22
4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan Penelitian
Saringan kasar (Horizontal Roughing Filter - HRF) merupakan pengolahan
pendahuluan untuk menurunkan kekeruhan atau memisahkan padatan dalam
jumlah besar serta pencemaran kimia zat organik, dengan cara mengalirkan air
baku (air sungai) melewati bak filter, menerobos melalui media yang kasar
berporos seperti kerikil dengan diameter yang berbeda-beda, dimulai bak bagian
muka menggunakan kerikil dengan diameter 30–20 mm, pada bak berikutnya
menggunakan kerikil dengan diameter 20–15 mm, kemudian diameter 15–10mm,
diameter10-5 mm dan di bak terakhir memakai krikil ukuran diameter 5-2 mm,
seperti gambar:
Penelitian ini menggunakan RF dengan aliran horizontal (HF) seperti
gambar dimensi dibawah :
Gambar 15 Dimensi Penampang Basah Bangunan Filtrasi HRF
Penjelasan simbol :
Urutan bak filter ke 1 sampai ke 5
Titik pengambilan sampel uji melalui kran penguji
Kran penguji
Kedalaman media filter (cm)
Panjang dasar bak filter (cm)
-
-
- -
23
Hukum Darcy adalah hubungan umum untuk aliran dalam media
berpori. Ini menu njukkan laju aliran volumetrik adalah fungsi dari luas daerah
aliran, ketinggian, tekanan fluida dan proporsionalitas konstan. Ini dapat
dinyatakan dalam berbagai bentuk tergantung pada kondisi aliran dengan rumusan
bentuk umum (Ardiansyah, et.al, 2004) ;
…….…………………………….…(6)
Perumusan untuk penghitungan tiap-tiap kompartemen; kompartemen-1 (K1);
kompatemen-2 (K2) dan seterusnya:
………………………………………..…... (7)
..……………………………………………..(8)
………….………………………………….(9)
..……….…………………………………....(10)
..…..…………………………………….…..(11)
Pelaksanaan Penelitian
Pada pelaksanaan penelitian dimulai penyiapan media krikil dengan
melakukan pemilahan-pemilahan besaran ukuran krikil sesuai dengan peruntukan
pada pengisian dimasing-masing bak dengan cara penyaringan. Melakukan uji
coba aliran untuk mengecek aliran air terjadi pada lubang-lubang filtrat yang
terukur diameternya dan tidak mengalir melalui celah-celah dinding yang
besarannya tidak terukur, dilanjutkan uji coba pengambilan sampel uji dari bak-
bak hasil fitrat untuk memperkirakan hasil proses yang mungkin dicapai,
pengamatan laju aliran tiap bak dilakukan untuk mengetahui kebutuhan waktu
aliran air disetiap bak dari saat masuk sampai keluar melalui lubang-lubang
tersedia disetiap sekat dinding media.
Pengamatan laju aliran dilakukan sampai mencapai aliran yang stabil, dilanjut
terus sepanjang penelitian, analisis kebutuhan waktu proses, kecepatan alir pada
setiap bak filter setiap waktu pengambilan sampel uji, konduktivitas hidrolika,
berapa penurunan turbidity dan organik sebelum dan sesudah proses filtrasi,
dengan melakukan rangkaian pelaksanaan.
Penyiapan Media Krikil
Penyiapan media krikil di Bak 1 diameter 30–20 mm, Bak 2 diameter 20–15
mm, Bak 3 diameter 15–10 mm, Bak 4 diameter 10-5 mm dan di bak terakhir
memakai krikil diameter 5-2 mm, selanjutnya dilakukan pengaliran air baku.
Pengamatan dan sampling dimulai setelah aliran filtrat dari bak filter ke 1 men
24
capai ketinggian 10 cm, yang ditunjukan ditunjukan oleh alat ukur skala
centimeter (penggaris) yang dipasang disetiap dinding bak tampungan air filtrat.
Dalam bahasan ini ditunjukan hasil olah data dalam bentuk kurva laju aliran air
fitrat. Data konduktivitas hidraulika, kemampuan penurunan turbidity dan
penurunan kandungan organik didapat dari hasil uji analisa air filtrat ditunjukan
dengan kurva.
Gambar 16 Penyiapan krikil media filter HRF
Untuk melaksanakan penelitian menyiapkan susunan atau komposisi
media filter dengan ukuran yang berbeda, mulai dari bagian bak depan atau bak
masukkan berukuan besar terus ke bagian keluaran semakin berukuran kecil
seperti pada gambar 17.
