PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR
SIMULASI HIDRAULIKA SISA KLORIN PADA SISTEM DISTRIBUSI AIR MINUM
(STUDI KASUS: PERUMAHAN PT. PUSRI PALEMBANG)
M. Baitullah Al Amin1*
1Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
*baitullah@unsri.ac.id
Abstrak
Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan agar tetap higienis, dimana konsentrasi sisa klorin yang harus dipertahankan dalam sistem distribusi air minum adalah 0,2 - 5,0 mg/L. Konsentrasi sisa klorin ini dapat berkurang yang diakibatkan oleh laju kehilangan klorin yang dipengaruhi oleh perilaku hidraulika jaringan distribusi. Studi ini bertujuan melakukan simulasi hidraulika sisa klorin dengan mengambil studi kasus sistem distribusi air minum pada perumahan PT. Pusri Palembang. Pembangunan model sistem distribusi dilakukan menggunakan perangkat lunak EPANET 2.0, yang kemudian disimulasikan berdasarkan extended period simulation (EPS) selama 24 jam. Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi masih sangat memadai ditinjau dari segi penyediaan tekanan sisa. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di seluruh jaringan distribusi sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak. Hal ini menyebabkan waktu tinggal air menjadi sangat lama, sehingga konsentrasi sisa klorin yang memenuhi syarat tidak dapat terpenuhi. Perbaikan hidraulika dilakukan dengan melakukan pembesaran dan pengecilan diameter pipa dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan aliran dan kehilangan tekanan. Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika menunjukkan konsentrasi sisa klorin hampir di setiap node telah memenuhi syarat. Walaupun demikian, diperlukan penambahan booster klorin untuk menjaga konsentrasi sisa klorin agar tidak kurang dari 0,2 mg/L.
Kata Kunci: Sisa Klorin, Laju Kehilangan Klorin, Hidraulika Pipa, EPANET 2.0
LATAR BELAKANG
Air minum merupakan kebutuhan pokok bagi setiap manusia untuk dapat menjamin kelangsungan hidupnya. Pasal 1 ayat 2 dalam PP No. 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum (SPAM) menyebutkan bahwa air minum adalah air minum rumah tangga yang melalui proses pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum. Salah satu parameter kualitas air yang disyaratkan dalam air minum adalah klorin (chlorine). Konsentrasi sisa klorin sangat diperlukan dalam sistem distribusi air minum dan harus diatur agar tidak melampaui kisaran yang disyaratkan. Makalah ini memaparkan hasil studi tentang simulasi hidraulika sisa klorin dalam sistem distribusi air minum dengan studi kasus pada perumahan PT. Pusri Palembang. Fokus pemaparan adalah bagaimana mensimulasikan perilaku hidraulika dan sisa klorin, sehingga kriteria desain hidraulika dan persyaratan air minum dapat terpenuhi. Perangkat lunak EPANET 2.0 dipilih karena kemudahan dalam penggunaannya (Al Amin, 2011).
dikonsumsi. Sisa klorin (chlorine residual) minimal 0,2 mg/L diperlukan untuk memastikan bahwa organisme patogen tertentu telah mati atau dapat juga untuk mencegah hidupnya organisme patogen tertentu selama air berada di dalam jaringan pipa (McGhee, 1991).
Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air sangat bergantung pada laju kehilangan klorin(chlorine decay rate)dan waktu tinggal(water age)yang dipengaruhi oleh kondisi hidraulika dalam jaringan pipa. Laju kehilangan klorin dibedakan menjadi dua, yaitu bulk reactions dan pipe wall reactions(Rossman, 2000). Kehilangan klorin akibat bulk reactions dipengaruhi oleh temperatur air dan jumlah zat karbon organik reaktif yang terdapat dalam air, sedangkan kehilangan klorin akibat pipe wall reactions
dipengaruhi oleh material pipa atau material yang ada di dinding pipa, seperti korosi atau lapisan biologis
(biofilm) dan juga umur pipa (Mays, 1999; Rossman, 2000; Al-Jasser, 2011). Rossman (2000) memberikan kisaran nilaipipe wall reactions untukfirst order reactionyaitu 0 – 5 ft/hari (0 – 1,524 m/hari) tetapi dapat juga diabaikan (untuk pipa beton atau pipa plastik) atau bisa jadi sangat tinggi (khususnya pada lokasi dimana korosi sangat tinggi). Triatmadja,et. al. (2010) memberikan nilai bulk reactionsdan
pipe wall reactions(pipa plastik) masing-masingyaitu -1,68/hari dan -0,25 m/hari berdasarkan studi yang dilakukan pada zona air minum prima (ZAMP) PDAM Tirta Gemilang, Magelang.
