STUDI KINERJA BOEZEM MOROKREMBANGAN PADA PENURUNAN KANDUNGAN TOTAL SOLID DAN ZAT ORGANIK SEBAGAI PERMANGANATE VALUE (PV)
STUDY ON THE PERFORMANCE OF BOEZEM MOROKREMBANGAN ON REMOVAL OF TOTAL SOLIDS AND ORGANIC MATTERS AS PERMANGANATE VALUE (PV) Hasriyani dan Joni Hermana Jurusan Teknik Lingkungan – FTSP Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya – 60111
Email:
[email protected]
Abstrak Secara alami boezem memiliki kemampuan untuk pemulihan diri (self purification) dan mengolah bahan pencemar yang masuk kedalamnya. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk menentukan beban pencemar yang masuk ke dalam boezem dan kemampuan alaminya dalam menurunkan kandungan bahan pencemar yang masuk kedalamnya. Penelitian dilaksanakan dengan pengumpulan data primer (debit dan kualitas air) di boezem dan data sekunder (dimensi boezem). Pengambilan sampel dilakukan secara acak selama 30 hari yang mewakili musim kemarau. Selanjutnya dengan prinsip neraca massa dihitung kinerja Boezem Morokrembangan dalam menurunkan kandungan TS, TSS, zat organik (PV) dan COD secara alami pada saat ini. Hasil penelitian menunjukkan beban rerata PV, TS, TSS, dan COD yang masuk ke dalam boezem secara berurutan adalah 13,71 kg/hari, 223,32 kg/hari, 26,99 kg/hari, dan 18,69 kg/hari. Kinerja boezem saat ini untuk menurunkan bahan pencemar pada kondisi normal untuk tiap parameter PV, TS, TSS, dan COD adalah 8,92 %, 19,22 %, 14,23 % dan 12,06 % dengan nilai konstanta kecepatan reaksi (k) di kondisi normal sebesar 0,07 /hari, 0,17 /hari 0,12 /hari, dan 0,12 /hari, berurutan. Kata kunci :
Air limbah domestik, Boezem Morokrembangan, pemulihan diri, dan kualitas air.
1
Abstract Boezem Morokrembangan has an ability for self purification by treating the pollutants entering it’s water bodies. Therefore, this study were conducted to determine the pollutant of boezem and it’s performance. Samples were collected from Southern Morokrembangan Boezem. The primary data samples were flowrate and water quality including PV, COD, TS, and TSS. The secondary data was boezem dimension. Random sampling was done within 30 days that represent dry season. Furthermore, the accumulation of pollutants and Boezem Morokrembangan's performance were determined using mass balance method. The loading of Morokrembangan showed that average PV, COD, TS, and TSS were 13.17 kg/day, 223.32 kg/day, 26.99 kg/day, and 18.69 kg/day, respectively. The PV, COD, TS, and TSS removal were 8.92%, 19.22%, 14.23% and 12.06%, with the rate constants (k) in dry conditions were 0.07/day, 0.17/day, 0.12/day, and 0.12/day, respectively. Key words: Boezem Morokrembangan, domestic wastewater, self purification, and water quality.
PENDAHULUAN Boezem Morokrembangan yang merupakan boezem terluas dengan luas total ± 78,96 ha yang terbagi menjadi dua bagian yaitu bagian selatan dan utara. Pada tahun 2007 total luas efektif boezem hanya tinggal ± 46,8115 ha. Sesuai dengan Perda Kota Surabaya No. 2 Tahun 2004, air Boezem Morokrembangan diklasifikasikan dalam badan air kelas III. Kondisi air di Boezem Morokrembangan pada saat ini terutama di boezem bagian selatan sangat berbau, keruh dan berwarna kehitaman, padahal seharusnya fungsinya hanya sebagai penampung air hujan. Kondisi ini diakibatkan oleh pengendapan padatan yang berasal dari air limbah domestik yang berasal dari seluruh Catchment Area Boezem Morokrembangan. Di samping itu, aliran yang tidak terlalu lancar dari boezem bagian selatan menuju ke bagian utara juga menambah parah kondisi boezem selatan saat ini. Kualitas air yang jelek dari boezem selatan berpengaruh pada kondisi air di boezem utara. Berdasarkan rencana pengembangan (sebagai kawasan pemukiman, perdagangan, jasa dan kawasan khusus serta konservasi) dan pemanfaatannya (sebagai tempat rekreasi dan memancing), Boezem Morokrembangan dikategorikan ke dalam badan air kelas II (Anonim, 2007). Apabila dibandingkan dengan standar baku mutu tersebut, kualitas air boezem saat ini tidak memenuhi 2
syarat untuk dimanfaatkan sebagai tempat rekreasi, memancing dan wisata air. Oleh karena itu, diperlukan suatu upaya pemulihan diri (self purification) pada boezem. Tujuan penelitian ini adalah mengkaji besarnya beban pencemaran pada Boezem Morokrembangan ditinjau pada kandungan zat organik sebagai PV, TS, TSS dan COD rerata di musim kemarau
yang masuk ke dalam Boezem Morokrembangan, serta menganalisis kinerja
eksisting Boezem Morokrembangan dalam menurunkan kandungan zat organik sebagai PV, TS, TSS dan COD rerata melalui analisis neraca massa bahan pencemar. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang kemampuan Boezem Morokrembangan pada saat ini khususnya informasi tentang beban bahan cemaran padatan dan organik yang masuk pada musim kemarau, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai pertimbangan untuk pengelolaan oleh Pemerintah Kota Surabaya dan instansi lain yang terkait.
