Studi Penurunan Besi (Fe) dan Mangan (Mn) Dengan Menggunakan
Cascade Aerator Dan Rapid Sand Filter Pada Air Sumur Gali
Study Of Removal Iron (Fe) And Manganese (Mn) Using Cascade Aerator
And Rapid Sand Filter For Dug Wells Water
Winda Kartina Sari dan Nieke Karnaningroem
Jurusan Teknik Lingkungan, Kampus ITS Sukolilo Surabaya.
Email: saya_winda@yahoo.co.id
Abstrak
Air tanah mengalami kontak dengan berbagai macam material yang terdapat di dalam bumi. Sehingga pada umumnya air tanah mengandung kation dan anion terlarut dan beberapa senyawa organik. Ion – ion yang sering ditemui pada air tanah adalah Besi (Fe) dan Mangan (Mn). Di Surabaya, dijumpai bahwa beberapa sumur gali tercemar oleh Fe dan Mn, oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan untuk meremoval Fe dan Mn pada air sumur gali dengan menggunakan cascade aerator dan rapid sand filter.
Variabel yang digunakan adalah konsentrasi Fe dan Mn serta variabel penggunaan mangan zeolit pada tiap step cascade aerator. Pada penelitian ini digunakan sampel buatan dengan variasi konsentrasi 1 mg/L; 3mg/L; 5 mg/L serta air sumur gali dengan konsentrasi Fe 1,16 mg/L dan Mn 2,00 mg/L.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, removal Fe dan Mn paling tinggi pada cascade aerator 39,4% untuk Fe dan 40,1% untuk Mn pada 3 mg/L sampel buatan menggunakan mangan zeolit. Sedangkan untuk removal tertinggi sistem keseluruhan (cascade-filter) 93,2% untuk Fe dan 97,1% untuk Mn pada 5 mg/L sampel buatan menggunakan mangan zeolit. Kemudian, untuk air sumur gali 91,1% untuk Fe dan 93,5% untuk Mn dengan menggunakan mangan zeolit.
K
Kaattaakkuunnccii::CCaassccaaddeeAAeerraattoorr,,FFiillttrraassii,,AAiirrSSuummuurr,,BBeessii,,MMaannggaann,, MMaannggaannZZeeoolliitt
Abstrac
Ground water contacts with various kinds of materials contained within the earth. Generally, the ground water contains dissolved cations and anions and some organic compounds. Ions are often found in ground water is Iron (Fe) and manganese (Mn). In Surabaya, some dug wells contain Fe and Mn, therefore this study is focused on removing Fe and Mn in dug wells water using cascade aerator dan rapid sand filter.
The variable of this study are the concentration of Fe and Mn and using mangan zeolit in cascade aerator. The artificial water were 1mg/L; 3 mg/L; 5 mg/L, while the dug well water were 1,16 mg/L (Fe) and 2 mg/L (Mn)
Based on this study, the highest removal of cascade aerator were the Fe of 39,4% and the Mn of 40,1% in 3 mg/L artificial water by using mangan zeolit. While the highest removal of cascade aerator – filter were the Fe 93,2% and the Mn 97,1% in 5 mg/L artificial water by using mangan zeolit. Then, for dug wells water were the Fe of 91,1% and the Mn 93,5% by using mangan zeolit
1. Pendahuluan
Air tanah mengalami kontak dengan berbagai macam material yang terdapat di dalam bumi.
Sehingga pada umumnya air tanah mengandung kation dan anion terlarut dan beberapa senyawa
anorgnik. Ion-ion yang sering ditemui pada air tanah adalah besi dan mangan. Keberadaan zat besi
dan mangan di dalam sistem penyediaan air minum domestik telah menjadi masalah yang serius
sejak lama karena pada umumnya berada dalam keadaan bervalensi dua.
Adanya kandungan Besi (Fe) dan Mangan (Mn) dalam air menyebabkan warna air tersebut
berubah menjadi kuning-coklat setelah beberapa saat kontak dengan udara. Disamping
menimbulkan gangguan kesehatan juga menimbulkan bau yang kurang enak dan menyababkan
warna kuning pada dinding bak kamar mandi serta bercak-bercak kuning pada pakaian. Oleh karena
itu, menurut Permenkes No 907 tahun 2002, kadar Fe dalam air minum maksimum yang
diperbolehkan adalah 0,3 mg/Lt dan kadar Mn dalam air minum yang diperbolehkan adalah 0,1
mg/Lt.
