1
PENGARUH ROUGHING FILTER DAN SLOW SAND FILTER
DALAM PENGOLAHAN AIR MINUM DENGAN AIR BAKU DARI
INTAKE KARANG PILANG TERHADAP PARAMETER FISIK
INFLUENCE OF ROUGHING FILTER AND SLOW SAND FILTER
IN DRINKING WATER TREATMENT WITH RAW WATER
FROM KARANGPILANG INTAKE OBSERVED BY PHISICAL
PARAMETER
Nurina Fitriani1) dan Wahyono Hadi2) Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS
1)
email : nurina_fitriani@yahoo.com
2)
email : wahyonohadi@yahoo.com
Abstrak
Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Karangpilang masih menerapkan sistem konvensional dan masih menggunakan koagulan sehingga pengolahan air menjadi semakin mahal maka dibutuhkan suatu pengolahan yang efektif, efisien, murah, dan layak diterapkan.
Penelitian ini menggunakan unit Roughing Filter (RF), Prasedimentasi, Slow Sand Filter (SSF), dan Rapid Sand Filter (RSF). Variasi filtration rate yang digunakan adalah 0,125 m3/m2.jam; 0,25m3/m2.jam; dan 0,5 m3/m2.jam. Nilai kekeruhan dan warna ditentukan dari tiap-tiap unit yang digunakan dan dari berbagai variabel filtration rate yang diberikan,serta menentukan pengaruh filtration rate terhadap pola pencucian unit RF dan SSF.
Rangkaian unit RF dan SSF paling efektif menurunkan nilai kekeruhan dan warna adalah. Filtration rate paling efektif adalah 0,25 m3/m2.jam. Semakin tinggi filtration rate maka semakin sering periode pencucian. Penggunaan unit RF dan SSF dapat mengurangi penggunaan bahan kimia sehingga dapat menghemat biaya pengolahan.
2
Abstract
Drinking Water Company District at Karangpilang still use conventional system and chemicals so the treatment
become too expensive therefore the effective, effisient, low cost, and reasonable treatment are needed.
This experiment use Roughing Filter (RF), Prasedimentasi, Slow Sand Filter (SSF), and Rapid Sand Filter (RSF). Filtration rate variety that use are 0,125 m3/m2.hour, 0,25 m3/m2.hour, and 0,5 m3/m2.hour. Turbidity and colour was determined by each unit that used and various filtration rate that be given, and to determine the pattern of washing RF and SSF units.
The series of RF and SSF are the most effective to decrease turbidity and colour. The most effective filtration rate to decrease the tubidity and colour at RF and SSF is 0,25 m3/m2.hour. So high the filtration rate so washing periode is more often each units. Raw water treatment can decrease chemicals so it can saver treatment cost.
Key words : Colour, Roughing Filter, Slow Sand Filter, Turbidity
1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Karangpilang masih menggunakan alternatif pengolahan dengan menerapkan sistem konvensional, sehingga memerlukan unit pengolahan seperti unit prasedimentasi, flashmix (pengaduk cepat), slow mix (pengaduk lambat), dan sedimentasi. Dalam pengolahan air baku masih menggunakan bahan kimia seperti koagulan (Al2(SO4)3.14H2O) untuk menurunkan kekeruhan. Saat musim hujan, kekeruhan air baku mencapai
1000 NTU, hal ini menyebabkan kebutuhan koagulan semakin banyak dan pengolahan air menjadi semakin mahal.
Air baku yang digunakan untuk penelitian ini berasal dari bak aerasi PDAM Karangpilang I, air baku dialirkan menuju unit yang sudah direncanakan. Unit terdiri dari Prasedimentasi, Roughing
3
Uji turbiditas merupakan penelitian pendahuluan yang dilakukan di Laboratorium PDAM Karangpilang pada tanggal 28 Juli 2009 – 31 Juli 2009. Hasil penelitian didapatkan bahwa nilai kekeruhan untuk unit prasedimentasi berkisar 17,5%, RF berkisar 43,4%, RSF berkisar 96,3%, dan SSF berkisar 99,5%. Unit SSF memiliki efektifitas removal untuk kekeruhan yang besar maka penelitian ini mengarah pada penelitian dengan menggunakan unit SSF yang dirangkaikan dengan unit RF.