METODOLOGI Penelitian Lapangan Pengukuran Debit Air Pelaksanaan penelitian ini dilakukan dengan mengukur kecepatan air di saluran inlet serta outlet Boezem Morokrembangan Selatan menggunakan alat current meter Model 201 Portable Water Current Meter. Pelaksanaan pengukuran debit air dilakukan pada dua kondisi yaitu saat tidak hujan dan saat hujan.
Metode Sampling Pengambilan sampel air dilakukan pada tiga lokasi saluran yaitu pada inlet Purwodadi, inlet Greges dan outlet di Boezem Morokrembangan Selatan. Untuk lebih jelasnya, lokasi pengambilan sampel air dapat dilihat pada Gambar 1.
3
Gambar 1. Lokasi Pengambilan Sampel Air Pengambilan sampel air pada inlet Purwodadi dilakukan sebelum bar screen/trash rack, pada inlet Greges dilakukan setelah bar screen, sedangkan pada outlet dilakukan setelah pintu air. Pengambilan sampel dilakukan pada pagi hari selama 30 hari selama bulan April 2010 secara berturut-turut yaitu pada pagi hari sekitar pukul 07.00-08.00 WIB. Pengawetan sampel dilakukan sesuai dengan jenis analisis terhadap sampel air sesuai Standar Methods.
Penelitian Laboratorium Analisis zat organik sebagai PV, COD, TS, dan TSS air sampel dilakukan di laboratorium Teknik Lingkungan ITS Surabaya berdasarkan standar methods dan SNI. Zat organik sebagai PV, TS, dan TSS akan dilakukan pada setiap saat setelah pengambilan sampel, sedangkan khusus untuk analisis COD hanya dilakukan sebanyak enam kali (lima kali analisis TS, TSS dan PV = satu kali analisis COD).
Data-data yang ada akan dianalisis dengan analisis statistik dengan bantuan program Microsoft Excel untuk ditampilkan dalam bentuk tabulasi atau grafik. Dengan prinsip neraca massa dilakukan perhitungan kinerja boezem saat ini.
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Sampel Air Sampel air limbah domestik Boezem Morokrembangan Selatan sangat berbau dan sedikit keruh dengan temperatur berkisar antara 29º- 30º C, sedangkan pH antara 7,31 - 7,52. Penentuan Debit Air Pengukuran kecepatan air digunakan untuk menghitung debit air dengan rumus Q = A x v, dimana Q adalah debit air, A adalah luas penampang basah saluran, dan v adalah kecepatan aliran air. Koreksi alat current meter sebesar 1,2 sehingga debit air sesungguhnya adalah 1,2 x Q hitung. Hasil perhitungan debit air yang dilakukan untuk ketiga saluran dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil Perhitungan Debit Air Tiap Saluran Nama Saluran
Debit Air (m3/detik) Saat Normal (Tidak Hujan)
Saat Hujan
Inlet Purwodadi
0,51
2,56
Inlet Greges
3,46
39,61
Outlet Boezem
1,82
22,18
Sumber: Hasil Perhitungan Debit Air Dari hasil perhitungan diketahui bahwa dari ketiga saluran, debit air terbesar yang masuk adalah dari saluran Greges. Debit air limbah yang masuk ke boezem saat hujan mengalami peningkatan yang saat tinggi dibandingkan dengan saat tidak terjadi hujan. Hal ini dikarenakan peningkatan volume air karena penambahan volume air hujan serta kecepatan air yang juga semakin cepat yang disebabkan oleh sampah pada trash rack yang diangkut sehingga memperlancar laju aliran air yang masuk ke dalam boezem. Debir air yang masuk dengan yang keluar cukup berbeda jauh karena adanya waktu tinggal air dalam boezem sehingga air yang masuk tidak semuanya keluar tapi masih ada yang tertampung dalam boezem.
