BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
1.1. Definisi dan Persyaratan Air Bersih
1.1.1. Definisi Air Bersih
Air bersih adalah air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari dan akan menjadi air minum setelah dimasak terlebih dahulu. Sebagai batasannya, air bersih adalah air yang memenuhi persyaratan bagi sistem penyediaan air minum. Adapun persyaratan yang dimaksud adalah persyaratan dari segi kualitas air yang meliputi kualitas fisik, kimia, biologi dan radiologis, sehingga apabila dikonsumsi tidak menimbulkan efek samping (Ketentuan Umum Permenkes No. 416/Menkes/PER/IX/1990) dan penyediaan air bersih yang layak untuk dikonsumsi harus memenuhi Permenkes No. 173/Menkes/Per/VII/1977.
Sistem adalah seperangkat elemen atau komponen yang saling bergantung atau berinteraksi satu dengan lain menurut pola tertentu dan membentuk satu kesatuan untuk mencapai tujuan tertentu (Sinulingga Sukaria, 2008).
1.1.2. Persyaratan dalam Penyediaan Air Bersih
1.1.2.1. Persyaratan Kualitas
Persyaratan kualitas menggambarkan mutu dari air baku air bersih. Dalam Modul Gambaran Umum Penyediaan dan Pengolahan Air Minum Edisi Maret 2003 dinyatakan bahwa persyaratan kualitas air bersih adalah sebagai berikut:
1. Persyaratan Fisik
Secara fisik air bersih harus jernih, tidak berbau dan tidak berasa. Selain itu juga suhu air bersih sebaiknya sama dengan suhu udara atau kurang lebih 25oC, dan apabila terjadi perbedaan maka batas yang diperbolehkan adalah 25oC ± 3oC.
2. Persyaratan kimiawi
Air bersih tidak boleh mengandung bahan-bahan kimia dalam jumlah yang melampaui batas. Beberapa persyaratan kimia antara lain adalah: pH yang diperbolehkan berkisar antara 6,5-8,5, total solid, zat organik, CO2 agresif, kesadahan, kalsium (Ca), besi (Fe), mangan (Mn), tembaga (Cu), seng (Zn), chloride (Cl), nitrit, flourida (F), serta logam berat.
3. Persyaratan bakteriologis
Air bersih tidak boleh mengandung kuman pathogen dan parasitik yang mengganggu kesehatan. Persyaratan bakteriologis ini ditandai dengan tidak adanya bakteri E. Coli atau fecal coli dalam air.
4. Persyaratan radioaktifitas
Persyaratan radioaktifitas mensyaratkan bahwa air bersih tidak boleh mengandung zat yang menghasilkan bahan-bahan yang mengandung radioaktif, seperti sinar alfa, beta dan gamma.
1.1.2.2. Persyaratan Kuantitas (Debit)
Persyaratan kuantitas dalam penyediaan air bersih adalah ditinjau dari banyaknya air baku yang tersedia. Artinya air baku tersebut dapat digunakan untuk memenuhi kebutuhan sesuai dengan kebutuhan daerah dan jumlah penduduk yang akan dilayani.
Persyaratan kuantitas juga dapat ditinjau dari standar debit air bersih yang dialirkan ke konsumen sesuai dengan jumlah kebutuhan air bersih. Kebutuhan air bersih masyarakat bervariasi, tergantung pada letak geografis, kebudayaan, tingkat ekonomi, dan skala perkotaan tempat tinggalnya.
1.1.2.3. Persyaratan Kontinuitas
Air baku untuk air bersih harus dapat diambil terus menerus dengan fluktuasi debit yang relatif tetap, baik pada saat musim kemarau maupun musim hujan. Kontinuitas juga dapat diartikan bahwa air bersih harus tersedia 24 jam per hari, atau setiap saat diperlukan, kebutuhan air tersedia. Akan tetapi kondisi ideal tersebut tidak dapat dipenuhi pada setiap wilayah di Indonesia, sehingga untuk menentukan tingkat kontinuitas pemakaian air dapat dilakukan dengan cara pendekatan aktifitas konsumen terhadap prioritas pemakaian air. Prioritas pemakaian air yaitu minimal selama 12 jam per hari, yaitu pada jam-jam aktifitas kehidupan, yaitu pada pukul 06.00 – 18.00.
Kontinuitas aliran sangat penting ditinjau dari dua aspek. Pertama adalah kebutuhan konsumen. Sebagian besar konsumen memerlukan air untuk kehidupan dan pekerjaannya, dalam jumlah yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan pada waktu
yang tidak ditentukan. Karena itu, diperlukan reservoir pelayanan dan fasilitas energi yang siap setiap saat.