METODOLOGI STUDI
Studi ini dilakukan dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem distribusi air minum yang ditinjau, yaitu sistem distribusi pada perumahan PT. Pusri Palembang (Gambar 1). Jenis simulasi yang dilakukan adalahextended period simulation (EPS), dimana analisis dilakukan berdasarkan fluktuasi kebutuhan air selama 24 jam. Parameter hidraulika yang disimulasikan antara lain debit dan kecepatan aliran, tinggi tekanan air, kehilangan tekanan, sedangkan parameter kualitas air yang disimulasikan adalah sisa klorin berikut laju kehilangannya akibatbulk reactionsdanpipe wall reactions. Perangkat lunak yang digunakan untuk membantu analisis adalah EPANET 2.0 yang merupakan perangkat lunak bersifatpublic domain.
Studi diawali dengan pengumpulan data primer melalui survei dan pengukuran di lapangan sehingga diperoleh data berupa volume pemakaian air harian pada meteran induk, dan luasan tiap rumah yang digunakan selanjutnya dalam analisis kebutuhan air. Data sekunder secara umum diperoleh dari Divisi Utilitas P.III PT. Pusri Palembang, diantaranya berupa peta sistem distribusi, jenis dan diameter pipa, panjang pipa, kapasitas pompa, dosis injeksi klorin, dan sebagainya. Data yang telah diperoleh kemudian diolah dan dimodelkan ke dalam EPANET 2.0 yang selanjutnya dilakukan simulasi terhadap parameter hidraulika dan kualitas air yang ditinjau.
Gambar 1. Lokasi penelitian (a), dan layout jaringan pipa distribusi (b)
a b
HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN
Layout Sistem Distribusi
Sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan sistem pompa, dimana penyediaan tekanan untuk pengaliran air sangat bergantung pada kapasitas pompa. Air minum yang telah diolah pada unit pengolahan air kemudian ditampung dalam reservoir yang selanjutnya dipompa langsung ke dalam jaringan distribusi air. Jaringan distribusi di atas tidak hanya ditujukan untuk penyediaan air bagi perumahan, tetapi juga untukdemin plant, yaitu unit pengolahan mineral. Sebagian besar kebutuhan air digunakan untuk penyediaan air bagidemin plant. Oleh karena itu, kedua besaran kebutuhan air tersebut disimulasikan untuk memperoleh gambaran pengaruhnya terhadap tekanan dalam jaringan distribusi di perumahan.
Representasi jaringan distribusi sesungguhnya di lapangan menggunakan EPANET 2.0 ditunjukkan oleh komponen link dannode. Komponen link menunjukkan kumpulan pipa-pipa yang terhubungkan secara bersama-sama pada ujungnya oleh komponennode. Air mengalir di sepanjang pipa dan memasuki atau meninggalkan sistem distribusi melalui node. Dalam EPANET 2.0,link juga merepresentasikan pompa dan katup, sedangkan node juga dapat merepresentasikan sambungan pipa (junction), reservoir, dan tangki (Rossman, 2000; Swamee dan Sharma, 2008).
Jaringan distribusi air minum secara keseluruhan menggunakan pipa HDPE(high density polyethylene)
yang memiliki keuntungan karena tahan terhadap korosi, ringan dan memiliki kekuatan yang tinggi, tahan terhadap retak, memiliki permukaan yang licin/halus, dan tahan terhadap kerusakan akibat gempa (Mays, 1999). Nilai kekasaran Hazen-WilliamsCHWuntuk pipa HDPE adalah 140 - 150 (ASCE, 1992 dalam Hyde, 2005; Lin, 2007), sehingga digunakan nilai kekasaran 145.Diameter pipa yang digunakan bervariasi mulai dari ukuran terkecil yaitu 1 inchi (25,4 mm) sampai dengan yang terbesar yaitu 6 inchi (152,4 mm) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2(a), sedangkan panjang pipa ditunjukkan dalam Gambar 2(b).