5
Perhitungan Parameter Bahan Pencemar Analisis zat organik sebagai PV, TS, TSS, dan COD dilakukan untuk tiga sampel air, yaitu sampel air Purwodadi, Greges, dan Outlet. Pengambilan sampel dilakukan selama 30 hari dimana terdapat pengambilan saat hujan sebanyak tujuh hari. Untuk COD hanya dilakukan enam kali dan terdapat satu data saat hujan. Hasil analisis mendapatkan konsentrasi yang selanjutnya dikalikan dengan debit air tiap saluran sehingga didapatkan beban dari tiap parameter bahan pencemar. Konsentrasi yang masuk ke dalam boezem berfluktuatif tiap harinya dan tidak memiliki pola khusus, sedangkan beban berfluktuatif dan terbagi atas dua pola yaitu saat hujan dan saat hujan.
Analisis Zat Organik dalam Angka Permanganat Konsentrasi PV yang masuk ke dalam boezem berkisar antara 11,85 mg/L hingga 66,46 mg/L. Konsentrasi tertinggi berada di inlet Purwodadi dan terendah pada inlet Greges. Nilai PV ini merupakan indikasi dari banyaknya bahan organik yang masuk ke dalam boezem. Zat organik dalam angka permanganat mengalami penurunan konsentrasi menjadi relatif kecil saat terjadi hujan karena terjadi pengenceran oleh air hujan sehingga konsentrasi pencemar (PV) akan berkurang. Dengan asumsi nilai PV merupakan nilai BOD, maka menurut kriteria mutu air berdasarkan kelas air III pada lampiran 1 Perda Kota Surabaya No. 2/2004 konsentrasi BOD yang seharusnya masuk ke dalam boezem adalah 6 mg/L sehingga kandungan pencemar organik yang masuk ke boezem sangat besar melebihi kadar seharusnya. Beban yang diterima boezem terjadi peningkatan yang sangat signifikan saat terjadi hujan dimana debit air yang masuk ke dalam boezem menjadi tinggi. Kondisi debit air yang tinggi berpotensi mempercepat proses kontaminasi badan air oleh polutan. Beban PV terbesar yang diterima boezem adalah 195,80 kg/hari dan yang terendah adalah 1,10 kg/hari. Beban PV rerata yang masuk ke dalam boezem saat tidak hujan dan saat hujan berurutan adalah di inlet Purwodadi
6
sebesar 2,12 kg/hari dan 6,76 kg/hari, sedangkan di inlet Greges sebesar 11,58 kg/hari dan 102,41 kg/hari. Grafik beban PV dapat dilihat pada Gambar 2 berikut ini. 200.00
9.00 8.00 7.00 6.00
Angka Permanganat
5.00 4.00 3.00 2.00 1.00
Beban Angka Permanganat (kg/hari)
Beban Angka Permanganat (kg/hari)
10.00
180.00 160.00 140.00 120.00 100.00
Angka Permanganat
80.00 60.00 40.00 20.00
0.00
Hari Ke-
29
25
27
23
21
19
15
17
13
9
11
7
5
3
1
29
25
27
21
23
17
19
13
15
9
11
5
7
1
3
0.00
Hari Ke-
Gambar 2. Beban Angka Permanganat Inlet Purwodadi dan Inlet Greges
Analisis Total Solid Konsentrasi TS yang masuk ke dalam boezem berkisar antara 116 mg/L hingga 940 mg/L. Konsentrasi TS tertinggi dan terendah berada pada inlet Greges. Nilai TS ini merupakan indikasi dari banyaknya bahan padatan yang masuk ke dalam boezem. Dengan nilai TSS yang sebagian mengalami penurunan saat terjadi hujan dan nilai TDS yang juga mengalami penurunan menyebabkan nilai TS menjadi kecil. Hal ini disebabkan terjadinya pengenceran oleh air hujan sehingga konsentrasi TDS berkurang dan mengakibatkan konsentrasi TS pun mengalami penurunan. Hal ini juga disebabkan oleh pengambilan sampel yang dilakukan setelah bar screen sehingga tidak terjadi aliran turbulen saat hujan karena tertahan oleh adanya bar screen sehingga tidak mempengaruhi kadar TS dalam sampel air. Menurut kriteria mutu air berdasarkan kelas air III pada lampiran 1 Perda Kota Surabaya No. 2/2004 konsentrasi residu tersuspensi yang dapat diterima boezem adalah 1400 mg/L. Nilai konsentrasi TS saat ini masih berada pada kriteria tersebut, namun karena adanya TS dapat menyebabkan pendangkalan sehingga volume efektif boezem dapat berkurang jika tidak dilakukan pengerukan sesering mungkin. Oleh karena itu, konsentrasi TS yang masuk harus kecil agar pendangkalan dan pengerukan tidak terjadi dengan cepat. 7
Beban (massa) TS terbesar yang masuk ke boezem yaitu di inlet Greges sebesar 3121,14 kg/hari dan yang terendah adalah 19,74 kg/hari pada inlet Purwodadi. Beban TS rerata yang masuk ke dalam boezem saat tidak hujan dan saat hujan berurutan adalah inlet Purwodadi sebesar 26,33 kg/hari dan 93,93 kg/hari, sedangkan di inlet Greges sebesar 196,99 kg/hari dan 1679,86 kg/hari.