Sistem jaringan perpipaan didesain untuk membawa suatu kecepatan aliran tertentu. Kecepatan dalam pipa tidak boleh melebihi 0,6-1,2 m/dt. Ukuran pipa harus tidak melebihi dimensi yang diperlukan dan juga tekanan dalam sistem harus tercukupi. Dengan analisis jaringan distribusi, dapat ditentukan dimensi atau ukuran pipa yang diperlukan sesuai dengan tekanan minimum yang diperbolehkan agar kuantitas aliran terpenuhi.
1.1.2.4. Persyaratan Tekanan Air
Konsumen memerlukan sambungan air dengan tekanan yang cukup, dalam arti dapat dilayani dengan jumlah air yang diinginkan setiap saat. Untuk menjaga tekanan air akhir pipa di seluruh daerah layanan, pada titik awal distribusi diperlukan tekanan yang lebih tinggi untuk mengatasi kehilangan tekanan karena gesekan, yang tergantung pada kecepatan aliran, jenis pipa, diameter pipa, dan jarak jalur pipa tersebut.
Dalam pendistribusian air, untuk dapat menjangkau seluruh area pelayanan dan untuk memaksimalkan tingkat pelayanan maka hal wajib untuk diperhatikan adalah sisa tekanan air. Sisa tekanan air tersebut paling rendah adalah 5 mka (meter kolom air) atau 0,5 atm (satu atm = 10 m), dan paling tinggi adalah 22 mka (setara dengan gedung 6 lantai).
Menurut standar dari Departemen Pekerjaan Umum, air yang dialirkan ke konsumen melalui pipa transmisi dan pipa distribusi, dirancang untuk dapat melayani konsumen hingga yang terjauh, dengan tekanan air minimum sebesar 10 mka atau 1 atm. Angka tekanan ini harus dijaga, idealnya merata pada setiap pipa distribusi. Jika tekanan terlalu tinggi akan menyebabkan pecahnya pipa, serta merusak alat-alat plambing (kloset, urinoir, faucet, lavatory, dll). Tekanan juga dijaga agar tidak terlalu rendah, karena jika tekanan terlalu rendah maka akan menyebabkan terjadinya kontaminasi air selama aliran dalam pipa distribusi
1.2. Filosofi Instalasi Pengolahan Air
Suatu Instalasi Pengolahan Air (IPA) dirancang untuk mengolah air dalam jumlah tertentu. IPA mengolah air untuk suatu flow rate (debit pengaliran) tertentu.
Dalam Instalasi Pengolahan Air (IPA) untuk pengolahan air bersih diperlukan unit sebagai berikut:
1. Intake
Beberapa lokasi intake pada sumber air yaitu intake sungai, intake danau dan waduk, dan intake air tanah. Jenis-jenis intake, yaitu intake tower, shore intake, intake crib, intake pipe atau conduit, infiltration gallery, sumur dangkal dan sumur dalam (Kawamura, 1991).
2. Aerasi
Aerasi digunakan untuk menyisihkan gas yang terlarut di air permukaan atau untuk menambah oksigen ke air untuk mengubah substansi yang di permukaan menjadi suatu oksida. Dalam keadaan teroksidasi, besi dan mangan terlarut di dalam air. Bentuk senyawa dengan larutan ion, keduanya terlarut dalam bilangan oksidasi +2, yaitu Fe+2 dan Mn+2. Ketika kontak dengan oksigen dan oksidator lain, besi dan mangan akan teroksidasi menjadi valensi yang lebih tinggi, bentuk ion kompleks baru yang tidak larut ke tingkat yang cukup besar. Oleh karena itu, besi dan mangan dihilangkan dengan pengendapan setelah aerasi. Ada empat tipe aerator yang sering digunakan, yaitu gravity aerator, spray aerator, air diffuser, dan mechanical aerator. Fungsi dari proses aerasi adalah menyisihkan metana (CH4), menyisihkan karbon dioksida (CO2), menyisihkan H2S, menyisihkan bau dan rasa, menyisihkan gas-gas lain. 3. Koagulasi
Pada proses koagulasi, koagulan dicampur dengan air baku selama beberapa saat hingga merata. Setelah pencampuran ini, akan terjadi destabilisasi koloid yang ada pada air baku. Koloid yang sudah kehilangan muatannya atau terdestabilisasi mengalami saling tarik menarik sehingga cenderung untuk membentuk gumpalan yang lebih besar. Faktor yang menentukan keberhasilan suatu proses koagulasi yaitu jenis koagulan yang digunakan, dosis pembubuhan koagulan, dan pengadukan dari bahan kimia
(Sutrisno, 2010). Pengadukan cepat dapat dilakukan dengan cara: pengadukan secara hidrolis (terjunan dan pengadukan dalam pipa) dan pengadukan secara mekanik (Martin D, 2001).
