1
EFEKTIVITAS DIAMETER DAN JENIS MEDIA SILIKA, ZEOLIT, DAN KARBON AKTIF PADA PROSES FILTRASI DALAM MENURUNKAN KADAR Fe AIR SUMUR
MI MUHAMMADIYAH NGAWEN MUNTILAN
Bhekti Noor Fitriani*), Nurjazuli**), Budiyono**) *)
Mahasiswa Peminatan Kesehatan Lingkungan Fakultas Kesehatan Masyarakat Universitas Diponegoro Semarang,
**)
Dosen Fakultas Kesehatan Masyarakat Universitas Diponegoro Semarang Bagian Kesehatan Lingkungan, Fakultas Kesehatan Masyarakat,
Email: [email protected]
ABSTRACT
Well water is one of the source of raw water to meet the needs of clean water for communities. Prelimanary study of well water in the village Ngawen, showed 3 out of 6 water wells having Fe
not qualify according to regulation of The Ministry Health of Indonesia
No.416/Menkes/Per/IX/1990 is 1.0 mg/l. The highest Fe of well water are in MI Muhammadiyah Ngawen is 3.5 mg/l. One of the method for reducing Fe is filtration. The purpose of the study is to determine the effectiveness of the diameter and media type silica, zeolite and activated carbon in filtration process for reducing Fe in the village wells Ngawen Muntilan. Type of the study is experiment with factorial design. Statistical analysis use One Way ANOVA and independent t-test with a significance level of 95%. The results showed that the media diameter was 0.6 – 1.18 mm, silica effectiveness by 84.196%, zeolite at 86.207%, activated carbon at 93.104%, silica -zeolite at 89.224%, silica-carbon at 89.511% and -zeolite-carbon at 91.606%. The media diameter was 1.18 – 2.36 mm, the effectiveness silica at 81.057%, zeolite at 82.66%, activated carbon at 83.729%, silica-zeolite at 83.729%, silica-carbon at 83.017% and zeolite-carbon at 89.371%. The result of this research showed that there was the difference of average Fe on media 0.6 – 1.18 mm to average of F e on media 1.18 – 2.36 mm with p (0.004 < 0.05). The result of media filter had the most reducing Fe was activated carbon 0.6-1.18 mm.
Keywords : Filtration, Silica, Zeolite, Activated Carbon, Fe concentration, Well water, Diameter of media
Literature : 36, 1986-2013
PENDAHULUAN
Air merupakan kebutuhan pokok yang menjadi salah satu kebutuhan mendasar bagi kehidupan manusia. Air bersih yang memenuhi standar atau persyaratan kesehatan adalah air yang tidak berbau, berwarna dan berasa serta memenuhi baku mutu yang dipersyaratkan. Sebagian air baku untuk menyediakan air bersih diambil dari air tanah. Air tanah menjadi salah satu pilihan bagi masyarakat sebagai sumber air
baku. Namun demikian sering dijumpai sumber tanah yang banyak mengadung besi (Fe) dan mangan (Mn). Keberadaan unsur besi (Fe) dan mangan (Mn) dalam air tanah pada umumnya dipengaruhi oleh struktur pembentukan lapisan batuan yang berada di atasnya. 1
2 sampel air bersih didapatkan hasil bahwa dua dari enam sampel air yang diambil mengandung kadar besi di atas batas syarat yang telah ditetapkan oleh Permenkes RI No.416/Menkes/Per/IX/1990 tentang syarat-syarat dan pengawasan air yaitu 1 mg/l. Sampel air yang mengandung kadar besi tersebut berlokasi di Kecamatan Dukun yang berbatasan dengan Kecamatan Muntilan.
Dari data sekunder tersebut peneliti melakukan pengambilan sampel air sumur yang berlokasi di Desa Ngawen Kecamatan Muntilan. Sampel yang diambil sebanyak enam dengan lokasi sumur yang berbeda. Lokasi tersebut terdiri dari lima rumah warga dan satu tempat sekolah. Dari hasil uji Laboratorium yang dilakukan di Laboratorium Kesehatan UPTD Kota Magelang didapatkan hasil bahwa tiga dari enam sampel air sumur di Desa Ngawen mengandung kadar Fe lebih dari 1 mg/l dengan kadar Fe tertinggi yaitu 3,5 mg/l.