180.00
3500.00
160.00
3000.00
140.00 120.00 100.00 Total Solid
80.00 60.00 40.00
Beban TS (kg/hari)
Beban TS (kg/hari)
Grafik beban TS dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini.
2500.00 2000.00 Total Solid 1500.00 1000.00 500.00
20.00 0.00
0.00
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
1
3
5
7
9
Hari Ke-
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Hari Ke-
Gambar 3. Beban Total Solid Inlet Purwodadi dan Inlet Greges Walaupun konsentrasi total solid yang masuk ke dalam boezem mengalami penurunan saat hujan tetapi beban yang masuk ke dalam boezem ternyata tidak mengalami penurunan bahkan meningkat sangat tinggi. Hal ini menunjukkan bahwa pengenceran yang ditandai dengan bertambahnya debit air yang masuk ke dalam boezem tidak mengurangi bahan pencemar yang masuk karena penambahan debit air juga diikuti dengan peanambahan kuantitas dan kualitas limbah yang masuk ke sungai atau boezem (Razif, 2004).
Analisis Total Suspended Solid Konsentrasi TSS yang masuk ke dalam boezem berkisar antara 20 mg/L hingga 232 mg/L. Konsentrasi TSS tertinggi berada pada inlet Greges dan terendah berada pada inlet Greges dan Purwodadi. TSS mengalami penurunan konsentrasi saat terjadi hujan. Namun, beban TSS yang masuk ke dalam boezem mengalami peningkatan sangat besar. Sebagian besar konsentrasi TSS mengalami penurunan menjadi relatif kecil saat terjadi hujan. Hal ini disebabkan terjadinya pengenceran oleh air hujan sehingga konsentrasi TSS berkurang. Hal ini juga disebabkan oleh pengambilan sampel yang dilakukan setelah bar screen sehingga tidak terjadi aliran turbulen saat 8
hujan karena tertahan oleh adanya bar screen sehingzga tidak mempengaruhi kadar TSS dalam sampel air. Menurut kriteria mutu air berdasarkan kelas air III pada lampiran 1 Perda Kota Surabaya No. 2 /2004 konsentrasi residu tersuspensi yang dapat diterima boezem adalah 400 mg/L. Nilai beban TSS terbesar yang masuk adalah 424,37 kg/hari dan yang terendah adalah 0,88 kg/hari. TSS merupakan zat-zat yang tersuspensi yang ada di dalam air. Beban TSS rerata yang masuk ke dalam boezem saat tidak hujan dan saat hujan berurutan adalah di inlet Purwodadi sebesar 4,48 kg/hari dan 17,18 kg/hari, sedangkan di inlet Greges sebesar 22,51 kg/hari dan 279,65 kg/hari. Grafik beban TSS dapat dilihat pada Gambar 4. 30.00
450.00 400.00
20.00 15.00 Total Suspended Solid
10.00 5.00
Beban TSS (kg/hari)
Beban TSS (kg/hari)
25.00
350.00 300.00 250.00 200.00
Total Suspended Solid
150.00 100.00 50.00
0.00
0.00
1
3
5
7
9
11 13 15
17 19 21 23 25 27 29
Hari Ke-
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
Hari Ke-
Gambar 4. Beban Total Suspended Solid Inlet Purwodadi dan Inlet Gregres
Analisis Chemical Oxygen Demand (COD) Konsentrasi COD yang masuk ke dalam boezem berkisar antara 33,74 mg/L hingga 104,98 mg/L. Konsentrasi tertinggi berada di inlet Purwodadi dan terendah pada inlet Greges. Angka COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organis yang dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut dalam air (Alaerts, 1984). Nilai COD mengalami penurunan konsentrasi saat terjadi hujan. Hal ini disebabkan terjadinya pengenceran oleh air hujan sehingga konsentrasi pencemar organik akan berkurang. Berdasarkan kriteria mutu air untuk air kelas III pada lampiran 1 Perda Kota Surabaya No. 2/2004 konsentrasi COD pada boezem seharusnya adalah 50 mg/L, sehingga konsentrasi COD berdasarkan pada penelitian ini masih berada jauh di atas yang seharusnya. 9
Beban terbesar yang masuk terjadi pada inlet Greges dengan massa sebesar 115,34 kg/hari dan massa terendah yang masuk adalah 2,50 kg/hari pada inlet Purwodadi. Beban COD rerata yang masuk ke dalam boezem saat normal adalah di inlet Purwodadi sebesar 3,40 kg/hari dan inlet Greges sebesar 15,29 kg/hari, sedangkan saat hujan adalah inlet Purwodadi sebesar 14,01 kg/hari dan inlet Greges sebesar 115,34 kg/hari.
