.543,93
9,12 - 1.297,96
38.937,20 - 630.777,20
7.102,14 - 16.374.471,40
4
779.701,24 - 12.616.501,24
10,12 - 1.297,92
38.985,06 - 630.825,06
7.890,58 - 16.375.209,29 23
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN •
Tujuan: Meminimumkan: Z = C1e + C2e +C3e Kendala: Kualitas air Kali Surabaya (BOD, COD, TSS , dan DO) (Q0 x C0 ) (Q1e x C1) BM sungai Q1 (Q0 x C0 ) (Q1e x C1) (Q2e x C2 ) BM sungai Q2 (Q 0 x C0 ) (Q1e x C1) (Q 2e x C2 ) (Q3e x C3 ) BM sungai Q3
24
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN Tabel 14 Konsentrasi BOD yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I Point Source Karah, Ketintang Barat, Gunungsari PT Tahu Gunungsari
Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari
Konsentrasi BOD Semula (mg/l) 556,95
Konsentrasi BOD yang Boleh Dibuang (mg/l) Saat Debit Sungai Saat Debit Sungai Minimum Maksimum 0 30.849,42
43,00 - 2.720,70
0
4,35
551,55
0
4,35
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 Tabel 15 Konsentrasi COD yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I
Point Source
Karah, Ketintang Barat, Gunungsari
PT Tahu Gunungsari Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari
Konsentrasi COD Semula (mg/l)
Konsentrasi COD yang Boleh Dibuang (mg/l) Saat Debit Sungai Minimum
Saat Debit Sungai Maksimum
1.113,90
0
49.604,03
62,60 - 4.592,10
0
10,05
1.103,09
0
10,00
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009 25
ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
Tabel 16 Konsentrasi TSS yang Boleh Dibuang ke Sungai Kelas I
Point Source
Konsentrasi TSS Semula (mg/l)
Karah, Ketintang Barat, Gunungsari PT Tahu Gunungsari Pulo Wonokromo, Joyoboyo, Ngagel Kebonsari
835,43 84,00 - 848,00 827,32
Konsentrasi TSS yang Boleh Dibuang (mg/l) Saat Debit Sungai Minimum
Saat Debit Sungai Maksimum
0 0 0
508.086,45 50,04 50,00
Sumber: Hasil Perhitungan, 2009
26
KESIMPULAN 1. Daya dukung Kali Surabaya segmen GunungsariJagir telah terlampaui pada saat beban pencemar maksimum. Namun pada saat beban pencemar minimum, daya dukung sungai terhadap beban pencemar BOD masih dapat menampung hingga 155,52 kg/hari, COD hingga 3.188,16 kg/hari, dan TSS hingga 32.659,20 kg/hari. Sedangkan daya tampungnya juga terlampaui karena defisit oksigen yang terjadi setelah percampuran point source I, II, dan III melebihi defisit oksigen yang diperbolehkan (1,62 mg/l). 27
KESIMPULAN CONT. 2.
Konsentrasi pencemar yang dibuang ke Kali Surabayasegmen Gunungsari-Jagir perlu diminimisasi dengan rincian sebagai berikut: a) Untuk point source I • Konsentrasi BOD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. • Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. • Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l. b) Untuk point source II • Konsentrasi BOD ada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 4,35 mg/l. • Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 10,05 mg/l. • Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 50,04 mg/l. c)Untuk Point source III • Konsentrasi BOD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 4,35 mg/l. • Konsentrasi COD pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 10,00 mg/l. • Konsentrasi TSS pada saat debit sungai minimum menjadi 0 mg/l, sedangkan pada saat debit sungai maksimum menjadi 50,00 mg/l. 28
SARAN 1. Disarankan untuk menganalisis semua pencemar, baik domestik, industri, maupun pertanian. 2. Disarankan untuk mengolah seluruh beban pencemar di sepanjang Kali Surabaya sebelum dibuang ke Kali Surabaya agar sesuai dengan daya dukungnya. 3. Disarankan untuk menganalisis konsentrasi pencemar yang boleh dibuang ke semua kelas sungai, baik I, II, III, dan IV.
29
30
