SKRIPSI
ANALISIS KINERJA FILTER UPFLOW – DOWNFLOW UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
Disusun oleh :
SADARUDDIN 10581254915
PUTRA AHMADI NOUR 10581252515
PROGRAM STUDI TEKNIK PENGAIRAN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR 2020
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
Dan mereka bertanya kepadamu tentang roh. Katakanlah: “Roh itu termasuk
urusan Tuhan-ku, dan tidaklah kamudiberi pengetahuan melainkan sedikit”.
(Qs. Al –Isra’ : 85)
“Sesungguhnya bersama kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila engkau
telah selesai (dari sesuatu urusan), tetaplah bekerja keras (untuk urusan yang lain). Dan hanya kepada Tuhanmulah engkau berharap.
(Qs. Asy – Syarh : 6 – 8)
Masa depanmu ada pada genggamanmu, maka lakukan hal positif untuk masa depanmu supaya kamu tidak menyesalinya di hari kemudian.
(Tim Penulis)
Kami Persembahkan Untuk:
Kedua orang tua kami Keluarga tercinta
Dosen prodi Teknik Pengairan Teman-teman seperjuangan
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah, penulis senantiasa panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas hidayah dan inayah-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Analisis Kinerja Filter Upflow – Downflow Untuk Pengolahan Limbah Cair”. Tugas akhir ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) Program Studi Teknik Pengairan Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Shalawat serta Salam tidak lupa kita curahkan kepada junjungan Nabi Besar Muhammad SAW sebagai suri tauladan untuk seluruh umat manusia.
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa selesainya skripsi ini adalah berkat bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih serta penghargaan yang setinggi – tingginya kepada:
1. Bapak Ir. Hamzah Al Imran., ST., MT., IPM selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
2. Bapak Andi Makbul Syamsuri., ST., MT., IPM selaku Ketua Program Studi Teknik Pengairan Universitas Muhammadiyah Makassar.
3. Bapak Muh. Amir Zainuddin., ST., MT., IPM selaku Sekretaris Program Studi Teknik Pengairan Universitas Muhammadiyah Makassar.
4. Bapak Dr. Eng. Ir. H. Farouk Maricar., MT selaku Dosen Pembimbing I. 5. Ibu Dr. Hj. Arsyuni Ali Mustari., ST., MT selaku Dosen Pembimbing II.
6. Bapak dan Ibu dosen serta staf administrasi Fakultas Teknik, terkhusus pada Program Studi Teknik Sipil Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.
7. Kedua orang tua kami yang telah memberikan kami kesempatan sehingga bisa sampai pada titik ini dan yang tidak lelah memberikan kami motivasi – motivasinya serta wejangan – wejangannya kepada kami.
Serta semua pihak yang telah membantu kami yang tidak sempat kami tuliskan nama – namanya. Selaku manusia biasa, tentunya kami tidak luput dari kesalahan. Maka dari itu, saran dan masukan sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini.
Jazzakumullahu Khaerant Katsiran
Assalamualaikum Warahmatullah Wabarakatuh
Makassar,…… Februari 2020
ANALISIS KINERJA FILTER UPFLOW – DOWNFLOW UNTUK PENGOLAHAN LIMBAH CAIR
Sadaruddin1), Putra Ahmadi Nour1), Dr. Eng. Ir. H. Farouk Maricar, MT2),Dr. Hj. Arsyuni Ali Mustari, ST.MT
1)
Mahasiswa Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar 2)
Dosen Jurusan Teknik Pengairan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar Teknik Pengairan, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Makassar
Jl. Sultan Alauddin No. 259, Makassar 90221, Indonesia e-mail: sadaruddinjack@gmail.com, putra.ahmady.nour@gmail.com
ABSTRAK
Salah satu teknik pengolahan limbah cair adalah melalui sistem filtrasi upflow -
downflow. Sistem filtrasi upflow merupakan sistem pengolahan limbah cair yang
pada dasarnya adalah mengalirkan limbah cair melewati suatu media penyaring, dengan arah aliran dari bawah media pasir menuju keatas media pasir, sehingga hasil penyaringan berada di atas limbah baku mutu. Sedangkan sistem filtrasi
downflow merupakan sistem saringan dimana air limbah didistribusikan kedalam
alat penyaringan dengan arah aliran air dari atas ke bawah. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis berapa waktu yang dibutuhkan pada pengolahan limbah cair dan menganalisis efisiensi pengolahan limbah cair. Parameter yang diuji adalah kekeruhan dan TSS. Penelitian ini menggunakan tipe filtrasi rapid sand filter dengan menggunakan 3 variasi saringan. Pada pengolahan penyaringan waktu yang dibutuh untuk memenuhi standar baku mutu yaitu 20 menit dengan efisiensi penyaringan terendah 88 % pada kekeruhan dan 83 pada TSS, dan tertinggi 98 % pada kekeruhan dan 99 % pada TSS.