1.2 Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, dapat disusun beberapa permasalahan sebagai berikut :
1. Berapa nilai kekeruhan dan warna yang dapat diturunkan oleh tiap-tiap unit unit.
2. Berapa nilai kekeruhan dan warna yang dapat diturunkan dari berbagai variabel filtration
rate yang diberikan.
3. Bagaimana pengaruh filtration rate terhadap pola pencucian pada unit RF dan SSF.
4. Bagaimana pengaruh RF dan SSF terhadap pengolahan air baku.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menentukan kemampuan efisiensi penurunan nilai kekeruhan dan warna terhadap unit prasedimentasi, RF, RSF, dan SSF.
2. Mengetahui pengaruh perubahan filtration rate terhadap nilai kekeruhan dan warna.
3. Menentukan periode pencucian terhadap unit RF, RSF, dan SSF.
4 1.4 Teori
Roughing Filter
RF merupakan pengolahan pendahuluan untuk menurunkan kekeruhan air di mana air melewati bak dengan media yang kasar seperti kerikil atau gerabah. RF ini sudah dipakai lebih dari 25 negara di antaranya Argentina, Bolivia, Madagaskar, Ghana, India, Australia, dan sebagainya. RF kebanyakan digunakan sebagai pengolahan pendahuluan untuk menghilangkan partikel dalam jumlah besar dan lebih sulit untuk menafsirkan peningkatan efisiensi dari pengolahan berikutnya seperti filter lambat (Levine, et all., 1985). Filter pasir lambat mengandung media dengan diameter 0,15 – 0,35 mm sementara RF menggunakan media dengan ukuran lebih besar dari 2,0 mm. Ketika mengolah air dengan turbiditas yang tinggi, keuntungan SSF adalah memiliki efisiensi yang tinggi dalam menghilangkan turbiditas dengan konsekuensi lebih sering terjadi clogging. Untuk meminimalisasi frekuensi pembersihan RF dan memperlama masa operasi RF, turbiditas rata-rata air baku sebaiknya antara 20 – 150 NTU (Okun dan Schlutz, 1996).
RF sangat effektif digunakan sebagai pengolahan air untuk menurunkan partikel koloid tanpa penambahan bahan kimia.
Adanya partikel dengan ukuran yang kecil pada air baku, terjadi pengendapan dan pelekatan pada media, tidak menggunakan penyaringan secara mekanikal, jadi proses filtrasi utama hanya terjadi di RF (Okun&Schultz, 1984). Bagaimanapun adanya media menurunkan jarak pengendapan dan membuat partikel menempel sehingga membuat media licin karena terbentuknya biofilm pada permukaan media
Penghilangkan padatan yang tersuspensi dibutuhkan aliran yang laminer (Galvis et all, 2006). Biofilm yang terbentuk pada permukaan media atau yang berada di dalam pori media
5
menahan padatan yang tersuspensi karena gaya Van Der Waals dan gaya listrik antar partikel (Wegelin, 1996).
Slow Sand Filter
Filter pasir lambat digunakan untuk menghilangkan alga dan kekeruhan dari air permukaan. Air dengan kekeruhan yang tinggi, dibutuhkan pengolahan pendahuluan menggunakan rapid
gravity filter atau microstrainer untuk menjaga kinerja filter pasir lambat. Filter pasir lambat
menghilangkan sangat sedikit warna nyata, karena itu merupakan sebagian besar zat terlarut dan sifat dasar dari air baku (Ainsworth et al,1997).
Filter lambat mampu mengolah air dengan kekeruhan sampai 100 – 200 mg/l untuk beberapa hari, 50 mg/l merupakan ukuran kekeruhan maksimum untuk pengolahan dengan waktu yang lama, dan penyaringan terbaik terjadi bila kekeruhan rata – rata 10 mg/l atau kurang(Huisman, 1974).