Adanya kandungan besi (Fe) pada air sumur yang melebihi persyaratan baku mutu memberikan dampak karena menimbulkan warna kecoklatan dan bau pada air yang dalam kesehariannya masih dimanfaatkan atau digunakan. Dengan adanya kandungan besi (Fe) air tersebut tidak bisa dimanfaatkan sebagai sumber air minum. Selain itu dengan adanya kandungan besi (Fe) dapat mengendap pada saluran perpipaan dan mengakibatkan clogging dan mengotori bak kamar mandi dan kloset. Untuk menyisihkan kandungan besi (Fe) maka perlu dilakukan suatu pengolahan.
Dalam penelitian ini kadar Fe akan diolah dengan menggunakan filtrasi upflow
menggunakan media silika, zeolit, karbon dan kombinasinya dengan diameter antara 0,6 mm – 1,18 mm dan 1,18 mm – 2,36 mm. Pemilihan proses tersebut dipilih berdasarkan besarnya konsentrasi zat besi serta kondisi air baku yang digunakan. Proses aerasi-filtrasi lebih dianjurkan untuk
pengolahan air dengan konsentrasi zat besi lebih besar dari 5 mg/l untuk menghemat biaya bahan kimia. Proses khlorinasi-filtrasi lebih disarankan untuk konsentrasi zat besi kurang dari 2 mg/l, sedangkan proses filtrasi penambahan kalium permanganat direkomendasikan untuk penghilangan zat besi dengan konsentrasi 0-3 mg/l.2 Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui perbedaan efektivitas antara jenis pasir dan diameter pasir terhadap penurunan kadar Fe air sumur di MI Muhammadiyah Ngawen.
METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode eksperimen dengan desain faktorial. Metode ini berfungsi untuk menjelaskan perbedaan variabel bebas jenis media berupa media silika, zeolit, karbon aktif dan kombinasinya dan diameter media dengan ukuran 0,6-1,18 mm dan 1,18-2,36 mm dengan variabel terikat penurunan kadar Fe air sumur. Sampel yang digunakan berupa air sumur MI Muhammadiyah Ngawen Muntilan. Agar sampel yang diambil dapat mewakili serta mengurangi terjadinya kesalahan dalam penelitian, maka dilakukan pengulangan. Jumlah pengulangan sebanyak 4 kali sehingga jumlah sampel yang diperiksa sebesar 48 botol dengan jumlah 500 ml setiap botolnya. Air yang dibutuhkan untuk satu kali pengulangan yaitu 100 liter. Jumlah air sumur untuk 4 kali pengulangan sebanyak 400 liter.
HASIL PENELITIAN
3 Tabel 1. Hasil Pengukuran Kadar Fe Air
Sumur Sebelum Diolah Waktu Kadar Besi (mg/l) 10 Juni 2014 1,74 16 Juni 2014 4,21
Sumber: Hasil Pengujian di Laboratorium Kesehatan Kota Magelang
Berdasarkan Tabel 1 maka dapat dilihat bahwa pada sampel air sumur sebelum perlakuan pada tanggal 10 Juni 2014 sebesar 1,74 mg/l dan pada tanggal 16 Juni 2014 sebesar 4,21 mg/l. Dari hasil pemeriksaan kadar Fe sebelum diolah diketahui bahwa kadar Fe masih berada di atas baku mutu yang ditetapkan oleh PermenkesNomor:416/MENKES/PER/IX/ 1990 sebesar 1,0 mg/l.