Gambar 17 Susunan krikil media filter HRF
25
Mekanisme filtrasi lebih lanjut yaitu penahanan padatan tersuspensi oleh
HRF, prosesnya agak kompleks mencakup sedimentasi, adsorpsi dan biologi serta
kegiatan biokimia. Pada dasarnya, seperti yang diilustrasikan pada gambar,
solid partikel harus diangkut kepermukaan dan tetap melekat pada permukaan
media yang sebelumnya mungkin diubah oleh proses biologi dan biokimia,
terakhir yang penting untuk menghilangkankotoran yang larut (Sandec - SKAT,
1996).
Dari serangkaian penelitian yang telah dilaksanakan mendapatkan data, dan
dari olah data memberikan gambaran hasil kinerja dari alat bangunan pengolahan
air HRF tersebut. Dalam bahasan ini menunjukan data konduktivitas hidrolika,
debit aliran, kemampuan penurunan turbiditas dan penurunan kandungan organik.
Uji Coba Aliran
Uji coba aliran dimaksudkan sebagai kegiatan awal dari serangkaian uji
penelitian alat/bangunan HRFtersebut, untuk mengecek aliran air filtrat supaya
mengalir dari lubang-lubang yang ada disekat pembatas media krikil disetiap bak,
mungkin aliran air filtrat itu mengalir juga dibagian pinggir sekat, hal ini tentu
tidak dikehendaki dan mengharuskan untuk memperbaikinya sampai kondisi
aliran sudah yakin mengalir dari lubang-lubang yang ada disekat media yang ada
disetiap bak media.
Uji Coba Pengambilan Sampel Uji
Uji coba pengambilan sampel dilakukan setelah aliran air mengalir melalui
lubang yang berada di sekat pembatas media krikil, kemudian mengatur besaran
aliran masuk dengan mengukur debit aliran dengan gelas ukur sampai
mendapatkan besaran yang maksimal, seperti gambar dibawah diukur debit masuk
dan debit keluar.
Gambar 18 Mengukur debit aliran masuk dan keluar
26
Pengambilan sampel uji pada penelitian dilakukan dengan cara membuka kran-
kran uji/pembuang yang berada disetiap bak filtrat media krikil seperti pada
gambar dibawah, mulai dari kran keluaran ke 6 atau terakhir kemudian kran 5,
kran 4 dan terus sampai kran masuk. Pengambilan sampel uji dilakukan sesuai
perencanaan pengambilan sampel uji dengan interval waktu pengambilan hari
pertama setiap 2(dua) jam diambil sampel, hari kedua dan ketiga interval waktu 4
(empat) jam dan hari keempat dan kelima interval waktu pengambilan setiap 24
jam sekali yang semuanya dilakukan pengambilan dari kran-kran uji pada bak.
Pengamatan Laju Air Fitrat Tiap Bak
Melakukan pengamatan laju aliran air baku dan laju air fitrat di setiap bak,
pengamatan dan pencatatan laju aliran air filtrat yang keluar dari media filter bak
ke 1, bak ke 2 dan seterusnya sampai ke bak terakhir dicatat saat permukaan air
filtrat di bak ke 1 mencapai ketinggian 10 cm, 15 cm, 20 cm, 25 cm, dan 30 cm.
Data diolah dan menjadi suatu kurva seperti terlihat pada gambar 20 (Laju aliran
air filtrat pada setiap bak HRF). Pada bak 1 pencapaian ketinggian air filtrat 10 cm
dicapai pada menit ke 12 jadi membutuhkan waktu selama 12 menit, pada saat
yang sama dilakukan pengamatan tinggi permukaan air filtrat di bak 2, bak 3, bak
4, dan bak 5 terlihat ada perbedaan ketinggian permukaan yang semakin menurun.
Disaat air filtrat di bak 1 mencapai ketinggian 15 cm dibutuhkan waktu selama 22
menit, pada menit ke 28 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 20 cm
kemudian di menit ke 35 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 25 cm, di
menit ke 42 ketinggian permukaan air filtrat mencapai 30 cm, air filtrat mulai
masuk ke bagian keluaran (outlet) setelah mencapai waktu 53 menit. Aliran air
terus berjalankan sampai tercapai aliran yang stabil pada ketinggian permukaan 32
cm dan dilanjutkan ke pengambilan sampel air filtrat untuk uji analisa.