Pompa yang digunakan dalam sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan jenis pompa centrifugal. Kapasitas pompa diberikan dalam kurva pompa yang menunjukkan hubungan antara debit (flow) dengan tinggi tekanan (head) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Pompa tersebut mampu mengalirkan air dengan debit 50,47 m3/det dan tekanan 88,09 m.
Gambar 2. Diameter (a), dan panjang pipa (b) jaringan distribusi air minum perumahan PT. Pusri Palembang
Percabangan Demin Plant - Perumahan
(a) (b)
pipa node arah aliran
Keterangan: Keterangan:
Gambar 3. Kapasitas pompa distribusi
Jumlah dan Pola Kebutuhan Air
Jumlah kebutuhan air total rata-rata di komplek perumahan PT. Pusri Palembang berdasarkan hasil pengukuran aliran keluar di meteran induk selama 17 hari (1 – 17 April 2014) adalah 378,41 m3/hari
seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Jumlah sambungan rumah yang dilayani adalah sebanyak 274 sambungan rumah. Penetapan jumlah kebutuhan air tiap rumah/sambungan rumah ditetapkan berdasarkan metode luasan pekarangan rumah seperti yang dijelaskan dalam Mays (1999). Hal ini disebabkan karena pada tiap sambungan rumah tidak tersedia pencatatan pemakaian air. Besaran kebutuhan air untuk perumahan dengan kepadatan sedang (medium-density residential) adalah 2.610 galon/hari/acre atau sebesar 2,44 liter/hari/m2. Perhitungan kebutuhan air dilakukan dengan mengalikan
besaran kebutuhan air dengan jumlah sambungan rumah serta memperhatikan luasan pekarangan tiap sambungan rumah. Besaran kebutuhan air total dengan metode luasan adalah sebesar 387,22 m3/hari,
sedangkan kebutuhan air tiap sambungan rumah ditunjukkan pada Gambar 4. Kebutuhan air untukdemin plantadalah sebesar 55,27 liter/det yang diasumsikan konstan sepanjang waktu.
Tabel 1. Hasil pengamatan aliran keluar dari meteran induk ke perumahan selama 17 hari
No. Tanggal Vol. (m3) No. Tanggal Vol. (m3) No. Tanggal Vol. (m3)
1 1/7/2014 332 7 7/7/2014 565 13 13/7/2014 336
2 2/7/2014 244 8 8/7/2014 408 14 14/7/2014 368
3 3/7/2014 216 9 9//7/2014 328 15 15/7/2014 336
4 4/7/2014 408 10 10/7/2014 360 16 16/7/2014 296
5 5/7/2014 540 11 11/7/2014 396 17 17/7/2014 352
6 6/7/2014 564 12 12/7/2014 384
Σ Volume = 6.433 m3
Gambar 4. Jumlah kebutuhan air pada sambungan rumah
Pola kebutuhan air perumahan dibutuhkan untuk mengamati perilaku hidraulika jaringan distribusi akibat variasi pemakaian air terutama pada saat jam-jam puncak. Pola kebutuhan air ini ditetapkan berdasarkan pola kebutuhan air yang diusulkan oleh Trifunović (2006) seperti yang diberikan dalam Tabel 2 dan Gambar 5. Hal ini dilakukan mengingat belum tersedianya pola pemakaian air yang baku khususnya untuk perumahan di Indonesia, sehingga digunakan pola pemakaian air tipikal. Pada Gambar 5 tersebut, pola kebutuhan air perumahan memiliki dua jam puncak yang ditunjukkan oleh koefisien kebutuhan air tertinggi, yaitu pada jam 9:00 (1,61) dan jam 19:00 (1,40). Kebutuhan air terendah yaitu pada jam 4:00 (0,27). Program EPANET 2.0 mensimulasikan kedua jam puncak tersebut menjadi jam 08:00 dan 18:00, sedangkan jam terendah menjadi 03:00, karena awal perhitungannya dimulai pada jam 00:00.