Untuk menanggulangi masalah tersebut, perlu dipikirkan teknologi apa yang dapat mereduksi
kadar Besi (Fe) dan Mangan (Mn) dalam air sumur gali sehingga dapat sesuai dengan standart yang
berlaku. Penerapan teknologi pengolahan air yang sesuai dengan kondisi sumber air baku, kondisi
sosial, budaya, ekonomi dan SDM setempat. Dilihat dari kondisi yang ada dan penelitian yang telah
dilakukan oleh Sudiati, (2000) bahwa penggunaan cascade aerator dan rapid sand filter dapat
menjadi salah satu alternatifnya. Hasil penelitian sebelumnya didapatkan bahwa cascade aerator 12
step mampu menyerap oksigen sebesar 1,02 – 0,81 mg/L dengan efisiensi penurunan kadar besi
sebesar 1,705 – 2,83 %, sedangkan untuk cascade aerator dengan 7 step dapat menyerap oksigen
sebesar 0,61 – 0,41 mg/L dengan efisiensi penurunan kadar besi sebesar 0,512 – 0,862% yang
kemudian hal ini didukung dengan adanya penggunaan filter dimana kadar besi dapat diturunkan
2. Tinjauan Pustaka
Air tanah adalah air yang berada di bawah permukaan tanah di dalam zona jenuh dimana
tekanan hidrostatiknya sama atau lebih besar dari tekanan atmosfer (Suyono,1993). Air tanah
terbagi atas air tanah dangkal dan air tanah dalam. Air tanah dangkal, terjadi karena adanya daya
proses peresapan air dari permukaan tanah. Air tanah dangkal ini pada kedalaman 15,0 m sebagai
sumur air minum, air dangkal ini ditinjau dari segi kualitas agak baik, segi kuantitas kurang cukup
dan tergantung pada musim. Air tanah dalam, terdapat setelah lapis rapat air yang pertama.
Pengambilan air tanah dalam, tak semudah pada air tanah dangkal karena harus digunakan bor dan
memasukkan pipa kedalamannya sehingga dalam suatu kedalaman biasanya antara 100-300 m.
Air tanah mengalami kontak dengan berbagai macam material yang terdapat di dalam bumi.
Sehingga pada umumnya air tanah mengandung kation dan anion terlarut dan beberapa senyawa
anorganik seperti silika (SiO2). Ion-ion yang biasanya terkandung dalam air tanah meliputi kalsium,
besi, magnesium, natrium, kalium, klorida. Sedangkan gas-gas terlarut meliputi nitrogen, karbon
dioksida, metana, oksigen, dan hidrogen sulfida (Fetter, 1999)
Pada umumnya besi dalam air dapat bersifat:
1. Terlarut sebagai Fe2+ (Ferro) atau Fe3+ (Ferri).
2. Tersuspensi sebagai butir koloidal (diameter < 1μm) atau yang lebih besar seperti
Fe2O3, FeO, Fe(OH)3,dan sebagainya.
3. Tergabung dengan zat organik atau zat padat yang inorganik seperti tanah liat.
Pada air permukaan jarang ditemui kadar Fe lebih besar dari 1mg/Liter, tetapi dalam air
tanah kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Konsentrasi Fe yang tinggi ini dapat dirasakan dan dapat
menodai kain, perkakas dapur, dan alat sanitair.
Kehadiran mangan dalam air tanah bersamaan dengan besi yang berasal dari tanah dan
bebatuan. Mangan dalam air berbentuk mangan bikarbonat (Mn(HCO3)2), mangan klorida (MnCl2)
Dengan cascade aerators dapat meningkatkan waktu kontak dan perbandingan antara
volume dan area yang diperoleh, dengan membiarkan air mengalir ke bawah di atas suatu rangkaian
antara dinding-dinding. Dengan adanya cascade aerator yang membantu memberi supply udara,
maka terjadi reaksi antara Fe dn Mn dengan Oksigen yang nantinya akan membentuk
partikulat-partikulat yang akan dipisahkan oleh unit filter.
