Simulasi Sisa Klor pada Jaringan Distribusi Wilayah Utara Perumda Air Minum Kota Padang

(1)

4803

Simulasi Sisa Klor pada Jaringan Distribusi Wilayah Utara Perumda Air Minum Kota Padang

Puti Sri Komala^1*, Nadia Tripermata Dewi², Ashifa Adetya³

1,2,3Departemen Teknik Lingkungan, Universitas Andalas, Padang Indonesia

*Koresponden email: putisrikomala@eng.unand.ac.id

Diterima: 11 Desember 2022 Disetujui: 25 Desember 2022

Abstract

Residual chlorine levels in water need to be maintained in the distribution network to prevent the presence of pathogens in drinking water that can be consumed by humans. According to Minister of Health Regulation No. 736/Menkes/PER/VI/2010 concerning Procedures for Monitoring the Quality of Drinking Water is in the range of 0.2 – 1.0 mg/l. This simulation was carried out to analyze the presence of residual free chlorine in the PDAM Padang, North Region distribution network sourced from the IPA Palukahan using EPANET software. Analysis of chlorine decay to determine the coefficient of bulk reaction and wall reaction was carried out at the Palukahan Reservoir outlet pipe for 6 hours using the DPD method. The dose of adding chlorine to the reservoir is 2.20 mg/l. The residual chlorine simulation results obtained a Global Bulk Reaction value of -0.105 and a Global Wall Coefficient value between -0.1 to -0.5 ranging from 0.12 mg/l – 2.20 mg/l. Low residual chlorine i.e., 1 mg/L, is located at a distance of 10-12 km from the reservoir, while high residual chlorine value, namely 1 mg/L, is located at 1-5 km from the reservoir. The results of this simulation show that chlorine levels in some distribution pipeline networks did not meet the drinking water regulation. The simulation results show that the dose and pipe spacing affect the remaining chlorine received by the customer.

Keywords: disinfectant, distribution network, Padang City Water Supply Corporation (PDAM), remaining chlor, EPANET simulation

Abstrak

Tingkat residu klorin dalam air perlu dijaga dalam jaringan distribusi untuk mencegah adanya patogen dalam air minum yang dapat dikonsumsi oleh manusia. Menurut Peraturan Menteri Kesehatan No.

736/Menkes/PER/VI/2010 tentang Tata Laksana Pengawasan Kualitas Air Minum, residu klorin berada pada rentang 0,2 – 1,0 mg/l. Simulasi ini bertujuan untuk menganalisis keberadaan sisa klorin bebas di jaringan distribusi PDAM Padang Wilayah Utara bersumber dari IPA Palukahan menggunakan software EPANET. Analisis peluruhan klorin untuk mengetahui koefisien bulk reaction dan wall reaction dilakukan pada pipa outlet Reservoir Palukahan selama 6 jam dengan metode DPD. Dosis pembubuhan klorin pada reservoir adalah 2,20 mg/l. Hasil simulasi residu klorin diperoleh nilai Global Bulk Reaction sebesar -0,105 dan nilai Global Wall Coefficient antara -0,1 hingga -0,5 berkisar antara 0,12 mg/l – 2,20 mg/l. Residu klor yang kecil yaitu 1 mg/L terletak pada jarak 10-12 km dari reservoir, untuk nilai klor residual yang besar yaitu 1 mg/L terletak pada jarak 1-5 km dari reservoir. Hasil simulasi menunjukkan bahwa tidak semua kadar klorin pada jaringan pipa distribusi memenuhi syarat kualitas air minum. Hasil simulasi menunjukkan bahwa dosis dan jarak pipa berpengaruh terhadap sisa klorin yang diterima pelanggan.

Kata Kunci: disinfektan, jaringan distribusi, Perumda Air Minum Kota Padang, simulasi EPANET, sisa klor

1. Pendahuluan

Salah satu jenis desinfektan yang umum digunakan dalam penyediaan air minum adalah kaporit atau klorin. Dalam jumlah besar, klorida akan menyebabkan rasa asin serta terjadinya korosi pada perpipaan air panas [1]. Sebagai desinfektan, residu klorin dalam air perlu dipertahankan, tetapi dalam jumlah yang berlebih klorin ini dapat bereaksi dengan senyawa organik membentuk halogen-hidrokarbon (Cl-HC) yang bersifat karsinogenik [2].