Tabel 2. Koefisien kebutuhan air tiap jam (diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Jam Koefisien Jam Koefisien
1 0,57 13 1,30
2 0,40 14 1,17
3 0,31 15 1,08
4 0,27 16 1,04
5 0,33 17 1,08
6 0,37 18 1,16
7 0,71 19 1,40
8 1,41 20 1,37
9 1,61 21 1,17
10 1,47 22 1,02
11 1,43 23 1,10
12 1,37 24 0,92
Gambar 5. Pola kebutuhan air minum perumahan(diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Simulasi Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Analisis hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan dengan melakukan simulasi terhadap model yang dibangun menggunakan EPANET 2.0. Jenis simulasi yang dilakukan adalahextended-period simulation (EPS)dengan waktu simulasi selama 24 jam, tahapan perhitungan dan pelaporan hidraulika tiap 1 jam, sedangkan tahapan perhitungan kualitas air tiap 5 menit, serta formula kehilangan tekanan Hazen-Williams (H-W) seperti yang ditunjukkan Gambar 6. Seluruh pipa ditetapkan terbuka penuh(full opened)
dan faktor kehilangan tekanan sekunder akibat belokan, katup, sambungan, pelebaran-penyempitan pipa, dan sebagainya diabaikan karena kehilangan tekanan akibat gesekan lebih dominan (Triatmodjo, 2003).
Gambar 6. Pilihan simulasi hidraulika dan pengaturan waktu simulasi EPS
Gambar 7. Tekanan di setiap node pada jam 08.00 (a),dan kehilangan tekanan pada jam 08.00 (b)
Kehilangan tekanan yang sangat kecil tersebut dapat terjadi karena jenis pipa yang digunakan adalah pipa HDPE yang memiliki permukaan halus/licin sehingga faktor gesekan sangat kecil. Disamping itu, diameter pipa relatif besar dibandingkan dengan debit yang dialirkan sehingga secara signifikan memperkecil laju kehilangan tekanan di sepanjang jaringan distribusi.Kehilangan tekanan tertinggi sebelum percabangan demin plant – perumahan adalah sebesar 58,51 m/km, sedangkan kehilangan tekanan tertinggi setelah percabangan hanya sebesar 0,94 m/km. Hal ini menunjukkan bahwa diameter pipa distribusi terlalu besar (boros) sehingga jaringan distribusi menjadi tidak efisien. Selain itu, diameter pipa yang terlalu besar juga dapat menyebabkan kecepatan aliran terlalu lambat sehingga berpotensi menyebabkan terjadinya aliran laminer yang seharusnya dihindari untuk mencegah terjadinya sedimentasi dan waktu tinggal (water age) yang terlalu lama di dalam jaringan. Kecepatan aliran di setiap pipa seharusnya lebih dari 0,6 m/det. Debit berikut arah aliran dan kecepatan aliran dalam jaringan distribusi masing-masing ditunjukkan dalam Gambar 8(a) dan 8(b). Gambar 8(b) menunjukkan bahwa kecepatan aliran hampir di seluruh jaringan pipa kurang dari 0,30 m/det. Hal ini merupakan kondisi yang tidak ideal mengingat kecepatan yang disyaratkan seharusnya lebih dari 0,6 m/det.
Gambar 8. Debit di setiap pipa pada jam 08.00 (a), dan kecepatan aliran pada jam 08.00 (b)
(a) (b)
(a) (b)
Keterangan: pipa node arah aliran
Keterangan: pipa node arah aliran
Keterangan: pipa node arah aliran
Perbaikan Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Perbaikan hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan berdasarkan kriteria perancangan (design criteria) jaringan pipa. Beberapa parameter/kriteria perancangan yang umumnya digunakan dalam perancangan jaringan pipa yang efisien dan ekonomis, yaitu kecepatan aliran, tekanan, ukuran pipa, kehilangan tekanan, masa layan, kebutuhan air rata-rata.
a. Kecepatan aliran
Kecepatan aliran seharusnya tidak kurang dari 0,6 m/det untuk mencegah terjadinya sedimentasi dalam jaringan, dan tidak lebih dari 3 m/det untuk mencegah erosi dinding pipa dan kehilangan tekanan yang tinggi. Trifunović (2006) memberikan rentang standar untuk kecepatan aliran sebagai berikut:
1. ± 1,0 m/det dalam sistem distribusi
2. ± 1,5 m/det dalam pipa transport
3. 1 – 2 m/det dalam stasiun pompa.