Berdasarkan hasil pemeriksaan secara laboratorium pada air sumur setelah perlakuan dengan media berdiameter 0,6-1,18 mm dapat dilihat pada tabel 2 berikut:
Tabel 2. Kadar Fe Air Sumur Setelah
Perlakuan pada Media Berdiameter 0,6-1,18 mm
Media Kadar Fe (mg/l)
Silika 0,275
Zeolit 0,240
Karbon Aktif 0,120
Silika-Zeolit 0,188
Silika-Karbon Aktif 0,183 Zeolit-Karbon Aktif 0,145 Sumber: Hasil Pengujian di Laboratorium
Kesehatan Kota Magelang
Berdasarkan tabel 2 dapat dilihat bahwa kadar Fe setelah perlakuan pada media berdiameter 0,6 – 1,18 mm sudah berada dibawah baku mutu yang ditetapkan Permenkes: Nomor:416/MENKES/PER/ IX/1990 sebesar 1,0 mg/l. Kadar Fe paling rendah adalah 0,120 mg/l yaitu pada air sumur yang diolah dengan media karbon aktif. Tabel 4.2 apabila dituangkan kedalam gambar maka akan dihasilkan sebagai berikut:
Gambar 1. Kadar Fe Air Sumur Sebelum dan Setelah Perlakuan pada Media Berdiameter 0,6-1,18 mm
Berdasarkan hasil pemeriksaan secara laboratorium di UPTD Laboratorium Kesehatan Kota Magelang pada sampel air sumur setelah perlakuan pada kelompok media dengan diameter media silika, zeolit, karbon aktif, silika – zeolit, silika – karbon aktif, dan zeolit – karbon aktif 1,18-2,36 mm dapat dilihat pada tabel 3 berikut:
Tabel 3. Kadar Fe Air Sumur Setelah Perlakuan pada Media Berdiameter 1,18-2,36 mm
Media Kadar Fe (mg/l)
Silika 0,798
Zeolit 0,730
Karbon Aktif 0,685
Silika-Zeolit 0,683
4 Sumber: Hasil Pengujian di Laboratorium
Kesehatan Kota Magelang
Berdasarkan Tabel 3 dapat dilihat bahwa kadar Fe setelah perlakuan pada media berdiameter 1,18 – 2,36 mm sudah berada di bawah baku mutu yang ditetapkan
Permenkes Nomor: 416/MENKES/PER/ IX/1990 sebesar 1,0 mg/l.
Kadar Fe paling rendah adalah 0,448 mg/l yaitu pada air sumur yang diolah dengan media zeolit - karbon aktif. Tabel 4.3 apabila ditungkan kedalam gambar maka akan dihasilkan sebagai berikut:
Gambar 2. Kadar Fe Air Sumur Sebelum dan Setelah Perlakuan pada Media Berdiameter 1,18-2,36 mm
Dari hasil perlakuan sebelum dan setelah filtrasi, didapatkan efektivitas penurunan kadar Fe. Hasil perhitungan efektivitas penurunan kadar Fe dapat dilihat pada Tabel 4 berikut:
Tabel 4. Efektivitas Media dan Diameter dalam Menurunkan Kadar Fe
Media D1 (%) D2 (%) Silika 84,196 81,057 Zeolit 86,207 82,660 Karbon Aktif 93,104 83,729 Silika-Zeolit 89,224 83,789 Silika-Karbon Aktif 89,511 83,017 Zeolit-Karbon Aktif 91,606 89,371 Keterangan:
D1 : Diameter 0,6 – 1,18 mm D2 : Diameter 1,18 – 2,36 mm
5
Gambar 3. Efektivitas Media dan Diameter dalam Menurunkan Kadar Fe
Ada atau tidaknya perbedaan perlakuan jenis media filtrasi dan diameter media terhadap penurunan kadar Fe air sumur dapat diketahui dari hasil analisis statistik. Setelah data diketahui berdistrubusi normal maka uji variansi yang digunakan adalah
One-way ANOVA. Penggunaan uji One
Way ANOVA digunakan untuk mengetahui perbedaan efektivitas jenis media terhadap penurunan kadar Fe pada masing-masing diameter media. Tingkat kepercayaan sebesar 95%. Pengambilan keputusan berdasarkan nilai probabilitas (p) jika p ≤ 0,05 maka Ho ditolak dan Ha diterima.