Bentuk-bentuk disinfektan yang umum digunakan untuk desinfeksi air minum selain klorin dan senyawanya yaitu, hidrogen peroksida, ferrat, dan kalium permanganat [3]. Desinfeksi yang paling sering

(2)

Volume VIII, No.1, Januari 2023 Hal 4803 - 4810

4804

p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

digunakan adalah desinfeksi kaporit, karena disinfektan ini memiliki beberapa kelebihan dibanding disinfektan lainnya yaitu lebih murah, mudah didapat dan mudah digunakan [4].

Berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia No.736/Menkes/PER/VI/2010 tentang Tata Laksana Pengawasan Kualitas Air Minum [5][8] bahwa air minum harus memenuhi baku mutu yang telah ditetapkan yaitu berkisar 0,2 – 1,0 mg/l. Konsentrasi residu klorin di atas batas tersebut dapat berbahaya bagi kesehatan jika digunakan terus menerus.

Klorin berkontribusi secara signifikan terhadap kerusakan tubuh seperti gagal ginjal dan sirosis [6].

Kontak yang terlalu lama dengan air yang diklorinasi, baik dengan minum atau berenang, dapat menyebabkan kerusakan gigi, menyebabkan kalsifikasi dan kelemahan gigi. Terdapat bukti tentang hubungan antara kanker usus besar, kandung kemih dan rektum dengan air yang diklorinasi [6]. Beberapa faktor yang dapat mempengaruhi konsentrasi klor bebas yaitu kekasaran, panjang dan material pipa yang digunakan [7]. Selain itu, komponen yang ada dalam air seperti senyawa organik terlarut dapat mengurangi konsentrasi klor bebas. Penelitian Afrianita [8] melaporkan bahwa tidak terdapat sisa klor di jaringan pada jarak lebih dari 6 km. Oleh karena itu, pemberian sisa klor yang tepat diperlukan untuk menjamin kadar sisa klor dapat mencapai seluruh jaringan distribusi dan mencapai konsumen dengan kadar yang dibutuhkan [9].

Pada penelitian ini bertujuan untuk melakukan simulasi penyebaran sisa klor di jaringan distribusi air minum Wilayah Utara dengan sumber IPA Palukahan menggunakan EPANET. Diharapkan hasil penelitian ini dapat mengevaluasi pengaruh dosis klor yang diberikan di sumber terhadap jaringan distribusi dan dapat menjadi masukan bagi PDAM Kota Padang untuk meningkatkan kualitas air yang disalurkan ke pelanggan.

2. Metode Penelitian Lokasi Penelitian

Penelitian ini dilakukan pada jaringan distribusi Wilayah Utara Perumda Air Minum Kota Padang dengan sumber air dari IPA Palukahan. Wilayah pelayanan utara melayani pelanggan aktif sebanyak 43.981 SR dari total pelanggan Kota Padang sebesar 111.848 SR, dengan total produksi real 635 l/detik dan kapasitas terpasang 555 l/detik. Produksi Utara terdiri dari IPA Sungai Latung dengan reservoir Utara, IPA Guo Kuranji dengan reservoir Guo Kuranji, Sumur Bor 3A, IPA Taban, dan IPA Palukahan dengan reservoir Palukahan. Pengambilan sampel air untuk pemeriksaan kadar sisa klor dilakukan pada reservoir Palukahan yang berada pada elevasi 189 mdpl. Peta jaringan distribusi dapat dilihat pada Gambar 1.

Data Perpipaan

Data-data yang diperlukan untuk simulasi yaitu peta eksisting jaringan pipa Wilayah Utara Perumda Air Minum Kota Padang, jumlah pelanggan, data-data perpipaan mencakup panjang, diameter dan jenis pipa, serta data pemakaian air di reservoir. Jenis-jenis pipa yang digunakan dalam sistem transmisi dan distribusi air minum wilayah utara kota Padang terdiri dari beberapa jenis, yaitu pipa baja, ACP, GI, DCIP, PVC, dan pipa HDPE. Ukuran pipa induk berkisar 800 – 200 mm, ukuran pipa sekunder berkisar 150-80 mm dan pipa tersier berukuran 50 mm.