) ( )
( 3 )
( 2 2
) ( 2
8 ) ( 4 10
4Fe + aq +O + H Ol → Fe OH S + H+aq
2Mn2+ + O2 + 2H2O→2MnO2 + 4H +
Mangan zeolit adalah (green sand) atau zeolit sintetis yang permukaannya dilapisi oleh
mangan oksida tinggi yang secara umum rumus molekulnya adalah (K2Z.MnO.Mn2O7). Mangan
zeolit berfungsi sebagai katalis dan pada waktu yang bersamaan besi dan mangan yang ada dalam
air teroksidasi menjadi bentuk ferrioksida dan mangan dioksida yang tak larut dalam air. Reaksinya
adalah sebagai berikut :
K2Z.MnO.Mn2O7 + 4 Fe(HCO3)2 ====> K2Z + 3 MnO2 + 2 Fe2O3 + 8 CO2 + 4 H2O
K2Z.MnO.Mn2O7 + 2 Mn(HCO3)2 ===> K2Z + 5 MnO2 + 4 CO2 + 2H2O
Reaksi penghilangan besi dan mangan dengan menggunakan mangan zeolit merupakan
reaksi dari Fe2+ dan Mn2+ dengan oksida mangan tinggi (higher mangan oxide).
3. Metodologi Penelitian
Penelitian yang dilakukan menggunakan kerangka acuan sebagai pedoman penelitian.
4. Analisa dan Pembahasan
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, didapatkan bahwa penurunan Fe dan Mn dengan
semakin tinggi konsentrasi, maka semakin tinggi pula efisiensi penurunan Fe dan Mn seperti
tertuang dalam tabel berikut ini:
Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Parameter pada 3 Variasi Konsentrasi Tanpa Mangan Zeolit
Efisiensi
1 mg/L 0.9989 0.7832 0.1377 0 21.6 82.4 86.2
3 mg/L 3.0153 1.9231 0.2559 0 36.2 86.6 91.5
5 mg/L 4.9501 3.2382 0.3629 0 34.6 88.8 92.7
1 mg/L 1.0024 0.7579 0.1178 0 24.4 84.4 88.3
3 mg/L 3.0465 1.8508 0.1238 0 39.2 89.2 93.0
5 mg/L 4.9245 3.1884 0.3442 0 35.3 93.3 95.9
Rata-Rata Efisiensi Removal (%)
Hal di atas dapat terjadi karena semakin kecil konsentrasi mengakibatkan semakin kecil pula
partikel yang terbentuk, akibatnya waktu pengendapannya juga semakin lama sehingga efisiensi
yang dihasilkan juga semakin kecil. Oleh karena itu, inti dari proses aerasi ini adalah pengendapan
dimana setiap terjadi proses aerasi, maka dibutuhkan suatu unit yang dapat digunakan seabgai bak
pengendap.
Dalam penelitian juga dilakukan perlakuan dengan menggunakan mangan zeolit. Efisiensi
yang diasilkan untuk penurunan Fe dan Mn lebih besar apabila dibandingkan dengan yang tanpa
menggunakan mangan zeolit. Hal ini dkarenakan mangan zeolit mempunyai 3 fungsi sekaligus
dalam penurunan Fe dan Mn, yaitu adsorpsi, oksidan dan penukar ion. Hasilnya adalah seabgai
Tabel 4.2 Data Hasil Pengukuran Parameter pada 3 Variasi Konsentrasi Menggunakan Mangan
1 mg/L 0.9864 0.6557 0.11 0 33.5 82.8 88.6
3 mg/L 3.0688 1.8607 0.2113 0 39.4 88.6 93.1
5 mg/L 4.9724 3.0421 0.3361 0 38.8 89.0 93.2
1 mg/L 1.1171 0.7458 0.1268 0 38.4 80.0 88.6
3 mg/L 3.0646 1.8357 0.1479 0 40.1 91.9 95.2
5 mg/L 4.9155 2.9891 0.1449 0 39.2 95.2 97.1
ZAT
Variabel Konsentrasi
Rata-Rata Konsentrasi (mg/L) Rata-Rata Efisiensi Removal (%)
Fe
Mn
Sumber: Hasil Analisa
Dalam penelitian ini, mangan zeolit dibuat dengan merendam batu zeolit pada larutan
KmnO4. Batuan zeolit yang digunakan adalah zeolit lokal. Zeolit ini kemudian dibersihkan dari
kotoran dan batuan-batuan lain kemudian dikeringkan di udara. Setelah kering, zeolit murni ini
direndam dengan larutan KmnO4 konsentrasi 0,1 M selama 24 jam. Zeolit yang sudah direndam
kemudian dicuci. Zeolit yang sudah bersih merupakan material Mn Zeolit. Kemudian Mn Zeolit ini
dipanaskan dibawah sinar matahari.