Hasil uji statistik One-way ANOVA pada media berdiameter 0,6-1,18 mm didapatkan nilai p (0,001<0,05) maka Ha diterima dan H0 ditolak atau ada perbedaan efektivitas kadar Fe air sumur terhadap jenis media pada media berdiamater 0,6-1,18 mm. Sedangkan pada media berdiameter 1,18-2,36 mm didapatkan nilai p (0,702> α=0,05) maka H0 diterima dan Ha ditolak atau tidak ada perbedaan efektivitas kadar Fe air sumur terhadap jenis media pada media berdiameter 1,18-2,36 mm. Untuk mengidentifikasi jenis media mana yang berbeda secara signifikan maka digunakan uji LSD yang merupakan kelanjutan dari uji ANOVA.3 Dalam hal ini pada media berdiameter 1,18-2,36 mm tidak ada perbedaan dalam menurunkan kadar Fe air
sumur, maka uji LSD hanya diberlakukan pada media 0,6-1,18 mm. Dari hasil uji LSD didapatkan nilai mean difference terbesar adalah pada media karbon aktif dengan nilai p = 0,040.
Analisis selanjutnya adalah independent - sampel t tes digunakan untuk mengetahui perbedaan nilai rata-rata satu kelompok dengan kelompok yang lain, dimana antara satu kelompok dengan kelompok lainnya tidak saling berhubungan.4 Hasil menunjukkan pada Levene’s test digunakan untuk menentukan apakah variansi kedua data sama atau tidak. Dari tabel tersebut didapatkan nilai p= 0,002 < 0,05 maka data memiliki varians yang berbeda. Apabila data berbeda maka menggunakan nilai pada baris
equal variance not assumed. Dengan nilai –t hitung -3,094 < -t tabel -2,011 dengan nilai p (0,004 < 0,05) maka Ha diterima, artinya bahwa ada perbedaan rata-rata kadar Fe pada diameter media 0,6-1,18 mm dengan rata-rata kadar Fe pada diameter media 1,18-2,36 mm.
PEMBAHASAN
hal-6 hal yang mempengaruhi kelarutan kadar Fe dalam air yaitu: dalam tanah dan membentuk Fe (HCO3)2 dimana semakin dalam air yang meresap ke dalam tanah semakin tinggi juga proses korosif sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air, pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan ferri, dimana bentuk.ferri akan mengendap dan tidak larut dalam air serta tidak dapat dilihat dengan mata sehingga mengakibatkan air menjadi berwarna, berbau dan berasa.
3. Suhu
Suhu adalah temperatur udara. Temperatur udara pada pagi dan siang berbeda, dimana temperatur siang hari lebih tinggi dibandingkan pada pagi hari. Temperatur yang tinggi menyebabkan menurunnya kadar O2 dalam air, kenaikan temperatur air juga dapat menguraikan derajat kelarutan mineral sehingga kelarutan Fe pada air tinggi.
4. Bakteri besi
Bakteri besi (Crenothrix, Lepothrix,
Galleanella, Sinderocapsa dan
Sphoerothylus ) adalah bakteri yang dapat mengambil unsur ber dari
sekeliling lingkungan hidupnya sehingga mengakibatkan turunnya kandungan besi dalam air, dalam aktifitasnya bakteri besi memerlukan oksigen dan besi sehingga bahan makanan dari bakteri besi tersebut. Hasil aktifitas bakteri besi tersebut menghasilkan presipitat (oksida besi) yang akan menyebabkan warna pada pakaian dan bangunan. Bakteri besi merupakan bakteri yang hidup dalam keadaan anaerob dan banyak terdapat dalam air yang mengandung mineral. Pertumbuhan bakteri akan menjadi lebih sempurna apabila air banyak mengandung CO2 dengan kadar yang cukup tinggi.
5. CO2 agresif
Karbondioksida (CO2) merupakan salah satu gas yang terdapat dalam air. Berdasarkan bentuk dari gas Karbondioksida di (CO2) dalam air, CO2 dibedakan menjadi : CO2 bebas yaitu CO2 yang larut dalam air, CO2 dalam kesetimbangan, CO2 agresif.