4. Flokulasi
Flok-flok kecil yang sudah terbentuk di koagulator diperbesar disini. Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk flok yaitu kekeruhan pada air baku, tipe dari suspended solid, pH, alkalinitas, bahan koagulan yang dipakai, dan lamanya pengadukan (Sutrisno, 2010). Beberapa tipe flokulator adalah channel floculator (buffle channel horizontal, buffle channel vertical, buffle channel vertical dengan diputar, melalui plat berlubang, dalam cone, dan dengan pulsator), pengadukan secara mekanik, pengadukan melalui media, pengadukan secara pneumatik (dengan udara). 5. Sedimentasi
Sedimentasi adalah pemisahan partikel secara gravitasi. Pengendapan kandungan zat padat di dalam air dapat digolongkan menjadi pengendapan diskrit (kelas 1), pengendapan flokulen (kelas 2), pengendapan zone, pengendapan kompresi/tertekan (Martin D, 2001). Jenis bak pengendap adalah bak pengendap aliran batch dan bak pengendap dengan aliran kontinu. Uniformitas dan turbulensi aliran pada bidang pengendap sangat berpengaruh. Oleh sebab itu, bilangan Fraude yang menggambarkan tingkat uniformitas aliran dan turbulensi aliran yang digambarkan oleh
bilangan Reynold harus memenuhi kriteria yaitu: bilangan Fraude Fr > 10-5 dan bilangan Reynold Re < 500.
6. Filtrasi
Proses filtrasi adalah mengalirkan air hasil sedimentasi atau air baku melalui media pasir. Proses yang terjadi selama penyaringan adalah pengayakan (straining), flokulasi antar butir, sedimentasi antar butir, dan proses biologis. Dilihat dari desain kecepatan, filtrasi dapat digolongkan menjadi saringan pasir cepat (filter bertekanan dan filter terbuka) dan saringan pasir lambat (Martin D, 2001). Setelah filter digunakan beberapa saat, filter akan mengalami penyumbatan. Untuk itu perlu pembersihan, yang dapat dilakukan dengan pencucian dengan udara dan pencucian dengan air (pencucian permukaan filter dengan penyemprotan dan pencucian dengan backwash). Sedangkan tenaga untuk pencucian dapat dilakukan dengan cara pompa (memompa air yang ada di reservoir penampung ke dasar filter), mengalirkan air yang ada di reservoir atas (elevated tank) secara gravitasi ke dasar filter, dan mengalirkan air yang ada di filter sebelahnya ke filter yang sudah jenuh (interfilter). Hal yang dipertimbangkan dalam mendesain proses filtrasi adalah media filter dan hidrolika filtrasi.
7. Desinfeksi
Desinfeksi air minum bertujuan untuk membunuh bakteri patogen yang ada dalam air. Desinfektan air dapat dilakukan dengan berbagai cara, yaitu:
pemanasan, penyinaran antara lain dengan sinar ultra violet, ion-ion logam antara lain dengan copper dan silver, asam atau basa, senyawa-senyawa kimia, dan klorinasi (Sutrisno, 2010). Proses desinfeksi dengan klorinasi diawali dengan penyiapan larutan kaporit dengan konsentrasi tertentu serta penerapan dosis klor yang tepat. Metode pembubuhan dengan kaporit yang dapat diterapkan sederhana dan tidak membutuhkan tenaga listrik tetapi cukup tepat pembubuhannya secara kontinu adalah: metoda gravitasi dan metoda dosing proporsional (Martin D, 2001).
8. Reservoir
Reservoir digunakan pada sistem distribusi untuk meratakan aliran, untuk mengatur tekanan, dan untuk keadaan darurat. Jenis pompa penyediaan air yang banyak digunakan adalah: jenis putar (pompa sentrifugal, pompa diffuser atau pompa turbin meliputi pompa turbin untuk sumur dan pompa submersibel untuk sumur dalam), pompa jenis langkah positif (pompa torak, pompa tangan, pompa khusus meliputi pompa vortex atau pompa kaskade, pompa gelembung udara atau air lift pump, pompa jet, dan pompa bilah). Efisiensi pompa umumnya antara 60 sampai 85% (Noerbambang, 2000).