Analisis Pengukuran Konstanta Peluruhan Sisa Klor

Untuk menentukan konstanta peluruhan sisa klor dilakukan pengambilan sampel pada pipa outlet distribusi dari Reservoar IPA Palukahan. Sampel air ditampung menggunakan beaker glass plastik 100 mL.

Analisis sisa klor menggunakan metode DPD. Ke dalam 10 ml sampel air ditambahkan 1 sachet reagen klorin (indikator DPD). Sampel air kemudian dimasukkan ke dalam kuvet dan nilai absorbansi diukur dengan chlorine tester. Pemeriksaan dilakukan setiap satu jam sekali selama 6 jam.

Perhitungan Koefisien Bulk Reaction

Perhitungan koefisien bulk reaction dihitung berdasarkan data hasil pengukuran klor di lapangan yang bertujuan untuk mengetahui pengurangan konsentrasi sisa klor bebas di jaringan pipa distribusi pada waktu tertentu. Nilai konstanta bulk reaction pada jaringan distribusi dihitung dengan menggunakan persamaan 1.

C = C0 exp (-Kb.t)………(1) Keterangan:

C = konsentrasi klorin pada jarak tertentu (mg/l) Kb = konstanta penurunan klor C0= konsentrasi klorin pada t = 0 (mg/l) t = waktu (jam)

(3)

4805

Gambar 1. Peta jaringan distribusi wilayah utara sumber IPA Palukahan PDAM Kota Padang Sumber : PDAM Kota Padang (2021)

Simulasi Sisa Klor di Jaringan Distribusi

Evaluasi jaringan perpipaan distribusi wilayah Utara Perumda Air Minum Kota Padang dilakukan menggunakan EPANET. Sumber air pelayanan utara yang digunakan berasal dari IPA Palukahan yang telah dibubuhkan desinfektan kemudian dialirkan ke jaringan distribusi untuk dianalisis kadar klornya melalui simulasi. Hasil perhitungan EPANET kemudian dibandingkan dengan standar yang berlaku.

3. Hasil dan Pembahasan Analisis Peluruhan Klor

Hasil pengukuran untuk analisis peluruhan klor dilakukan dengan mengukur kadar klor setiap 1 jam selama 6 jam pada pipa outlet distribusi terdekat dari reservoir IPA Palukahan Padang yang dapat dilihat pada Tabel 1. Kadar klor berkisar antara 0,4 mg/L- 0,7 mg/L dengan nilai rata-rata yang didapatkan sebesar 0,5 mg/L. Data hasil pengukuran klor pada Tabel 1 digunakan untuk menentukan nilai konstanta bulk reaction pada jaringan distribusi dengan menggunakan persamaan 1 dan diperoleh nilai masing-masing parameter yang diperlihatkan pada Tabel 2.

Tabel 1. Hasil pengukuran sisa klor dengan Chlorine Tester

No. Waktu Pengukuran Klor (mg/L)

1. 09.13 0,7

2. 10.13 0,6

3. 11.13 0,6

4. 12.13 0,5

5. 13.13 0,5

6. 14.13 0,4

7. 15.13 0,4

Rata-rata 0,5

Sumber: Pengukuran di Reservoar IPA Palukahan, 2021 Tabel 2. Perhitungan koefisien penurunan klorin (Bulk Reaction)

t C0 (mg/l) C ln C/ C0 (ln C/ C0)/t

0 0,7 0,7

1 0,7 0,6 -0,154 -0,154

2 0,7 0,6 -0,154 -0,077

3 0,7 0,5 -0,336 -0,112

4 0,7 0,5 -0,336 -0,084

(4)