Proses filtrsi dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantaranya yaitu:
1. Debit Filtrasi
Adanya aliran yang terlalu cepat melewati ruang pori diantara butiran media akan menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butir media penyaring dengan air yang akan disaring sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi secara sempurna.5
2. Ketebalan dan Ukuran Media
7 kecilnya diameter butiran media filtrasi berpengaruh pada porositas, laju filtrasi, dan juga kemampuan daya saring, baik itu komposisisnya, proporsinya, maupun bentuk susunan dari diameter butiran media. Keadaan media yang terlalu kasar atau terlalu halus akan menimbulkan variasi dalam ukuran rongga antar butir. Ukuran pori sendiri menentukan besarnya tingkat porositas dan kemampuan menyaring partikel halus yang terdapat dalam air baku. Lubang pori yang terlalu besar akan meningkatkan rate dari filtrasi dan juga akan menyebabkan lolosnya partikel– partikel halus yang akan disaring. Sebaliknya lubang pori yang terlalu halus akan meningkatkan kemampuan menyaring partikel dan juga dapat menyebabkan clogging.5
3. Kualitas (kekeruhan) air baku
Kualitas (kekeruhan) air baku sangat mempengaruhi efisiensi filtrasi. Jika kekeruhan air baku terlalu tinggi maka diperlukan pengolahan awal terlebih dahulu.5
4. Temperatur air
Perubahan temperatur air yang difiltrasi akan menyebabkan perubahan densitas, viskositas absolut dan viskositas kinematis pada air. Perubahan temperatur secara tidak langsung akan menyebabkan perbedaan kehilangan tekanan selama proses filtrasi.5
5. pH
Apabila pH air rendah akan berakibat terjadinya proses korosif sehingga menyebabkan larutnya besi dan logam lainnya dalam air, pH yang rendah kurang dari 7 dapat melarutkan logam. Dalam keadaan pH rendah, besi yang ada dalam air berbentuk ferro dan ferri,
dimana bentuk ferri akan mengendap dan tidak larut dalam air dan tidak dapat dilihat dengan mata dan berakibat terjadinya warna pada air, air berbau dan adanya karat pada air.5
Rata-rata kadar Fe setelah perlakuan pada media berdiameter 0,6-1,18 mm dengan media silika adalah 0,275 mg/l, media zeolit 0,240 mg/l, media karbon aktif 0,120 mg/l, media silika-zeolit 0,188 mg/l, silika-karbon aktif 0,183 mg/l, dan media zeolit-karbon aktif adalah 0,145 mg/l. Sedangkan rata-rata kadar Fe setelah perlakuan pada media berdiameter 1,18-2,36 mm dengan media silika adalah 0,798 mg/l, media zeolit 0,730 mg/l, media karbon aktif 0,685 mg/l, media silika-zeolit 0,683 mg/l, silika-karbon aktif 0,715 mg/l, dan media zeolit-karbon aktif adalah 0,448 mg/l. Penurunan kadar Fe paling baik yaitu pada media karbon aktif dengan diameter 0,6-1,18 mm sebesar 93,104%.
Pada perlakuan dengan diameter media 0,6 – 1,18 mm memiliki efektivitas lebih baik dalam menurunkan kadar Fe dibandingkan dengan media berdiameter 1,18 – 2,36 mm. Hal ini terjadi karena luas permukaan atau rongga antar media pada media berdiameter kecil lebih besar dari pada media berdiameter besar sehingga partikel halus yang kontak dengan media berdiameter kecil lebih banyak dibandingkan dengan yang berdiameter besar. Lubang pori yang terlalu besar akan menyebabkan lolosnya partikel-partikel yang akan disaring.
Dari hasil perlakuan didapatkan bahwa kadar Fe pada masing-masing perlakuan sudah berada dibawah baku mutu yang ditetapkan oleh Permenkes RI Nomor 416/MENKES/PER/IX/1990 sebesar 1,0 mg/l sehingga aman untuk dijadikan sebagai air bersih.