140.00
BebanCOD(kg/hari)
120.00 100.00 Purw odadi
80.00
Greges Outlet
60.00 40.00 20.00 0.00 1
2
3
4
5
6
Data Ke -
Gambar 5. Beban COD Pada Kali Purwodadi, Kali Greges dan Outlet Boezem Hasil analisis angka permanganat (PV) yang ada dibandingkan dengan angka COD di atas untuk menentukan rasio PV/COD. COD merupakan gambaran tentang aktivitas kebutuhan oksigen dalam proses-proses reaksi kimia dalam perairan yang secara umum kebutuhannya akan lebih tinggi dari kebutuhan oksigen dalam proses biologi. Dari ketiga titik sampel rasio PV/COD bervariasi antara 0,41 hingga 0,92. Rasio PV/COD ini menunjukkan bahwa nilai konsentrasi COD lebih besar dibandingkan dengan PV. Hal ini disebabkan COD menggunakan oksidasi kimiawi yang lebih kuat (K2Cr2O7) daripada PV (KMnO4). Jika diinginkan kualitas air boezem memenuhi kriteria mutu air kelas II Perda Kota Surabaya No. 2/ 2004 sesuai dengan pemanfaatannya untuk tempat rekreasi dan memancing, maka beban maksimum bahan pencemar
yang boleh masuk ke dalam boezem dapat dicari dengan
Persamaan 1, yaitu: S o = S e × (1 + k .t d )
………………………………………………………………………………(1) 10
Beban Maksimum PV rerata yang dapat diterima Boezem = So x Q Input .....................................(2)
Dimana, konsentrasi effluen (Se) yang keluar dari boezem sesuai dengan rencana peruntukkan boezem yaitu kriteria air kelas II Perda Kota Surabaya No. 2/2004, nilai k dan td sebesar didapatkan dari perhitungan nilai k Boezem Morokrembangan. Dari hasil perhitungan dengan rumus di atas diketahui bahwa nilai beban maksimum PV, TS, TSS dan COD yang dapat diterima boezem yaitu 1,12 kg/hari, 437,92 kg/hari, 19,76 kg/hari dan 9,98 kg/hari, berurutan. Beban PV, TS, TSS dan COD saat ini yang masuk dari kedua inlet (saat normal) adalah 13,71 kg/hr, 223,32 kg/hr, 26,99 kg/hr, dan 18,69 kg/hr, berurutan. Nilai ini masih melebihi nilai beban maksimum yang dapat diterima boezem. Agar beban yang masuk sesuai dengan yang seharusnya, maka air limbah harus diolah terlebih dahulu sebelum masuk ke dalam boezem. Upaya yang dapat dilakukan antara lain yaitu menggunakan fitoremidiasi (dengan enceng gondok) ataupun biofilter pada saluran inlet boezem.
Perhitungan Kinerja Eksisting Boezem Morokrembangan Boezem diibaratkan sebuah reaktor alam dimana reaktor ini memiliki kemampuan untuk mengolah bahan pencemar yang masuk ke dalamnya. Kemampuan ini menyebabkan terjadi akumulasi massa bahan pencemar pada reaktor. Jika pada sistem tidak terjadi reaksi, seperti unit operasi, maka tidak terdapat penurunan karena rekasi, maka persamaan mass balance pada reaktor boezem menjadi : Akumulasi
= Massa Inlet – Massa Outlet = (massa inlet Purwodadi + massa inlet Greges) – massa inlet outlet = ( Q1 x C1) + (Q2 x C2) – (Q3 x C3) ........................................................................(3)
Tak berbeda jauh dengan beban, akumulasi parameter bahan pencemar ini pun tiap harinya berfluktuatif dan terbagi menjadi dua dua pola yaitu saat tidak hujan dan saat hujan. Akumulasi PV 11
terbesar terjadi pada hari ke-23 yaitu sebesar 156,91 kg/hari. Akumulasi PV mengalami negatif (-) pada hari ke-26 yaitu sebesar -0,32 kg/hari atau tidak terjadi akumulasi (nol). Hal ini dapat terjadi karena pada outlet terjadi peningkatan kandungan zat organik yang dikarenakan oleh adanya pembuangan air limbah maupun sampah organik yang berasal dari lingkungan disekitar outlet boezem sehingga berpengaruh pada hasil analisis PV outlet. Akumulasi TS terbesar terjadi pada hari ke-23 yaitu sebesar 2336,41 kg/hari. Nilai akumulasi terendah pada hari pertama yaitu sebesar 56,85 kg/hari. Sedangkan untuk akumulasi TSS terbesar terjadi pada hari ke-17 yaitu sebesar 293,00 kg/hari. Nilai akumulasi terendah pada hari ke-empat yaitu sebesar 5,13 kg/hari. Untuk akumulasi COD terbesar terjadi pada data ke-empat yaitu sebesar 80,07 kg/hari. Nilai akumulasi terendah pada data ke-3 yaitu sebesar 6,47 kg/hari. Akumulasi PV, TS, TSS dan COD terbesar terjadi saat hujan disebabkan debit (beban) yang masuk ke dalam boezem sangat tinggi. Dari perhitungan akumulasi parameter uji dapat diketahui bahwa akumulasi terbesar yang terjadi pada boezem adalah akumulasi Total Solid yaitu sebesar 2336,41 kg/hari. Akumulasi yang terjadi pada boezem ini menunjukkan terjadinya pengendapan bahan pencemar pada boezem.