Selain sampel buatan, reaktor ini juga diujikan dengan menggunakan air sumur gali asli. Air
sumur gali ini diambil di daerah pogot, Surabaya dengan karakteristik sebagai berikut:
1. Konsentrasi Besi (Fe) = 1,16 mg/L
2. Konsentrasi Mangan (Mn) = 2,00 mg/L
Hasilnya sebagai berikut:
Tabel 4.3 Data Hasil Pengukuran Parameter pada Sampel Air Sumur Gali Menggunakan Mangan
Apabila hasil penurunan dibandingkan dengan pada penelitian menggunakan sampel buatan,
efisiensi yang dihasilkan lebih kecil. Hal ini dikarenakan dalam air sumur terdapat berbagai macam
zat kimia maupun zat organik yang dapat mengganggu proses. Sehingga efisiensi yang dihasilkan
kecil. Namun, konsentrasi pada air yang keluar dari filter sudah sesuai dengan baku mutu air bersih,
yaitu Kepmenkes No.907 tahun 2002.
Dalam sebuah penelitian menyebutkan bahwa zeolit mampu mengikat bakteri E.Coli.
Kemampuan ini bergantung pada laju penyaringan dan perbandingan volume air dengan massa
zeolit. (Rahman dan Hartono, 2004)
Berikut adalah foto perbedaan aliran air saat menggunakan mangan zeolit dan tidak
menggunakan mangan zeolit:
Gambar 4.1 Tanpa mangan zeolit Gambar 4.2 Menggunakan
5. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Efisiensi yang paling tinggi dalam penuruan Fe dan Mn pada cascade aerator dengan
sampel artificial adalah pada konsentrasi 3 mg/L dengan perlakuan menggunakan mangan
zeolit, yaitu 39,4% dan 40,1%. Secara overall, efisiensi penurunan Fe dan Mn ini yang
paling besar adalah pada konsentrasi 5 mg/L dengan perlakuan menggunakan mangan zeolit,
yaitu sebesar 93,2% dan 97,1%. Sedangkan pada percobaan dengan menggunakan air sumur
gali asli, efisiensi penurunan Fe dan Mn paling bagus adalah dengan menggunakan mangan
zeolit, yaitu 91,1% dan 93,5%.
2. Efisiensi penurunan Fe dan Mn yang paling optimal terjadi pada perlakuan dengan
menggunakan mangan zeolit, dengan nilai sebesar 39,4% dan 40,1%, sedangkan yang tanpa
mangan zeolit sebesar 36,2% dan 39%. Hal ini dapat terjadi karena mangan zeolit memiliki
3 fungsi sekaligus, yaitu adsorbent, oksidan dan penukar ion.
DAFTAR PUSTAKA
Alaerts, G. dan Santika,S.S. 1987. Metoda Penelitian Air. Usaha Nasional Surabaya.