4806

p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

t C0 (mg/l) C ln C/ C0 (ln C/ C0)/t

5 0,7 0,4 -0,560 -0,112

6 0,7 0,4 -0,560 -0,093

Rata-rata -0,105

Sumber: Hasil perhitungan, 2021

Nilai C0 merupakan nilai awal kadar klor di outlet reservoir pada t = 0 yaitu 0,7 mg/l. Dari hasil perhitungan diperoleh nilai Global Bulk Coefficient sebesar -0,105/hari. Nilai ini dimasukkan ke EPANET, kemudian nilai Global Wall Coefficient disimulasikan dengan variasi -0,1 sampai -0,5 untuk melihat perbandingan hasil yang memenuhi persyaratan. Selanjutnya nilai Global Bulk Reaction Coefficient dan Global Wall Coefficient dimasukkan untuk melihat persentase pengurangan konsentrasi sisa klor di jaringan pipa distribusi selama pengaliran.

Hasil Simulasi Sisa Klor dengan EPANET

Simulasi sisa klor di jaringan distribusi Wilayah pelayanan Utara menggunakan aplikasi EPANET ini dibutuhkan data-data perpipaan dan data hasil pengukuran sisa klor di lapangan. Pada simulasi ini diperoleh nilai Global Bulk Coefficient -0,105, dimana angka ini mencerminkan tingkat di mana klorin akan meluruh selama reaksi dalam aliran massal dari waktu ke waktu. Nilai Global Wall Coefficient yang dimasukkan yaitu dari -0.1 sampai -0.5 untuk mensimulasi kadar klor di jaringan.

Dosis klorin yang dibubuhkan di reservoir IPA Palukahan yaitu sebesar 2,2 mg/L. Nilai tersebut merupakan nilai konsentrasi klorin awal yang masuk ke dalam jaringan secara kontinu. Simulasi sisa klor dengan nilai Global Wall Coefficient -0.1, 0.2, 0,3, 0,4, dan 0,5 diperlihatkan pada Gambar 2, Gambar 3, Gambar 4, Gambar 5, dan Gambar 6 berturut-turut . nilai -0.4b dapat dilihat pada Gambar 5, dan nilai -0.5 dapat dilihat pada Gambar 6. Hasil simulasi menunjukkan bahwa nilai sisa klor kecil dari 1 mg/L berada pada jarak berkisar 10 – 12 km dari reservoir, sedangkan untuk nilai sisa klor besar dari 1 mg/L berada pada jarak 1-5 km dari reservoir.

Persentase pengurangan sisa klor akibat Bulk Reaction dan Wall Reaction dapat dilihat pada Tabel 4. Bulk Reaction terjadi karena adanya pengurangan konsentrasi klor bebas akibat reaksi sisa klor dengan komponen yang ada di dalam air, sedangkan Wall Reaction terjadi akibat klor bebas bereaksi dengan komponen yang ada pada dinding pipa. Wall Reaction juga dipengaruhi oleh umur, kekasaran, diameter, dan material pipa, konsentrasi awal klorin [10] serta suhu air dan parameter kimia dan fisika-kimia air [11], [12]. Akibatnya, semakin panjang pipa yang dilewati oleh air kadar klorpun akan berkurang. Hal ini juga ditegaskan oleh beberapa penelitian lainnya bahwa sisa klor dipengaruhi oeh jarak distribusi [13]–[15].

Pipa yang digunakan di jaringan perpipaan memiliki umur, ukuran, jenis dan kekasaran yang berbeda-beda, sehingga mempengaruhi kadar sisa klor di dalam jaringan perpipaan. Material pipa yang digunakan di jaringan perpipaan utama terdiri dari pipa PVC, ACP, dan HDPE. Sedangkan, persentase Bulk Reaction dapat mengurangi konsentrasi klorin bebas karena residu klorin bereaksi dengan komponen yang ada di dalam air seperti senyawa organik terlarut senyawa nitrogen anorganik, besi, mangan, hidrogen sulfida maupun mikroorganisme [10], [16]. Adanya senyawa-senyawa ini dapat meningkatkan kebutuhan klorin, yang pada akhirnya dapat menurunkan kinerja desinfeksi.