Efisiensi Untuk mengetahui seberapa besar kemampuan boezem dalam menurunkan kandungan bahan pencemar yang masuk ke dalamnya dapat menggunakan rumus berikut ini : Efisiensi =
Cinput − Coutput Cinput
× 100% ......................................................................................................(4)
Dimana Cinput adalah konsentrasi bahan pencemar yang masuk ke dalam boezem yaitu dari inlet Purwodadi dan Greges, sedangkan Coutput adalah konsentrasi bahan pencemar yang keluar di outlet boezem. Cinput dapat dihitung terlebih dahulu dengan rumus : Cinput =
Q1 .C1 + Q2 .C2 Q1 + Q2
(Eckenfelder, 1991).......................................................................................(5)
12
Berikut ini disajikan hasil perhitungan efisiensi untuk tiap parameter. Tabel 2. Hasil Perhitungan Efisiensi (%) Penurunan Bahan Pencemar
Parameter PV TS TSS COD
Konsentrasi Input Rerata Konsentrasi Output Rerata (mg/L) (mg/L) Saat Saat Saat Normal Saat Hujan Hujan Normal 39,96 29,98 36,40 23,29 651,07 487,07 525,91 327,43 78,68 81,51 67,48 74,29 51,33 35,52 45,14 25,72
Efisiensi (%) Saat Normal 8,92 19,22 14,23 12,06
Saat Hujan 22,31 32,78 8,86 27,59
Sumber : Hasil Perhitungan Nilai efisiensi boezem untuk tiap parameter berbeda-beda. Selain parameter TSS, nilai efisiensi penurunan bahan pencemar untuk semua parameter lebih besar saat hujan dibandingkan saat normal (tidak terjadi hujan), hal ini karena saat hujan terjadi pengenceran secara alami oleh air hujan sehingga konsentrasi bahan pencemar mengalami penurunan. Pada kondisi normal, efisiensi terbesar yang terjadi adalah pada parameter TS sebesar 19,22% sedangkan efisiensi terendah terjadi pada parameter PV sebesar 8,92%. Saat kondisi hujan, parameter TS juga memiliki efisiensi penurunan tertinggi sebesar 32,78%, namun parameter TSS justru memiliki efisiensi terendah sebesar 8,86%. Hasil penilitian di atas menunjukkan bahwa boezem memiliki kemampuan untuk memulihkan atau purifikasi kondisi kualitas lingkungan air (kualitas air) dan dapat mengurangi masukan bahan pencemar dari kedua inlet, walaupun tidak memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Hasil ini sejalan dengan penelitian Kumurur (2002) yang menyebutkan bahwa keberadaan Danau Tondanau dapat mengurangi pengaruh masukan bahan pencemar dari inlet danau baik dari limbah pertanian, rumah tangga dan erosi. Daerah genangan waduk sendiri merupakan daerah akumulasi pengendapan bahan polutan, baik bahan terlarut maupun tersuspensi (Supangat dan Paimin, 2007). Proses pemurnian diri boezem ini dapat diasumsikan sama dengan yang terjadi pada danau, dimana terjadi akumulasi pada danau yang menyebabkan penurunan kandungan bahan pencemar karena adanya pengaruh bentuk boezem yang memiliki panjang, lebar dan kedalaman tertentu 13
(faktor luasan boezem). Dalam hal ini boezem memiliki kedalaman kurang dari 2 m (± 1,6 m), sehingga boezem dikategorikan sebagai danau dangkal dua dimensi. Dengan demikian proses pemurnian diri yang terjadi pada Boezem Morokrembangan mengikuti persamaan berikut : ∂C ∂ ∂C ∂ ∂C = ( Dx − u x C) + (Dy − u y C) + S (C, t ) + f R (C, t ) ∂y ∂t ∂x ∂x ∂y
(Qiuwen et al., 2008)........................(6)
dimana : u dan v = kecepatan pada arah x dan y (m/s) berurutan, C = konsentrasi (mg/L), Dx dan Dy = koefisien difusi pada arah x dan y (m2/s), S (C, t) = sumber atau hilang (sink) oksigen (mg/(L.dtk)), fR (C, t) = reaksi yang umumnya dinyatakan dengan persamaan kinematik orde pertama. Pada penelitian ini persamaan tersebut belum diterapkan karena adanya keterbatasanketerbatasan, salah satunya adalah keterbatasan data (dx, dy, serta koefisiem difusi boezem) yang belum diketahui.