Nilai kecepatan aliran dalam jaringan distribusi umumnya diambil 1 – 1,5 m/det.
b. Tekanan
Tekanan air dalam sistem distribusi air minum perkotaan berkisar antara 150 kPa – 300 kPa untuk pemukiman/perumahan dengan bangunan berlantai empat atau kurang, dan 400 – 500 kPa untuk wilayah komersial. Untuk pemadaman kebakaran, tekanan air seharusnya tidak kurang dari 150 kPa (15 m). Secara umum untuk setiap titik dalam jaringan distribusi seharusnya tidak kurang dari 25 m dan tidak lebih dari 70 m.
c. Ukuran Pipa
Ukuran pipa untuk jaringan penyediaan air bersih domestik dapat menggunakan pipa berdiameter 4 inchi, sedangkan untuk penyediaan air komunitas kecil dapat menggunakan pipa berdiameter 2 – 3 inchi. Diameter pipa utama untuk jaringan distribusi umumnya tidak kurang dari 6 inchi.
d. Kehilangan Tekanan
Besaran kehilangan tekanan yang menjadi kriteria perancangan sistem distribusi adalah (Trifunović, 2006):
1. 5 – 10 m/km, untuk diameter pipa kecil
2. 2 – 5 m/km, untuk diameter pipa menengah
3. 1 – 2 m/km, untuk pipa berukuran besar.
Nilai optimum kehilangan tekanan berkisar 1 – 4 m/km, dan tidak lebih dari 10 m/km.
Perancangan perbaikan hidraulika jaringan pipa untuk memperoleh jaringan distribusi yang efisien ditetapkan dengan usaha penggantian diameter pipa eksisting dengan diameter pipa yang baru (Al Amin, 2012a; Al Amin, 2012b). Penetapan ukuran diameter pipa yang digunakan adalah berdasarkan kriteria kecepatan aliran optimum, kehilangan tekanan maksimal yang diijinkan, tekanan yang disyaratkan, dan ketersediaan pipa komersial. Walaupun demikian, tidak semua diameter pipa diperlukan penggantian diameter, terutama pada pipa utama/induk dengan pertimbangan penyediaan tekanan yang cukup apabila terjadi penambahan kebutuhan di masa yang akan datang.
Tabel 3. Rancangan penggantian diameter pipa setelah percabangan dan hasilnya
Trial Skenario Hasil Perbaikan Hidraulika pada Jam 08.00
1 - ø 6 inchiø 4 inchi
- ø 4 inchiø 3 inchi - ø 2,5 inchiø 1,5 inchi
- Kecepatan aliran maks = 0,9 m/det Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 7,9 m/km Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,25 m
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 32,45 m/km Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m Tekanan min = 47,9 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria perancangan belum terpenuhi, sehingga perlu perbaikan kembali. Sebagian pipa induk memiliki kehilangan tekanan yang cukup besar.
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 131,15 m/km Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m Tekanan min = 29,6 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria perancangan (kecepatan aliran) sebagian besar telah terpenuhi, namun dengan konsekuensi terjadi kehilangan tekanan yang cukup besar. Jaringan perlu dilakukan perbaikan kembali.