Hasil simulasi dengan menggunakan dosis klor di reservoir sebesar 2,2 mg/L menghasilkan kadar sisa klor berkisar antara 0,13 mg/l – 2,20 mg/l di jaringan distribusi wilayah Utara. Kadar sisa klor 2,2 mg/L berada di titik terdekat reservoir, dimana reaksi peluruhan diperkirakan belum terjadi, sementara di titik terjauh distribusi kadar klor mencapai 0-0,13 mg/L pada jarak sekitar 12 km. Di lokasi terjauh kadar klor tidak memenuhi persyaratan kualitas air minum. Namun untuk mengetahui ketepatan simulasi diperlukan uji analisis lapangan, sehingga tingkat validasi hasil simulasi dibandingkan dengan pengukuran lapangan dapat diketahui dengan tepat. Untuk mendapatkan sisa klor yang tepat di daerah pelayanan dengan tidak meningkatkan dosis klor di sumber, dapat dilakukan dengan penambahan fasilitas re-klorinasi di kawasan tertentu agar sisa klor di titik kritis pelayanan dapat terpenuhi [17].

(5)

4807

Gambar 2. Simulasi sisa klor dengan nilai Global Wall Coefficient -0.1

(6)

4808

p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

(7)

4809

Tabel 3. Perbandingan hasil simulasi sisa klor Nilai Global Wall

Coefficient

Hasil Simulasi Sisa Klor

-0.1 0.56 – 2.20

-0.2 0.28 – 2.20

-0.3 0.16 – 2.20

-0.4 0.13 – 2.20

-0.5 0.12 – 2.20

Sumber: Simulasi sisa klor di EPANET Tabel 4. Persentase penurunan sisa klor Nilai Global

Wall Coefficient

Persentase Bulk Reaction

Persentase Wall Reaction

-0.1 6,09% 93,91%

-0.2 3,39% 96,61%

-0.3 2,42% 97,58%

-0.4 1,91% 98,09%

-0.5 1,60% 98,40%

Sumber: Simulasi sisa klor di EPANET 4. Kesimpulan

Hasil pengukuran kadar klor pada reservoir Palukahan yaitu berkisar 0,4-0,7 mg/l dan hasil simulasi pada jaringan pipa distribusi dengan nilai Global Bulk Reaction yaitu -0,105 dan nilai Global Wall Coefficient antara -0,1 hingga -0,5 yaitu berkisar 0,12 mg/l–2,20 mg/l. Dosis klor di awal sebesar 2,2 mg.L memberikan nilai sisa klor kecil dari 1 mg/L berada pada jarak berkisar 10 – 12 km dari reservoir, sedangkan untuk nilai sisa klor besar dari 1 mg/L berada pada jarak 1-5 km dari reservoir. Hasil pengukuran ini menunjukkan bahwa belum semua kadar klor pada jaringan pipa distribusi memenuhi persyaratan untuk kualitas air minum berdasarkan Permenkes RI No 736/Menkes/PER/VI/2010 tentang Tata Laksana Pengawasan Kualitas Air Minum yaitu 0,2-1,0 mg/L. Dosis awal yang diberikan menunjukkan kadar sisa klor di jaringan distribusi tidak memenuhi standar, sehingga perlu dilakukan simulasi kembali jika dosis klor awal ditambahkan. Simulasi yang dilakukan sebaiknya diiringi dengan pengukuran klor di beberapa

(8)

4810

p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

titik di jaringan distribusi sehingga dapat dibandingkan keakuratan simulasi dengan hasil pengukuran melalui uji Root Mean Square Error (RMSE), sehingga dapat diketahui kesesuaian data simulasi software EPANET dengan pengambilan data di lapangan.

5. Referensi

[1] W. Nugroho and S. Purwoto, “Removal Klorida, TDS dan Besi pada Air Payau melalui Penukar Ion dan Filtrasi Campuran Zeolit Aktif dengan Karbon Aktif,” J. Tek. Waktu, vol. 11, no. 01, pp. 47–

59, 2013.

[2] S. Tak and B. P. Vellanki, “Natural organic matter as precursor to disinfection byproducts and its removal using conventional and advanced processes: State of the art review,” J. Water Health, vol.

16, no. 5, pp. 681–703, 2018.