Gambar 19 Pengambilan sampel uji dari kran keluaran
27
Kestabilan laju aliran air diperlihatkan (alat ukur yang dipasang disetiap
dinding bagian bak filtrat berupa skala sentimeter) oleh tingginya permukaan air
filtrat disetiap bak. Pada bak 1 tinggi permukaan keluaran air filtrat dijaga di
ketinggian 32 cm. Hasil kurva dibawah menunjukan data dari tinggi permukaan
air filtrat disetiap bak filtrat terbaca dialat penunjuk skala sentimeter.
Data uji petik untuk kurva dibawah memakai data pengoperasian HRF
selama 84 jam pertama yaitu pengambilan pertama (t=1,0 h) setelah operasi 24
jam (dari jam 9-21-9), pengambilan kedua (t=1,8 h) setelah operasi 60 jam (dari
Gambar 20 Laju aliran air filtrat HRF
Gambar 21 Alat ukur tinggi permukaan filtrat
28
jam 9-21-9-21) dan pengambilan ketiga (t=2,0 h) setelah operasi 84 jam (dari jam
21-9-21). Pada gambar kurva hubungan tinggi muka air filtrat dengan panjang
filter, tinggi muka air di bak secara keseluruhan dari bak 1 sampai ke bak 5
terlihat garis menurun, hanya tinggi permukaan air filtrat di bak 1 dan bak 2 sama
mendatar.
Konduktivitas Hidrolik
Konduktivitas hidrolik merupakan besaran aliran air yang melewati media
pori ( tanah, krikil atau batu yang pecah), ditunjukan dalam unit kecepatan
(cm/det). Hasil yang spesifikmerupakan pengeringan volume air pori, ditunjukkan
per unit dari keseluruhan volume. Konduktivitas hidrolik tidak selamanya tetap,
artinya dalam berbagai proses (kimia, fisika dan biologi) konduktivitas
hidrolik dapat berubah karena faktor masuk dan mengalirnya air tanah.
Misalnya ketika air memasuki tanah mempunyai komposisi atau konsentrasi zat
terlarut yang berbeda dengan larutan awal dan dapat merubah konduktivitas
hidrolik. Hal ini disebabkan oleh penomena pengembangan dan dispersi yang juga
dipengaruhui oleh jeni–jenis kation (pada pelepasan dan perpindahan partikel-
partikel lempung). Selama aliran yang lama, bisa menghasilkan penyumbatan
pori. Interaksi zat terlarut dan matrik tanah dan pengaruhnya terhadap
konduktivitas hidrolik khususnya penting pada tanah-tanah masam dan berkadar
natrium tinggi (Anonim, 2010). Sedangkan permeabilitas digunakan sebagai
persamaan untuk Ks (keterhantaran hidrolik jenuh). Hukum Darcy menunjukkan
bahwa kecepatan aliran (flux) adalah sama dengan Ks hanya jika gradien hidrolik
sama dengan1. Sehingga menyebabkan nilai kecepatan aliran tidak sama.
Gambar 22 Hubungan muka air filtrat dengan panjang filter
29
(Anonim, 2007). Dari hasil olah data pada kurva gambar 23 menunjukan rerata
nilai konduktivitas hidrolika sebesar 31,7 cm/det, artinya pergerakan aliran air
filter sebesar 31,7 cm/det.
Kapasitas Debit Aliran
Debit air merupakan ukuran banyaknya volume air yang dapat lewat
dalam suatu tempat atau yang dapat di tampung dalam suatu tempat tiap satu
satuan waktu. Debit aliran adalah laju aliran air yang melewati suatu penampang
melintang persatuan waktu.
Gambar 24 Debit aliran
Gambar 23 Kurva Konduktivitas hidrolika
30
Fungsi dari pengukuran debit aliran adalah untuk mengetahui seberapa banyak air
yang mengalir dan seberapa cepat air tersebut mengalir dalam waktu satu detik.
Pengukuran dilakukan dengan cara mengukur/ menampung air pakai gelas ukur,
butuh waktu berapa detik untuk mengisi 1(satu) liter air, ini dilakukan pada unit
inlet dan outlet atau pada sebelum dan sesudah fitrasi.
Dari olah data uji yang dilakukan selama 36 jam pengoperasian, pada
gambar 24 hasil rerata data olah filter menunjukan debit aliran filter (Q.out)
sebesar 53 cm3/det.