Gambar 9. Zonasi jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang
Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona 1 berdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,25 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 10,89 m/km dan kecepatan aliran tertinggi 0,51 m/det. Pada Zona 2, perbaikan hidraulikaberdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 2 inchi, diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi, dan diameter pipa 3 inchi dengan diameter 4 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 12,54 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,95 m/det. Untuk Zona 3, perbaikan hidraulika berdasarkan skenario 3 juga dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,5 inchi, diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 2 inchi, dan diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi. Kehilangan tekanan terbesar adalah 13,88 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,78 m/det. Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona 4 berdasarkan skenario 3 dilakukan dengan memperkecil diameter pipa 2 inchi dengan diameter 1,5 inchi dan 1 inchi, dan diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 1 inchi dan 3/4 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 16,73 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,56 m/det. Perbaikan hidraulika terakhir dilakukan terhadap pipa induk sebelum percabangan, dimana kehilangan tekanan yang terjadi cukup besar, yaitu 59,62 m/km. Oleh karena itu, diperlukan penggantian pipa dengan diameter yang lebih besar. Diameter pipa 6 inchi kemudian diganti dengan diameter 8 inchi, sehingga kehilangan tekanan yang terjadi adalah sebesar 14,68 m/km. Hasil perbaikan hidraulika ditunjukkan dalam Gambar 10 dan 11. Pada Gambar 11(a) ditunjukkan bahwa kecepatan aliran di sebagian jaringan pipa masih belum memenuhi kriteria perancangan, sedangkan Gambar 11 (b) menunjukkan bahwa kehilangan tekanan di sebagian besar jaringan pipa telah memenuhi kriteria. Meskipun demikian, kondisi ini dianggap sudah cukup baik mengingat proses optimasi yang harus dilakukan secara manual.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Eksisting
Konsentrasi sisa klorin yang disyaratkan dalam sistem distribusi air minum adalah 0,2 –5,0 mg/L. Kekurangan sisa klorin menyebabkan tidak terjaminnya kualitas air minum dari kontaminasi oleh bakteri patogen, sedangkan kelebihan sisa klorin dapat memberikan efek samping terhadap kualitas air minum yang dikonsumsi, diantaranya seperti air minum yang bau bahkan perasaan mual, muntah, dan gangguan pencernaan bagi yang mengonsumsinya. Dampak lain dari kelebihan sisa klorin adalah potensi senyawa hasil sampingan yang disebut Trihalomethane (THM) yang bersifat karsinogenik (pemicu kanker). Oleh karena itu, penetapan dosis klorin yang diberikan dalam sistem distribusi memperhatikan konsentrasi sisa
Zona 1
Zona 2
Gambar 10. Diameter pipa (a), dan debit aliran (b) hasil perbaikan akhir hidraulika jaringan distribusi
Gambar 11. Kecepatan aliran (a), dan kehilangan tekanan (b) hasil perbaikan akhir hidraulika jaringan distribusi
Kehilangan klorin(chlorine decay)sangat dipengaruhi oleh reaksi klorin dengan zat-zat yang terdapat di dalam air yang disebut sebagai bulk reactions, reaksinya dengan dinding (material) pipa yang disebut sebagaipipe wall reactions, dan waktu tinggal air di dalam jaringan pipa(water age). Waktu tinggal air di dalam jaringan pipa sangat bergantung pada kecepatan aliran. Semakin cepat kecepatan aliran, maka waktu tinggal menjadi semakin singkat, sebaliknya semakin lambat kecepatan aliran, maka waktu tinggal menjadi semakin lama.
Hasil simulasi hidraulika jaringan distribusi eksisting menunjukkan bahwa kecepatan aliran dalam jaringan pipa sangat lambat dan tidak memenuhi kriteria perancangan. Oleh karena itu, waktu tinggal air dalam jaringan pipa menjadi sangat lama. Jika waktu tinggal sangat lama, maka dosis optimum yang diberikan di stasiun injeksi klorin (misalnya di reservoir) menjadi tidak efektif sehingga membutuhkan stasiun injeksi klorin lagi yang disebut sebagai booster klorin (chlorine booster) di beberapa lokasi dalam jaringan distribusi. Walaupun demikian, karena waktu tinggal yang terlampau lama, maka jumlah booster klorin
(a) (b)
(a) (b)
pipa node arah aliran Keterangan:
pipa node arah aliran Keterangan:
Keterangan: pipa node arah aliran Keterangan:
yang dibutuhkan akan sangat banyak yang berakibat pembubuhan klorin yang tidak efisien dan biaya operasional yang terlalu mahal. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dilakukan di dalam studi ini. Simulasi tersebut hanya akan dilakukan pada jaringan distribusi yang telah diperbaiki perilaku hidraulikanya.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Setelah Perbaikan Hidraulika
Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika dilakukan dengan terlebih dahulu menetapkan dosis klorin yang diberikan pada titik yang paling hulu, yaitu pada reservoir. Dosis klorin maksimal yang diberikan adalah 5,0 mg/L. Koefisien laju kehilangan klorin akibatbulk reactionsdanpipe wall reactionsdigunakan berdasarkan nilai yang diberikan oleh Triatmadja,et. al.(2010). Konsentrasi sisa klorin dalam jaringan distribusi setelah pembubuhan klorin sebesar 5,0 mg/L di reservoir ditunjukkan dalam Gambar 12(a). Konsentrasi sisa klorin yang tidak memenuhi syarat (kurang dari 0,2 mg/L) dapat diamati menggunakan fasilitasQueryyang tersedia dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar 12(b).