Permukaan pasir, terdapat lumpur tipis yang menutupi pasir, dan terdapat banyak zat organik, yang dikenal sebagai schmutzdecke, atau filter skin, yang akan dilewati air sebelum air melewati media. Schmutzdecke terdiri dari alga yang berbentuk untaian benang dan berbagi mikroorganisme lainnya termasuk plankton, diatoms, protozoa, rotifera, dan bakteri(Huisman, 1974). Alga – alga yang mati dan bakteri yang hidup pada air baku akan mengisi schmutzdecke ini, dan terjadi proses inorganik yang sederhana sehingga terbentuk garam. Pada waktu yang sama senyawa nitrogen akan pecah dan nitrogen teroksidasi. Beberapa warna hilang dan banyak dari partikel yang tersuspensi tersaring.
Setelah melewati schmutzdecke, air mengalir ke filter melewati ruang antar butiran pasir, proses ini membutuhkan waktu beberapa jam.
Sifat filter lambat yang paling penting adalah proses adsorbsi, peristiwa ini diakibatkan oleh gaya listrik, ikatan kimia. Adsorpsi hampir terjadi pada semua bagian permukaan media.
6 2. METODOLOGI
Penelitian pendahuluan ini bertujuan untuk mengetahui kondisi aliran inlet yang konstan dan mampu menyuplai unit dengan filtration rate dari 0.125 m3/m2.jam; 0.25 m3/m2.jam; dan 0.5 m3/m2.jam. Hasil analisa turbiditas yang dilakukan dapat diketahui kapan unit RF dan SSF harus dilakukan pencucian.
Rangkaian unit penelitian ini menggunakan sistem yang kontinyu, dimana penelitian ini dilakukan secara 3 tahap yakni untuk variabel filtration rate 0,125 m3/m2.jam; 0,25 m3/m2.jam, dan 0,5 m3/m2.jam masing-masing variabel dilaksanakan selama 7 hari.
Selanjutnya dilakukan Analisa data dan pembahasan dilakukan terhadap data yang diperoleh dari hasil analisa yang meliputi data penurunan nilai kekeruhan dan warna serta parameter yang mempengaruhi.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada unit RF, media-media yang terdapat pada RF memiliki pori yang nantinya akan terisi oleh partikel-partikel tersuspensi penyebab warna. Apabila rongga-rongga dalam media RF telah terisi dengan partikel tersuspensi penyebab warna maka lubang pori pun akan menyempit sehingga partikel yang lebih halus dapat tertahan. Mikroorganisme yang mulai tumbuh pada permukaan media juga ikut berperan dalam menurunkan penyebab kekeruhan dan warna yang tersuspensi.
Proses fisik yang terjadi pada removal warna oleh SSF adalah mechanical streaning dan proses sedimentasi terjadi dalam SSF ini, dimana pada proses mechanical streaning bahan pencemar dan zat-zat ponyebab warna lain yang berupa partikel berukuran besar tersisihkan dan tersaring pada rongga antar butiran media pasir yang ukurannya lebih kecil daripada ukuran partikel bahan pencemar. Proses sedimentasi terjadi apabila partikel bahan pencemar yang lolos pada proses
7
kecil daripada partikel bahan pencemar dan partikel penyebab warna, sehingga terjadi penyisihan konsentrasi warna pada air sampel yang melewati filter.
Adanya mikroorganisme telah tumbuh pada butiran media sehingga ikut berperan dalam menurunkan warna dalam air meskipun lapisan schmutzdecke belum terbentuk(Hamdani, 2005).
Apabila schmutzdecke sudah terbentuk maka adanya lapisan schmutzdecke yang terdapat di permukaan media membantu proses filtras maupun adsorbsi media pasir yang ada di bawahnya.
Rangkaian Unit Penelitian Variasi Filtration Rate 0,125 m3/m2.jam
INLET
PRASEDIMENTASI
ROUGHING FILTER
SLOW SAND FILTER RAPID SAND FILTER 35,36%
96,777% 81,249% 53,55%
Gambar 3.1 Efisiensi penurunan nilai kekeruhan untuk variasi 0,125 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
Pada variasi ini effisiensi penurunan nilai kekeruhan pada unit prasedimentasi sebesar 35,36%, unit RF sebesar 53,55%, unit RSF sebesar 81,249% dan unit SSF sebesar 96,777% sedangkan penurunan konsentrasi warna pada unit prasedimentasi sebessar 10,59%, unit RF sebesar 15,06%, unit RSF sebesar 2,876%, dan unit SSF sebesar 8,174%.