Penurunan Kandungan Turbidity
Turbidity atau kekeruhan air dapat ditimbulkan oleh adanya bahan-bahan
anorganik dan organik yang terkandung dalam air seperti lumpur dan bahan yang
dihasilkan oleh buangan industri yang sangat menggangu proses pengolahan air.
Oleh karena itu pengendalian kekeruhan air akan sangat dibutuhkan dalam proses
pengolahan air, agar air tersebut layak digunakan untuk proses selanjutnya.
Definisi yang sangat mudah adalah kekeruhan merupakan banyaknya zat yang
tersuspensi pada suatu perairan. Hal ini menyebabkan hamburan dan absorbsi
cahaya yang datang sehingga kekeruhan menyebabkan terhalangnya cahaya yang
menembus air. Air baku untuk melakukan uji HRF memakai air sungai tarum
barat, aliran air dinilai stabil tidak terjadi hujan.
Gambar 25 Sampel uji
Dari pengamatan selama penelitian mempunyai kecenderungan kandungan
turbidity yang relatif rendah sehingga pemanfaatan HRF mempunyai rentang
operasi yang cukup lama, kondisi kekeruhan yang tinggi terjadi pada saat
penghujan atau terjadi turun hujan yang lama.
Pengolahan data pengamatan effisiensi penurunan turbidity mencapai nilai
kisaran 51 %, tergambar dalam kurva dibawah
31
Gambar 26 Kegiatan pemeriksaan turbidity
Dalam kurva turbidity pada gambar 27 menunjukan penghilangan
kandungan turbidity di setiap bak filtrat sangat berarti, fenomena ini menunjukan
kinerja HRF sangat baik. Efisiensi pengolahan rata-rata mecapai lebih dari
separuh kandungan turbidity air awal atau air baku yang dialirkan.
Pada gambar 28 kurva turbidity relatif dimaksudkan untuk menunjukan
nilai antara kandungan turbidity yang tinggi, menengah dan rendah. Hasil proses
Gambar 27 Penghilangan turbidity
32
filtrasi menunjukan penurunan atau penghilangan kandung turbidity bisa
mencapai 51 %, perbandingan air masuk dan air keluar.
Penurunan Kandungan Zat Organik
Zat organik adalah zat yang pada umumnya merupakan limbah atau
buangan dari berbagai aktifitas manusia seperti rumah tangga, industri,
pemukiman, peternakan, pertanian dan perikanan yang berupa bahan organik;
yang biasanya tersusun oleh karbon.
Gambar 29 Kegiatan pemeriksaan kandungan zat organik
Kandungan zat organik yang berlebihan dalam air minum tidak diperboleh
kan karena selain menimbulkan warna, bau dan rasa yang tidak diinginkan, juga
Gambar 28 Penghilangan turbidity
33
mungkin bersifat toksik baik secara langsung maupun setelah bersenyawa dengan
zat lain yang ada. HRF pada penelitian ini dapat menurunkan kandungan organik
sekitar 79 % (gambar 31).
Gambar 30 Penghilangan zat organik
Gambar 31 Penghilangan zat organik relatif
Pada gambar kurva menunjukan penurunan kandungan zat organik air
filtrat hasil setiap bak filtrat, hal ini juga menunjukan kemampuan kinerja HRF.
Efisiensi pengolahan rata-rata mencapai lebih dari separuh memangkas
kandungan organik air awal atau air baku yang dialirkan berbanding dengan
34
kandungan organik air filtrat akhir. Pada kurva kandungan organik relatif
dimaksudkan untuk menunjukan nilai antara kandungan turbidity yang tinggi,
menengah dan rendah. Hasil proses filtrasi menunjukan penurunan atau
penghilangan kandung organik sekitar 79 %, ini berarti HRF dapat memperbaiki
atau meningkatkan kualitas air untuk proses pengolahan selanjutnya.