8 menyebabkan adsorbat tertarik atau terikat pada molekul adsorben. Dalam hal ini pasir silika (SiO2) berfungsi sebagai adsorben dan ion Fe sebagai adsorbat, penghilang sifat fisik air seperti kekeruhan yang ditimbulkan akibat zat organik ataupun lumpur. 6 Media zeolit berfungsi sebagai penukar ion (ion exchange). Zeolit memiliki muatan negatif karena keberadaan atom alumunium (Al) di dalamnya. Muatan negatif inilah yang menyebabkan zeolit dapat mengikat kation-kation pada air seperti Fe yang umumnya terkandung pada air tanah.7 Media karbon aktif sebagai media adsorpsi dan absorpsi yang menyerap bahan-bahan tertentu. Dengan penyerapan tersebut air menjadi jernih karena zat-zat di dalamnya diikat oleh adsorben. Absorpsi sendiri merupakan proses dimana suatu partikel terperangkap kedalam suatu media dan seolah-olah menjadi bagaian dari keseluruhan media tersebut. Sedangkan adsorpsi adalah proses dimana suatu partikel terperangkap diantara media sehingga penyerapannya hanya terjadi di permukaan. Pada filtrasi dengan menggunakan media karbon aktif, bau dan rasa yang ditimbulkan oleh aktivitas organik hilang karena terabsorbsi ke dalam celah-celahnya sehingga hanya air dan ion-ion yang sangat renik yang melewati filter. Karbon aktif yang digunakan berbentuk granul atau GAC (granula activated carbon) atau bubuk yang berperan sebagai penyerap (adsorben), dimana karbon aktif mempunyai daya adsorpsi yang tinggi. Pada proses filtrasi media karbon aktif berfungsi sebagai adsorbsi bau, rasa, dan sisa khlor.8
KESIMPULAN
1. Kadar Fe air sumur sebelum diberi perlakuan rata-rata yaitu 2,975 mg/l. 2. Kadar Fe air sumur setelah filtrasi pada
ukuran 0,6-1,18 mm dengan media silika sebesar 0,275 mg/l, media zeolit 0,240
3. Persentase penurunan kadar Fe paling tinggi pada media berdiameter 0,6-1,18 mm adalah media karbon aktif sebesar sumur terhadap jenis media silika, zeolit, dan karbon aktif pada media berdiamater 0,6-1,18 mm, dengan nilai p (0,001<0,05)
6. Tidak ada perbedaan efektivitas kadar Fe air sumur terhadap jenis media silika, zeolit, dan karbon aktif pada media berdiameter 1,18-2,36 mm, dengan nilai p (0,702 >0,05).
SARAN
1. Bagi Masyarakat
9 2. Bagi Peneliti
Bagi peneliti selanjutnya yang akan melakukan pengolahan kadar Fe dengan filtrasi agar merancang alat filtrasi dengan kondisi tertutup sehingga tidak menyebabkan aerasi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Schulz CR, Okun DA. Surface Water
Treatment for Communities in
Developing Countries. Canada: John
Wiley & Sons Publication, 1984
2. Tri J. Unit Produksi dalam Sistem Penyediaan Air Minum. Yogyakarta: Graha Ilmu, 2010
3. Luknis S. Statistik Kesehatan. Jakarta: PT.Raja Grafindo Persada, 2010.
4. Handoko R. Statistik Kesehatan.Yogyakarta:Mitra Cendekia Press, 2007.
5. Hery S. Aplikasi Filtrasi Anaerobik Aliran Upflow Dalam Menurunkan Kadar BOD dan COD Limbah Cair Tapioka, 2010. Vol.10 Nomor 1. hal 1-59
6. Mary S. Studi Pengolahan Air Melalui Media Filter Pasir Kuarsa (Studi Kasus Sungai Malimpung) Vol VIII. hal 3, 2012.
7. Kusnaedi. Mengolah Air Kotor Untuk Air Minum. Jakarta: Penebar Swadaya, 2010
8. Asmadi. Teknologi P engolahan Air Minum. Yogyakarta: Penerbit Gosyen Publishing, 2011.
9. Handoko R. Statistik
Kesehatan.Yogyakart Cendekia Press, 2007.
10.Hery S. Aplikasi Filtrasi Anaerobik Aliran Upflow Dalam Menurunkan Kadar BOD dan COD Limbah Cair Tapioka, 2010. Vol.10 Nomor 1. hal 1-59
11.Mary S. Studi Pengolahan Air Melalui Media Kuarsa (Studi Kasus Sungai Malimpung) Vol VIII. 2012.
12.Kusnaedi. Mengolah Air Kotor Untuk Air Minum. Jakarta: Penebar Swadaya, 2010
13.Asmadi. Teknologi Pengolahan Air