[3] P. F. Nguema and M. Jun, “Application of Ferrate (VI) as Disinfectant in Drinking Water Treatment Processes: A Review,” Int. J. Microbiol. Res., vol. 7, no. 2, pp. 53–62, 2016.

[4] Rosende, M., Miró, M., Salinas, A., Palerm, A., Laso, E., Frau, J., ... & Doménech-Sánchez, A.

(2020). Cost-effectiveness analysis of chlorine-based and alternative disinfection systems for pool waters. Journal of Environmental Engineering, 146(1), 04019094.

[5] Permenkes RI, “Tata Laksana Pengawasan Kualitas Air Minum,” Peraturan Menteri Kesehatan.

pp. 1–25, 2010.

[6] Y. Hameed, B. Mohammed, I. Al-Hilali, A. T. Kalaf, and İ. Gönderim, “Concentration of Residual Chlorine and Its Health Effects on The Drinking Water of The Kirkuk City,” Kafkas Univ. Inst. Nat.

Appl. Sci. J., vol. 1, no. 1, pp. 29–37, 2018.

[7] Y. Zhao, Y. J. Yang, Y. Shao, J. Neal, and T. Zhang, “The Dependence of Chlorine Decay and DBP Formation Kinetics on Pipe Flow Properties in Drinking Water Distribution,” Water research, 141, 32-45. 2019.

[8] R. Afrianita, P. S. Komala, and Y. Andriani, “Kajian Kadar Sisa Klor di Jaringan Distribusi Penyediaan Air Minum Rayon 8 PDAM Kota Padang,” Semin. Nas. Sains dan Teknol. Lingkung.

II, pp. 144–151, 2016.

[9] M. A. Al-Zahrani, “Optimizing Dosage and Location of Chlorine Injection in Water Supply Networks,” Arab. J. Sci. Eng., vol. 41, no. 10, pp. 4207–4215, 2016.

[10] A. O. Al-Jasser, “Chlorine decay in drinking-water transmission and distribution systems: Pipe service age effect,” Water Res., vol. 41, no. 2, pp. 387–396, 2007.

[11] A. Nouri, B. Shahmoradi, S. Dehestani-Athar, and A. Maleki, “Effect of temperature on pH, turbidity, and residual free chlorine in Sanandaj Water Distribution Network, Iran,” J Adv Env. Heal.

Res, vol. 3, no. 3, pp. 188–95, 2015.

[12] F. García-Ávila, C. Sánchez-Alvarracín, M. Cadme-Galabay, J. Conchado-Martínez, G. García- Mera, and C. Zhindón-Arévalo, “Relationship between chlorine decay and temperature in the drinking water,” MethodsX, vol. 7, 2020.

[13] M. Rasyad and R. Riduan, “Simulasi Sisa Klor Pada Jaringan Distribusi IPA II Pramuka PDAM Bandarmasih,” J. Tugas Akhir Mhs. Progr. Stud. Tek. Lingkung., vol. 4, no. 1, 2021.

[14] E. Sofia, R. Riduan, and C. Abdi, “Evaluasi Keberadaan Sisa Klor Bebas di Jaringan Distribusi IPA Sungai Lulut PDAM Bandarmasih,” Jukung (Jurnal Tek. Lingkungan), vol. 1, no. 1, 2016.

[15] A. Ijlal Ramadhan and N. Ratni J.A.R, “Analisa Keberadaan Sisa Klor Bebas Pada Jaringan Distribusi Pdam Kabupaten Bantul Dengan Epanet 2.0,” EnviroUS, vol. 1, no. 2, pp. 41–48, 2021.

[16] J. B. Vilmain, V. Courousse, P. F. Biard, M. Azizi, and A. Couvert, “Kinetic study of hydrogen sulfide absorption in aqueous chlorine solution,” Chem. Eng. Res. Des., vol. 92, no. 2, pp. 191–204, 2014.

[17] D. G. Yoo, S. M. Lee, H. M. Lee, Y. H. Choi, and J. H. Kim, “Optimizing re-chlorination injection points for water supply networks using harmony search algorithm,” Water (Switzerland), vol. 10, no. 5, 2018.