Gambar 12(b) menunjukkan bahwa konsentrasi sisa klorin pada sebagian besarnodedi Zona 4 adalah kurang dari 0,2 mg/L. Hal ini disebabkan karena lokasi Zona 4 yang relatif jauh dibandingkan dengan
nodepada zona lainnya. Selain itu, waktu tinggal yang juga cukup lama menyebabkan laju kehilangan klorin yang cukup besar di Zona 4 tersebut. Waktu tinggal terlama yaitu 10,81 jam. Gambar 13(a) dan 13(b) masing-masing menunjukkan waktu tinggal dan laju kehilangan klorin dalam jaringan distribusi. Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi syarat juga terlihat pada beberapa node di zona lainnya. Hal ini disebabkan karenanode tersebut berupa titik ujung dari pipa (dead end), sehingga tidak memiliki nilai kebutuhan air. Oleh karena itu, EPANET 2.0 mensimulasikan pipa kenodetersebut dengan menganggap tidak terjadi aliran yang menyebabkan tidak tersedianya konsentrasi sisa klorin (0,0 mg/L).
Perbaikan konsentrasi sisa klorin pada Zona 4 dapat dilakukan dengan menempatkan booster klorin
(chlorine booster) yang berfungsi sebagai titik injeksi tambahan sehingga konsentrasi sisa klorin pada zona tersebut dapat memenuhi syarat.
Sisa klorin < 0,2 mg/L
(a) (b)
Keterangan: pipa node arah aliran
Gambar 12. Konsentrasi sisa klorin di tiapnode(a), dannodeyang sisa klorinnya kurang dari 0,2 mg/L
Gambar 13. Waktu tinggal (a), dan laju kehilangan klorin (b) dalam jaringan distribusi
Simulasi Sisa Klorin dengan Penambahan Booster Klorin
Penempatan booster klorin dilakukan dengan meninjau konsentrasi sisa klorin di setiapnode dan arah aliran pipa pada Zona 4. Pemberian dosis klorin direncanakan untuk dilakukan secara konstan. Hal ini bertujuan untuk memudahkan dalam hal pengoperasian booster klorin. Walaupun demikian, penggunaan klorin dapat menjadi boros dan tidak efisien jika pada suatu waktu dosis yang dibutuhkan tidak sebanyak pada saat pemakaian puncak. Penetapan dosis yang diberikan dilakukan secaratrial and error sampai diperoleh konsentrasi sisa klorin telah memenuhi syarat. Gambar 14 menunjukkan penempatan booster klorin padanodeJ-205 dan dosis yang diberikan sebesar 2,5 mg/L secara konstan sehingga konsentrasi sisa klorin pada Zona 4 telah memenuhi syarat ≥ 0,2 mg/L.
Gambar 14. Penempatan booster klorin dan dosis pembubuhannya pada Zona 4
(a) (b)
Keterangan: pipa node arah aliran
Keterangan: pipa node arah aliran
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Kapasitas sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang masih sangat memenuhi dari segi penyediaan tekanan sisa dalam jaringan. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di seluruh jaringan pipa sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak.
2. Perbaikan hidraulika jaringan pipa dilakukan dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan aliran dan kehilangan tekanan dalam jaringan pipa dilakukan melalui pembesaran maupun pengecilan diameter pipa eksisting.
3. Optimasi parameter hidraulika, diantaranya tinggi tekanan, kecepatan aliran, kehilangan tinggi tekanan dalam EPANET 2.0 harus dilakukan secara manual dengan metodetrial and errorsehingga menjadi kesulitan tersendiri bagi user. Hal ini disebabkan karena EPANET 2.0 tidak menyediakan fasilitas optimasi dalam analisisnya.
4. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dapat dilakukan dengan pertimbangan
water ageyang terlalu lama, sehingga menyebabkan penggunaan booster klorin menjadi tidak efisien dan terlampau boros.
5. Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi persyaratan dilakukan dengan pemberian dosis sebesar 5,0 mg/L pada reservoir dan penambahan booster klorin pada Zona 4. Dosis pembubuhan pada klorin booster tersebut adalah 2,5 mg/L yang diberikan secara konstan.