Spesifikasi dan Kinerja Bangunan Horizontal Roughing Filter
Dari data hasil penelitian diatas penulis dapat menyusun spesifikasi dan
kinerja dari Bangunan Horizontal Rouhing Filter tersebut, digambarkan dalam
bentuk tabulasi tabel 4 dibawah. Pada bangunan HRF terdapat 5(lima) bak media
filter yang diisi dengan 5(lima) jenis ukuran krikil yakni dari bak-1 sampai dengan
bak-5 ((30< - <20 mm, 20< - <15 mm, 15< - <10 mm, 10< - <5mm, 5< - <2 mm),
dimensi penampang basah yaitu ukuran tiap bak yang dijadikan penelitian ada 5
bak (panjang 50 cm, lebar 44 cm, kedalaman 32 cm), konduktivitas hidrolika 31,7
cm/det, debit (Qout) 53 cm3/det atau 4,5 m
3/hari, kemampuan penghilangkan
turbidity/kekeruhan sampai 51 % perbandingan kandungan partikel air masuk dan
keluaran, zat organik yang menjadi parameter uji analisis selain turbidity mampu
menghilangkan pencemar organik sebesar 79% mg/ltr KMnO4 perbandingan
kandungan organik air masuk dan keluaran. Hasil dari kinerja bangunan HRF ini
dapat dipertimbangkan hasil olahnya untuk berkelanjutan dimanfaatkan
Tabel 8 Spesifikasi dan kinerja Bangunan Horizontal Roughing Filter
Persen
Parameter Satuan Nilai/ukuran penghilangan
Penampang Basah:
panjang cm 50
lebar cm 44
tinggi cm 32
Media filter (krikil):
Bak 1 cm 30< - <20
Bak 2 cm 20< - <15
Bak 3 cm 15< - <10
Bak 4 cm 10< - <5
Bak 5 cm 5< - <2
Konduktivitas
hidrolika: cm/det 31,7
Debit (Qout) cm3/det 53
Turbidity NTU inlet-outlet 51%
Zat Organik mg/ltr KMnO4 inlet-outlet 79%
35
Pemanfaatan Hasil Olah Horizontal Roughing Filter
Berdasarkan pada Peraturan Menteri Dalam Negeri Nomor 23 Tahun 2006
tentang Pedoman Teknis dan Tata Cara Pengaturan Tarif Air Minum pada
Perusahaan Daerah Air Minum Bab I ketentuan umum Pasal 1 ayat 8 menyatakan
bahwa: “Standar Kebutuhan Pokok Air Minum adalah kebutuhan air sebesar 10
meter kubik/kepala keluarga/bulan atau 60 liter/orang/hari, atau sebesar satuan
volume lainnya yang ditetapkan Iebih lanjut oleh Menteri yang menyelenggarakan
urusan pemerintahan di bidang sumber daya air.
Untuk kebutuhan tubuh manusia air yang diperlukan adalah 2,5 lt perhari.
Standar kebutuhan air pada manusia biasanya mengikuti rumus 30 cc per kilo
gram berat badan per hari. Artinya, jika seseorang dengan berat badan 60 kg,
maka kebutuhan air tiap harinya sebanyak 1.800 cc atau 1,8 liter. Badan dunia
UNESCO sendiri pada tahun 2002 telah menetapkan hak dasar manusia atas air
yaitu sebesar 60 ltr/org/hari. Direktorat Jenderal Cipta Karya Departemen
Pekerjaan Umum membagi lagi standar kebutuhan air minum tersebut
berdasarkan lokasi wilayah sebagai berikut:
a. Pedesaan dengan kebutuhan 60 liter / per kapita / hari.
b. Kota Kecil dengan kebutuhan 90 liter / per kapita / hari.
c. Kota Sedang dengan kebutuhan 110 liter / per kapita / hari.
d. Kota Besar dengan kebutuhan 130 liter / per kapita / hari.
e. Kota Metropolitan dengan kebutuhan 150 liter / per kapita / hari
Apabila hasil kinerja bangunan horizontal roughing filter (HRF) tersebut
dimanfaatkan di suatu lokasi wilayah misalkan di pedesaan dengan kebutuhan 60
liter / per kapita / hari, maka HRF tersebut dapat melayani:
- Q out atau kapasitas produksi = 53 cm3/detik
- Standar Pedesaan dengan kebutuhan 60 liter/per kapita/hari
Jadi kapasitas produksi = 53 cm3/detik, berarti 0,053 liter/detik atau
1 hari = 24 jam 0,053 x 60 x 60 x 24 = 4579,2 liter/hari
atau 4579,2 liter/hari : 60 liter/per kapita/hari = 76,32 dibulatkan 76 kapita (76
orang) apabila dalam satu keluarga 5 orang jiwa (ayah,ibu dan 3 anak):
maka 76 orang : 5 orang / keluarga = 15 keluarga.
Kesimpulannya hasil kinerja dari HRF tersebut dapat melayani sebanyak 15
keluarga.