1.3. Desain Sistem Pengolahan Produksi Air Bersih
Sistem pengolahan air bersih sesuai standar kesehatan memerlukan instalasi operasional seperti: bangunan penampung air (intake), bangunan rumah pompa
penjernihan (clarification fulsator), bangunan penyaringan (filtration) dan bangunan penampungan air (reservoir) serta rumah pompa distribusi (boster pump).
Sedangkan bangunan operasional adalah tempat penempatan atau pengecekan panel-panel distribusi dan panel-panel elektrikal, yang berfungsi sebagai pusat instalasi secara menyeluruh. Disini juga diletakkan panel-panel laboratorium yang mengatur percampuran bahan-bahan kimia, seperti tawas dan kaporit. Percampuran dan pengadukan dilakukan secara mekanikal dengan proses laboratorium.
1.4. Proyeksi Jumlah Penduduk
Menurut Anonimus (1990), dalam Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih, proyeksi jumlah penduduk di masa yang akan datang dapat diprediksikan berdasarkan laju pertumbuhan penduduk yang direncanakan relatif naik setiap tahunnya. Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih member rumusan untuk menghitung proyeksi jumlah penduduk dengan metode Geometrik yaitu:
Pn = Po ( 1 + r )n ………..(2.1)
Keterangan:
Pn = Jumlah penduduk pada tahun ke n perencanaan (jiwa) Po = Jumlah penduduk pada awal tahun perencanaan (jiwa) r = Ratio angka pertumbuhan tiap tahun (%)
1.5. Kebutuhan Air Bersih
Kebutuhan air bersih adalah banyaknya air yang diperlukan untuk melayani penduduk yang dibagi dalam dua klasifikasi pemakaian air, yaitu untuk keperluan domestik (rumah tangga) dan non domestik. Target pelayanan harus mengacu pada
Millenium Development Goals (MDGs) Kota Langsa di mana daerah perkotaan harus
sudah terlayani 70% - 80% dari jumlah penduduk. Dalam melayani jumlah cakupan pelayanan penduduk akan air bersih sesuai target, maka direncanakan kapasitas sistem penyediaan air bersih yang dibagi dalam dua klasifikasi pemakaian air, yaitu untuk keperluan domestik (rumah tangga) dan non domestik.
1.5.1. Kebutuhan Air Bersih Untuk Domestik (Rumah Tangga)
Kebutuhan Domestik dimaksudkan adalah untuk memenuhi kebutuhan air bersih bagi keperluan rumah tangga yang dilakukan melalui sambungan ke rumah (SR) dan kebutuhan umum yang disediakan melalui fasilitas hidran umum (HU). Besar debit domestik yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan domestik diperhitungkan terhadap beberapa faktor, (Anonimus, 1990):
a. Jumlah penduduk yang akan dilayani menurut target tahapan perencanaan sesuai dengan rencana cakupan pelayanan.
b. Tingkat pemakaian air bersih diasumsikan tergantung pada katagori daerah dan jumlah penduduknya yang dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Kebutuhan Air Bersih Berdasarkan Jenis Kota dan Jumlah Penduduk
No Katagori Jumlah Penduduk
(Jiwa) Pemakaian Air (ltr/hari/jiwa) 1. 2. 3. 4. 5. 6. Metropolitan Kota Besar Kota Sedang Kota Kecil Ibukota Kecamatan Pedesaan >1.000.000 500.000-1.000.000 100.000-500.000 25.000-100.000 10.000-25.000 <10.000 150 120 100 90 60 50 Sumber: Anonimus, 1990
1.5.2. Kebutuhan Air Bersih Untuk Non Domestik
Menurut Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih (1990), kebutuhan air bersih non domestik dialokasikan pada pelayanan untuk memenuhi kebutuhan air bersih berbagai fasilitas sosial dan komersial yaitu fasilitas pendidikan, peribadatan, pusat pelayanan kesehatan, instansi pemerintahan dan perniagaan. Besarnya pemakaian air untuk kebutuhan non domestik diperhitungkan 20% dari kebutuhan domestik.
1.5.3. Kebutuhan Air Rata-Rata
Menurut Anonimus (1990), dalam Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih menyatakan bahwa kebutuhan rata-rata distribusi air bersih perharinya adalah jumlah kebutuhan air untuk keperluan domestik (rumah tangga) ditambahkan dengan kebutuhan air untuk keperluan non domestik.
Keterangan:
Qr = Kebutuhan air rata-rata (ltr/dt)
Qd = Kebutuhan air untuk keperluan domestik (ltr/dt) Qnd = Kebutuhan air untuk keperluan non domestik (ltr/dt)
Berdasarkan Anonimus (1990) dalam Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih, kebutuhan air pada hari maksimum (Qm) adalah pemakaian air harian rata-rata tertinggi dalam satu tahun yang diasumsikan sebesar 110% dari kebutuhan rata-rata.