Perhitungan Nilai k Boezem Morokrembangan Nilai k merupakan konstanta kecepatan dari reaksi yang terjadi pada boezem. Bahan pencemar yang masuk ke dalam boezem memiliki waktu tinggal yang dapat diketahui dari pembagian volume boezem dengan debit air yang masuk ke boezem. Volume boezem Morokrembangan saat ini adalah sebesar 434.466 m3 (Dept. PU, 2007). Waktu tinggal saat normal (tidak terjadi hujan) adalah 1,27 hari dan saat hujan adalah 0,12 hari.
Nilai k berdasarkan Analisis (penelitian lapangan) Nilai k berdasarkan analisis yang dilakukan dapat diketahui dengan menghitung nilai k berdasarkan reaksi orde pertama dengan rumus sebagai berikut (Reynolds, 1995) : C C = e − kt ln( ) = −kt ..............................................................................................................(7) C0 C0
14
Seluruh hasil perhitungan nilai k parameter bahan pencemar dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Nilai k Analisis (lapangan) No.
Parameter
1
PV
2
Total Solid
3
Total Suspended Solid
4
COD
Kondisi Normal Hujan Normal Hujan Normal Hujan Normal Hujan
Nilai K 0,07 2,10 0,17 3,31 0,12 0,77 0,12 2,69
Sumber : Hasil Perhitungan Nilai k berdasarkan analisis (lapangan) saat normal jauh lebih kecil dibandingkan nilai k saat hujan. Nilai k saat hujan menjadi sangat besar karena td-nya kecil yang disebabkan oleh debit air dan aliran air yang masuk ke dalam boezem sangat tinggi.
Nilai K secara Teoritis Untuk menghitung nilai k secara teoritis boezem diibaratkan sebuah kolam stabilisasi. Nilai k berdasarkan fungsi temperatur, dimana kT = 0,25 (1,06)T-20 (Eckenfelder, 1991). Temperatur air ada boezem yang digunakan adalah 29o C. Nilai k adalah koefisien biodegradasi, berkisar antara 0,05-0,8/hari. Didapatkan nilai k secara teoritis adalah 0,42/hari. Secara teoritis nilai k pada boezem lebih besar dibandingkan dengan nilai k hasil analisis.
Perbandingan Hasil Penelitian Lapangan dengan Hasil Perhitungan Teoritis Boezem diibaratkan sebuah kolam stabilisasi dimana efisiensi proses untuk reaksi orde satu berdasarkan persamaan (1), dimana Se dan So merupakan konsentrasi effluen dan influen, dan k adalah koefisien biodegradasi (0,05 – 0,8/hari), dimana nilai k secara teoritis didapatkan sebesar 0,42 /hari.
15
Selanjutnya dihitung effluen teoritis yang seharusnya keluar dari boezem. Perhitungan menggunakan nilai konsentrasi saat normal (tidak terjadi hujan). Hasil perhitungan perbandingan konsentrasi yang tersisihkan secara teoritis dan secara analisis dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Hasil Perbandingan Perhitungan Teoritis dan Analisis
A PV TS TSS COD
B (mg/L) 39,96 651,07 78,68 51,33
C (mg/L) 36,40 525,91 67,48 45,14
D (mg/L) 26,06 424,59 51,31 33,47
1 (mg/L) 13,90 226,48 27,37 17,86
2 (mg/L) 3,56 125,16 11,20 6,19
(2) - (1) (mg/L) -10,34 -101,32 -16,17 -11,66
Sumber : Hasil Perhitungan Keterangan : A = Parameter, B = Konsentrasi Input , C = Konsentrasi Output Analisis, D = Konsentrasi Output Teoritis, 1 = Konsentrasi Tersisihkan Teoritis = B-D, 2 = Konsentrasi Tersisihkan Analisis = B-C, 2-1 = Perbedaan antara Teoritis dan Analisis.