Efisiensi SSF lebih besar dibandingkan dengan RSF dikarenakan keseragaman bentuk media pada filter lambat mengakibatkan hampir semua partikel tersusupensi penyebab warna menyentuh media sehingga partikel tersebut mengisi rongga-rongga dalam media filter yang masih kosong.
8
INLET
PRASEDIMENTASI
ROUGHING FILTER
SLOW SAND FILTER RAPID SAND FILTER 10,59%
8,174% 2,876% 15,06%
Gambar 3.2 Efisiensi penurunan konsentrasi warna untuk variasi laju 0,125 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
Rangkaian Unit Penelitian Variasi Filtration Rate 0,25 m3
/m2.jam
INLET
PRASEDIMENTASI
ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER
42,30%
96,299% 57,81%
Gambar 3.3 Efisiensi penurunan nilai kekeruhan untuk variasi laju 0,25 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
Pada RF tidak hanya terjadi proses pengendapan tetapi juga proses filtrasi karena terdapat media yang berupa kerikil.
Pada variasi ini effisiensi penurunan nilai kekeruhan pada unit prasedimentasi sebesar 42,30%, unit RF sebesar 57,81% dan unit SSF sebesar 96,299% sedangkan penurunan konsentrasi warna pada unit prasedimentasi sebessar 7,004%, unit RF sebesar 12,674% dan unit SSF sebesar 8,970%.
9
Pada penelitian ini pencucian unit RF terhadap variasi laju 0,25 m3/m2.jam dilakukan 2 kali selama 7 hari. Setelah dilakukan pencucian maka efisiensi kinerja RF pada awalnya menurun karena rongga-rongga dalam media filter masih kosong sehingga partikel yang paling halus akan mudah keluar dan tidak tertahan oleh media filter kemudian semakin naik seiring dengan terisinya rongga-rongga dalam media filter dengan parikel-partikel penyebab kekeruhan sehingga partikel-partikel yang lebih halus pun dapat tertahan dan diendapkan oleh media, selain itu mikroorganisme mulai tumbuh pada butiran media sehingga ikut berperan dalam menurunkan kekeruhan dalam air.
INLET
PRASEDIMENTASI
ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER
7,004%
8,970% 12,674%
Gambar 3.4 Efisiensi penurunan konsentrasi warna untuk variasi laju 0,25 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
Rangkaian Unit Penelitian Variasi Filtration Rate 0,5 m3
/m2.jam
INLET
ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER 96,086% 45,46%
Gambar 3.5 Efisiensi penurunan nilai kekeruhan untuk variasi laju 0,5 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
10
Pada variasi ini effisiensi penurunan nilai kekeruhan pada unit RF sebesar 45,46% dan unit SSF sebesar 96,088% sedangkan penurunan konsentrasi warna pada unit RF sebesar 17,786% dan unit SSF sebesar 5,475%.
Pada penelitian ini pencucian unit RF terhadap variasi laju 0,5 m3/m2.jam dilakukan 2 kali selama 7 hari. Setelah dilakukan pencucian maka efisiensi kinerja RF pada awalnya menurun karena rongga-rongga dalam media filter masih kosong sehingga partikel yang paling halus akan mudah keluar dan tidak tertahan oleh media filter kemudian semakin naik seiring dengan terisinya rongga-rongga dalam media filter dengan parikel-partikel penyebab kekeruhan sehingga partikel-partikel yang lebih halus pun dapat tertahan dan diendapkan oleh media, selain itu mikroorganisme mulai tumbuh pada butiran media sehingga ikut berperan dalam menurunkan kekeruhan dalam air (Hamdani, 2005).