1.6. Kebutuhan Sistem dan Kapasitas Desain
Menurut Anonimus (1990) dalam Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih, kapasitas desain adalah kapasitas produksi yang dibutuhkan oleh sistem penyediaan air yang direncanakan terhadap kebutuhan air di daerah perencanaan.
Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih, memberikan rumusan untuk menghitung kapasitas produksi yaitu:
Qprod = Qm + Qh ………...(2.3) Keterangan:
Qprod = Kapasitas produksi (ltr/dt)
Qm = Kapasitas air hari maksimum (ltr/dt) Qh = Kehilangan air (ltr/dt)
1.7. Kehilangan Air (Unaccounted for Water)
Menurut Anonimus (1990) dalam Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih, kehilangan air adalah tidak sampainya air yang diproduksi kepada pelanggan atau konsumen.
Kehilangan air terjadi disebabkan oleh beberapa faktor, baik yang disebabkan oleh faktor teknis mau pun non teknis, misalnya kehilangan air yang disebabkan oleh faktor teknis seperti kebocoran pada sistem distribusi dan kehilangan air pada sistem pengolahan seperti pada proses backwash. Sedangkan kehilangan yang disebabkan oleh faktor non teknis yang disebabkan pada kekeliruan dalam pencatatan meteran oleh para petugas dan adanya sambungan liar di lapangan.
Untuk menghindari kehilangan air bersih agar tidak melebihi angka toleransi yang diperbolehkan, maka perlu dikaji lebih mendalam terhadap sistem yang direncanakan baik terhadap sistem pengolahan dan jaringan distribusi air serta operasionalnya. Standar Kriteria Desain Sistem Penyediaan Air Bersih memberikan batasan faktor kehilangan air yang diperbolehkan tidak melebihi angka toleransi sebesar 20% dari kapasitas debit produksi.
1.8. Pengukuran Debit Aliran
Menurut Joko, Tri (2010), pengukuran debit aliran dapat dilakukan dengan berbagai cara/metode, yaitu:
1. Metode Weir Trapezoid, disebut juga Weir Cipoletti 2. Metode Weir V-Notch, disebut juga Weir Thomson
Dengan formula:
𝐐 =𝟏,𝟑𝟗 × 𝐡²× 𝐡
𝟏𝟎𝟎 x 3...(2.4) 3. Metode Injeksi Garam
4. Metode Sederhana.
1.9. 2.9. Water Treatment Plant
Water Treatment Plant atau lebih popular dengan akronim WTP adalah bangunan utama pengolahan air bersih. Biasanya bangunan ini terdiri dari 4 bagian, yaitu:
a. Koagulasi
Dari bangunan intake, air akan dipompa ke bak koagulasi ini. Pada proses koagulasi ini dilakukan proses destabilisasi partikel koloid, karena pada dasarnya air sungai atau air-air kotor biasanya berbentuk koloid dengan berbagai partikel koloid yang terkandung di dalamnya. Destabilisasi partikel koloid ini bisa dengan penambahan bahan kimia berupa tawas, ataupun dilakukan secara fisik dengan rapid mixing (pengadukan cepat), hidrolis (terjunan atau hydrolic jump), maupun secara mekanis (menggunakan batang pengaduk).
b. Flokulasi
Setelah dari unit koagulasi, selanjutnya air akan masuk ke dalam unit flokulasi. Unit ini ditujukan untuk membentuk dan memperbesar flok. Teknisnya adalah dengan dilakukan pengadukan lambat (slow mixing). Proses flokulasi partikel koloid dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Proses Flokulasi Partikel Koloid
c. Sedimentasi
Setelah melewati proses destabilisasi partikel koloid melalui unit koagulasi dan unit flokulasi, selanjutnya perjalanan air akan masuk ke dalam unit sedimentasi. Unit ini berfungsi untuk mengendapkan partikel-partikel koloid yang sudah didestabilisasi oleh unit sebelumnya. Unit ini mengunakan prinsip berat jenis. Berat jenis partikel koloid (biasanya berupa lumpur) akan lebih
besar daripada berat jenis air. Dalam bak sedimentasi akan terpisah antara air dan lumpur. Proses sedimentasi dapat dilihat pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2 Proses Sedimentasi
d. Filtrasi
Setelah proses sedimentasi, proses selanjutnya adalah filtrasi. Unit filtrasi ini, sesuai dengan namanya, adalah untuk menyaring dengan media berbutir. Media berbutir ini biasanya terdiri dari antrasit, pasir silica, dan kerikil silica dengan ketebalan berbeda.