Dari Tabel 4 diketahui bahwa konsentrasi bahan pencemar yang dapat tersisihkan secara teoritis lebih besar dibandingkan dengan hasil analisis yang telah dilakukan. Hal tersebut ditunjukkan dengan nilai negatif (-) pada hasil perhitungan konsentrasi yang tersisihkan secara teoritis dengan konsentrasi tersisihkan berdasarkan analisis. Namun, hal ini tetap menunjukkan bahwa secara alami boezem pun bisa menyisihkan bahan pencemar yang masuk ke dalamnya (self purification), hanya saja belum efektif. Untuk itu kemampuan boezem perlu ditingkatkan agar air boezem memenuhi kriteria mutu air kelas II sesuai Perda Kota Surabaya No. 2/2004 sesuai rencana pengembangan dan peruntukkannya. Efisiensi (self purification) boezem dalam menurunkan bahan pencemar yang masuk secara teoritis lebih besar dibandingkan dengan secara analisis lapangan karena secara teoritis digunakan rumus orde satu dimana pada boezem dianggap terjadi reaksi secara sempurna sedangkan pada lapangan tidak demikian, terdapat idle zone yang tidak mengalami reaksi secara sempurna, padatan yang ada di dalam air limbah akan mengendap di daerah dekat bagian inlet, serta bagian outlet terletak di bagian yang memungkinkan air limbah mengalami aliran singkat. Pada daerah idle zone 16
dapat dilakukan upaya peningkatan pengadukan dengan aerasi yaitu dengan menambahkan aerator pada boezem sehingga dapat terjadi reaksi pencampuran secara sempurna sehingga kualitas air boezem pun dapat mengalami peningkatan secara menyeluruh.
KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut. 1. Besarnya beban zat organik (sebagai PV), total solid, total suspended solid, COD rerata yang masuk ke Boezem Morokrembangan Selatan di saat tidak terjadi hujan adalah sebesar 13,71 kg/hari, 223,32 kg/hari, 26,99 kg/hari, dan 18,69 kg/hari, berurutan. Sedangkan saat hujan sebesar 109,17 kg/hari, 1773,79 kg/hari, 296,83 kg/hari dan 129,36 kg/hari. 2. Boezem Morokrembangan Selatan memiliki kemampuan pemurnian alami untuk menurunkan bahan pencemar yang masuk kedalamnya. Kinerja eksisting Boezem Morokrembangan Selatan saat tidak hujan (normal) untuk tiap parameter PV, TS, TSS, dan COD berurutan adalah 8,92%, 19,22%, 14,23% dan 12,06%. Sedangkan saat hujan adalah 22,31%, 32,78%, 8,86% dan 27,59%.
Daftar Pustaka Alaerts, G., dan Santika, S. S. 1984. Metoda Penelitian Air. Surabaya: Usaha Nasional. Anonim. 2007. Bantek Penanganan sampah di Morokrembangan Kota Surabaya. Surabaya: Departemen PU, Direktorat Jenderal Cipta Karya, SatKer PIPS. Anonim. 2004. Peraturan Daerah Kota Surabaya No 2 Tahun 2004 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air. Surabaya. Anonim. 2003. Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No 112 Tahun 2003 Tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik. Jakarta.
17
APHA. 2005. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 21th edition. American Public Health Association, Washington, D.C. Eckenfelder, W.W. 1991. Principles of Water Quality Management. Boston: CBI Publishing. Kumurur, V.A. April 2002. ”Aspek Strategis Pengelolaan Danau Tondano Secara Terpadu”. Ekoton 2, 1:73-80. Qiuwen C., Kui1 T., Chuanbao Z, and Ruonan L. 2009. “Development and application of a twodimensional water quality model for the Daqinghe River Mouth of the Dianchi Lake”. Journal of Environmental Sciences 21. 3:313–318. Razif, M. dan Yuniarto, A. 2004. Modul Ajar Pengelolaan Kualitas Air. Surabaya: Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Reynolds, T. D. and Richards P. A. 1995. Unit Operation and Processes in Environmental Engineering. California: Texas A&M University, Brook/Cole Engineering Division. SNI 06-6989.22-2004 : Air dan air limbah - Bagian 22: Cara uji nilai permanganat secara titrimetri. Socolofsky, S.A and Jirka, G.,H. 2002. Environmental Fluid Mechanics Part I: Mass Transfer and Diffusion. Karlsruhe: Institut fur Hydromechanik, Universitat Karlsruhe. Supangat, A.B. dan Paimin. Desember 2007. ”Kajian Peran Waduk Sebagai Pengendali Kualitas Air Secara Alami”. Forum Geografi 21, 2:123 – 134. Taguchi, K. dan Nakata, K. September 2009. ”Evaluation of biological water purification functions of inland lakes using an aquatic ecosystem model”. Ecological Modelling 220, 18:22552271. Vagnetti, R., Miana, P., Fabris, M., dan Pavoni, B. September 2003. ” Self-purification ability of a resurgence stream”. Chemosphere 52, 10:1781-1795.
18