INLET
ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER
5,475% 17,786%
Gambar 3.6 Efisiensi penurunan konsentrasi warna untuk variasi laju 0,5 m3/m2.jam pada rangkaian unit penelitian
Hubungan Antara Variasi Penelitian dengan Rata-Rata Efisiensi penurunan Parameter Secara Total
Tabel 3.1 Rata-rata efisiensi penurunan parameter tiap variasi
parameter variasi 1 variasi 2 variasi 3
RF SSF RF SSF RF SSF
Kekeruhan 53,55 % 96,78 % 57,81 % 96,30 % 45,46 % 96,09 %
Warna 8,17 % 8,17 % 12,67 % 8,97 % 17,79 % 5,48 %
11
Gambar 3.7 Rata-rata effisensi penurunan parameter pada tiap variasi
Data-data tersebut menunjukkan bahwa rata-rata efisiensi penurunan Kekeruhan untuk variasi 1,2, dan 3 berturut-turut untuk RF adalah 53,55%; 57,81%; dan 45,46%, sedangkan untuk SSF berturut-turut adalah 96,78%; 96,30%; dan 96,09%.
Hubungan antara variasi dalam penelitian ini dengan efisiensi penurunan warna dapat dilihat pada tabel 4.27 dan gambar 4.40. Data-data tersebut menunjukkan bahwa rata-rata efisiensi untuk penurunan warna untuk variasi 1,2, dan 3 berturut-turut untuk RF adalah 15,062%; 12,67%; dan 17,79%, sedangkan untuk SSF berturut-turut adalah 8,17%; 8,97%; dan 5,48%.
Berdasarkan data di atas dapat diketahui bahwa efisiensi penurunan parameter dalam penelitian ini yakni Kekeruhan dan Warna yang paling besar adalah pada variasi 2 yaitu dengan menggunakan filtration rate sebesar 0,25 m3/m2.jam.
4. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil dari hasil analisa dan pembahasan dalam penelitian ini adalah :
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 RF SSF RF SSF RF SSF
variasi 1 variasi 2 variasi 3
Ef fi si e n si ( % ) Parameter
Rata - rata efisiensi penurunan parameter pada tiap variasi
Kekeruhan Warna
12
1. Pada penelitian ini disimpulkan bahwa penurunan nilai kekeruhan dan konsentrasi warna efisien dilakukan oleh unit SSF dengan pengolahan pendahuluan menggunakan unit RF.
2. Penurunan nilai kekeruhan dan konsentrasi warna paling efektif pada unit RF dan SSF terdapat pada variasi filtration rate 0,25 m3/m2.jam.
3. Telah dibuktikan bahwa semakin besar filtration rate maka semakin sering pula periode pencucian tiap unit
4. Pengolahan air baku dengan menggunakan RF dan SSF dapat mengurangi penggunaan bahan kimia sehingga dapat menghemat biaya pengolahan.
DAFTAR KEPUSTAKAAN
Ainsworth et al (1997). Water Treatment Processes and Practices. T Hall (Editor). WRC Swinden.
Fitriani, N (2010). Pengaruh Roughing Filter Dan Slow Sand Filter Dalam Pengolahan Air Minum
Dengan Air Baku Dari Intake Karang Pilang Terhadap Parameter Fisik. Tugas Akhir Jurusan
Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya.
Galvis C. G (1999). Development and Evaluation of Multistage Filtration Plants: an Innovative,
Robust and Efficient Water Treatment Technology. Centre for Environmental Health Engineering
(CEHE).
Huisman, L and Wood, W.E (1974). Slow Sand Filtration.WHO.
Levine et al. 1985 in Lasleben, Tamar Rachelle (2008). Pilot Study of Horizontal Roughing Filter in
Northern Ghana as Pretreatment or Highly Turbid Dugout Water.Rice University.
Schulz, C.R. and Okun, D.A (1984). Surface Water Treatment for Communities in Developing
13
Wegelin, 1996 in Lasleben, Tamar Rachelle. 2008. Pilot Study of Horizontal Roughing Filter in
Northern Ghana as Pretreatment or Highly Turbid Dugout Water. Massuchessets : Rice University.
Hamdani, R.M. (2005). Studi Penurunan Nilai Permanganat (PV), Kekeruhan dan Coliform
terhadap Air PDAM dengan Menggunakan Reaktor Komunal Upflow Slow Sand Filter Media Tunggal.Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya.