Rekomendasi
Beberapa saran yang dapat penulis usulkan diantaranya adalah:
1. Perlu adanya studi khusus mengenai pola pemakaian air untuk perumahan.
2. Perlu dilakukan kalibrasi parameter hidraulika sebelum simulasi sisa klorin. Disamping itu, kalibrasi sisa klorin juga diperlukan untuk mengetahui laju kehilangan klorin yang berlaku pada suatu sistem distribusi air minum.
3. Penggunaan perangkat lunak lain yang sejenis, namun berbayar (misalnya WaterGEMS) dapat digunakan untuk optimasi parameter hidraulika yang tidak disediakan oleh EPANET 2.0.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada Lembaga Penelitian Universitas Sriwijaya yang telah mendanai studi ini, dan kepada segenap pimpinan serta staf PT. Pusri Palembang yang telah mengijinkan dan membantu dalam perolehan data.
REFERENSI
Al Amin, M.B., 2011.Komputasi Analisis Hidraulika Jaringan Pipa Air Minum, disajikan pada Seminar Nasional Kebumian 2011, 8 – 9 Desember 2011, Yogyakarta.
Al Amin, M.B., 2012a.Analisis Perbaikan Hidraulika Jaringan Pipa PDAM Lematang Enim untuk Peningkatan Pelayanan Distribusi Air Bersih di Kota Muara Enim, Jurnal Rekayasa Sriwijaya, Vol. 21(3): 6 – 13 ISSN 0852-5366.
Al Amin, M.B., 2012b.Mengatasi Kehilangan Energi Primer yang Berlebihan pada Jaringan Pipa Distribusi
Air Menggunakan Model Komputer WaterGEMS, disajikan pada Seminar Nasional AVoER ke-4, 28 –
29 November 2012, Palembang.
Anonim, 2005.Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air Minum,Jakarta.
Anonim, 2010.Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum,Jakarta.
Castro, P. dan Neves, M., 2003.Chlorine Decay in Water Distribution Systems Case Study – Lousada Network,Electric Journal of Environmental, Agricultural, and Food Chemistry (EJEAFChe), Vol. 2(2): 261-266, ISSN 1579-4377.
Hyde, N., 2005.Computer Modeling of Water Distribution Systems, Manual of Water Supply Practices – M32, Second Edition,American Water Works Association, Denver.
Lin, S.H., 2007.Water and Wastewater Calculations Manual, Second Edition,McGrawHill Book Co., New York.
Mays, L.W., 1999.Water Distribution Systems Handbook, McGraw-Hill Book Co., New York.
McGhee, T.J., 1991.Water Supply and Sewerage, Sixth Edition, McGrawHill Book Co., New York.
Mutoti, G.,et. al., 2007.Combined Chlorine Dissipation: Pipe Material, Water Quality, and Hydraulic Effect, American Water Works Journal: 96 – 106.
Ramadhan, A., 2014.Analisis Hidrolika Sistem Jaringan Distribusi Air Minum di Komplek Perumahan PT. Pusri Palembang Menggunakan EPANET 2.0, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Palembang (tidak dipublikasikan).
Rossman, L.A., 2000.EPANET 2User Manual, EPA/600/R-00/057,National Risk Management Research Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH.
Sarbatly, R.HJ. dan Krishnaiah, D., 2007.Free Chlorine Residual Content within the Drinking Water Distribution System, International Journal of Physical Sciences,Vol. 2(8): 196-201.
Swamee, P.K., dan Sharma, A.K., 2008.Design of Water Supply Pipe Networks, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey.
The American Water Works Association, Inc., 1971.Water Quality and Treatment,A Handbook of Public Water Supplies, Third Edition, McGraw-Hill Book Co., New York.
Triatmadja, R., Al Amin, M.B., Kamulyan, B., 2010.Numerical Simulation of Water Quality in A Pipe Network, disajikan pada The First Makassar International Conference on Civil Engineering (MICCE2010), 9 – 10 Maret 2010, Makassar.
Triatmodjo, B., 2003.Hidraulika II,Edisi Ketiga, Beta Offset, Yogyakarta.
Trifunovi
ć
, N., 2006.Introduction to Urban Water Distribution,UNESCO-IHE Lecture Note Series,Taylor and Francis, London.Walski, T.M.,et. al.,Advance Water Distribution Modeling and Management, Bentley Institute Press.