Anonim. 2008. Drinking Water. National Academy of Sciences. < http://drinking-water.org/html/en/Treatment/Decision_Tool.html>
Anonim. 2004. Aerobic Treatment Units. University of Wisconsin. <http://people/uwec/edu/piercech/water/aerobic.htm>
Anonim. 2003. Pond Aerator. Costum Fountains, Inc. Ohio. <http://cstumfountain.com/pondaerators.html>
AWWA. 1997. Water Treatment Plant Design AWWA. 3rd edition. Mc.Graw Hill Company. New York
AWWA. 1990. Water Quality Treatment AWWA. Mc. Graw Hill book company. New York
Ardiyansyah, A. 2005. Penggunaan Kapur Tohor Terhadap Penurunan Kesadahan Air Sumur Gali di Kelurahan Canrego Kecamatan Polombangkeng Selatan Kabupaten Takalang. Politeknik Kesehatan. Makassar.
Benefield, L, D., 1982. Process Chemistry for Water and Wastewater Treatment. Prentince Hall. New Jersey
Dewi, Ratna, A.A.I., 1988. Penurunan Fe dan Mn dengan Cascade Aerator. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya.
Driscoll, F. 1986. Groundwater and Wells. Second Edition. Johnson Filtration System Inc. Minnesota
Fair, G. M., Geyer. J.C., dan Okun. D.A., 1968. Water and Wastewater Engineering Volume 2. Water Purification and Wastewater Treatment and Disposal. John Wiley & sons Inc. New York
Faust, S.D., Osman, M.A.,1989. Chemistry of water treatment.2nd edition. Ann Habor Press. United States of America
Fetter, C. W., 1999. Contaminant Hydrogeology. Second Editon. Prentice Hall Inc. New Jersey
Hanbay, D. et al, 2009. Prediction of Aeration efficiency on stepped cascade by using least square support vector machines. Expert System With Application. 36:4228 – 4252
Huisman, L.1974. Rapid Filtration Part 1.Dept. of civil engineering. Delft University of Technology. Delft.
Kaur, H., 2005. Zeolite-Supported Transition Metal Catalysts to Enhancet the Ozonation of Aqueous Phenol. Thesis in Faculty of Chemical and Natural Resources Engineering. Universiti Teknologi Malaysia.
Metcalf,.Eddy. 2003. Wastewater Engineering Treatment and Reuse. Fourth Edition. Mc.Graw Hill. New York
Popel, H. J. 1974. Aeration and Gas Transfer. Delft University of Technology. Delft
Purwaningsih, I., 2008. Pengolahan Limbah Cair Industri Batik CV. Batik Indah Raradjonggrang Yogyakarta dengan metode Elektrokoagulasi Ditinjau dari Parameter Chemocal Oxygen Demand (COD) dan Warna. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-UII. Yogyakarta
Qasim, R. S, et.al. 2000. Waterwork Engineering, Planning, Design, and Operatin.
Rahman, A., Hartono, B., 2004. Penyaringan Air Tanah dengan Zeolit Alami Untuk Menurunkan Kadar Besi dan Mangan. Makara, Kesehatan 8, 1:1-6
Reynold, T.D., dan Richard, Paul A. 1996. Unit Operations and Process in Envronmentsl Engineering. PWS Publishing Company. Boston
Said, N. I., 1996. Pengolahan Air Tanah dengan Filter Mangan Zeolit dan Karbon Aktif. Kelompok Teknologi Pengolahan Air Bersih dan Limbah Cair. Direktorat Teknologi Lingkungan. Jakarta Pusat
Schmitt, D., dan Shinault, C., 1998. Rapid Sand Filtration. Civil Engineering Departement. Virginia Tech.
Sudiati, K., 2004. Penurunan Kadar Besi (Fe) dengan Metode Aerasi, Sedimentasi dan Filtrasi
untuk Skala Rumah Tangga di Pedesaan. Tugas Akhir Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS. Surabaya
Sugiharto. 1987.Dasar-Dasar Pengolahan Air Limbah.UI Press. Jakarta
Suyono. 1993. Pengolahan Sumber Daya Air. Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada. Yogyakarta.
Tchobanoglous, G., Schroeder, E. D., 1987. Water Quality Characteristic, Modelling, Modification. Addison-Wasley Publishing Company Inc. California
Viessman, W., Hammer, M. J., 1985. Water Supply and Pollution Control. Fourth Edition. Harper & Row Publisher Inc. New York
<http://.dncp.be/technical.html> dikutip pada 29 Januari pukul 15.20 WIB.