ABSTRACT
One technique for treating wastewater is through an upflow - downflow filtration system. Upflow filtration system is a liquid waste treatment system which basically is to drain liquid waste through a filter media, with the direction of flow from under the sand media to the sand media so that the filtering results are above the quality standard waste. Whereas the downflow filtration system is a filter system where wastewater is distributed into the filtering device in the direction of the flow of water from top to bottom. This study aims to analyze how much time is needed in wastewater treatment and analyze the efficiency of wastewater treatment. The parameters tested were turbidity and TSS. This study uses a type of rapid sand filter and filtration using 3 filter variations. In processing the filtering time needed to meet quality standards is 20 minutes with the lowest filtering efficiency of 88% in turbidity and 83 in TSS, and highest in 98% in turbidity and 99% in TSS.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
MOTTO DAN PERSEMBAHAN ... iv
KATA PENGANTAR ... v
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xvi
DAFTAR NOTASI SINGKATAN ... xx
BAB I : PENDAHULUAN ... 1 A. Latar Belakang ... 1 B. Rumusan Masalah ... 3 C. Tujuan Penelitian ... 3 D. Manfaat Penelitian ... 4 E. Batasan Masalah ... 4 F. Sistematika Penulisan ... 5
BAB II : KAJIAN PUSTAKA ... 7
A. Limbah ... 7
1. Limbah Cair ... 8
2. Karakteristik Limbah Cair ... 8
3. Sistem Penyaluran Air Limbah ... 11
4. Sumber Limbah Cair ... 13
5. Dampak Limbah Cair ... 14
B. Limbah Cair Domestik ... 15
1. Karakteristik Limbah Cair Domestik ... 15
2. Dampak Limbah Cair Domestik ... 16
C. Filtrasi ... 17
1. Tipe Filter ... 18
2. Sistem Filtrasi Down Flow ... 19
3. Sistem Filtrasi Up Flow ... 22
4. Media Filter dan Distribusi Media ... 23
5. Dimensi Bak Filter ... 27
6. Media Filtrasi ... 27
7. Faktor – Faktor Yang Mempengaruhi Efisiensi Filtrasi ... 31
BAB III : METODE PENELITIAN ... 37
A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 37
B. Jenis Penelitian dan Sumber Data ... 37
C. Rancangan Penelitian ... 38
D. Variable Penelitian ... 40
E. Prosedur Penelitian ... 42
F. Analisis Data ... 43
G. Bagan Alir Penelitian ... 46
BAB IV : HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 47
A. Analisis Kecepataan Pengolahan Limbah Cair Domestik Dengan Metode Upflow – Downflow ... 47
1. Diemensi Bak Filter ... 47
2. Pengujian Debit ... 48
3. Hasil Uji ... 51
B. Analisis Efektivitas Saringan Terhadap Sampel Uji ... 82
1. Parameter Kekeruhan ... 82
2. Parameter Total Suspended Solid ... 86
3. Efektivitas Rata – Rata Pada Setiap Variasi Saringan ... 90
BAB V : PENUTUP ... 93
A. Kesimpulan ... 93
DAFTAR PUSTAKA ... 95
RIWAYAT HIDUP ... 98
LAMPIRAN ... 100
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Karakteristik Limbah Cair Domestik ... 16
Tabel 2. Kriteria Perencanaan Media Filter Untuk Pengolahan Air Minum (Reynolds dan Richards, 1996) ... 25 Tabel 3. Matriks Penelitian Terdahulu ... 35
Tabel 4. Tabel Pengamatan ... 42
Tabel 5. Skema Running Test untuk 3 Variasi Saringan dan 3 Variasi Limbah ... 45 Tabel 6. Perhitungan Debit Masuk (Q in) ... 49
Tabel 7. Debit Outlet Setiap Sampel Pada Pengujian Saringan ... 50
Tabel 8. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Cuci Pakaian ... 52 Tabel 9. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Cuci Pakaian ... 54 Tabel 10. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Cuci Pakaian ... 55 Tabel 11. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Dapur ... 57
Tabel 12. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Dapur ... 59 Tabel 13. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Dapur ... 60 Tabel 14. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Cuci Kendaraan ... 62 Tabel 15. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Kendaraan ... 64 Tabel 16. Konsentrasi Kekeruhan Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Kendaraan ... 65 Tabel 17. Konsentrasi TSS Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Pakaian ... 67 Tabel 18. Konsentrasi TSS Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Pakaian ... 69 Tabel 19. Konsentrasi TSS Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Pakaian ... 70 Tabel 20. Konsentrasi TSS Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Dapur ... 73 Tabel 21. Konsentrasi TSS Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Dapur ... 74
Tabel 22. Konsentrasi TSS Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Dapur
... 75
Tabel 23. Konsentrasi TSS Pada Saringan 1 Dengan Sampel Limbah Cuci Kendaraan ... 78
Tabel 24. Konsentrasi TSS Pada Saringan 2 Dengan Sampel Limbah Cuci Kendaraan ... 79
Tabel 25. Konsentrasi TSS Pada Saringan 3 Dengan Sampel Limbah Cuci Kendaraan ... 80
Tabel 26. Efektivitas Setiap Filter Terhadap Konsentrasi Kekeruhan ... 83
Tabel 27. Efektivitas Setiap Filter Terhadap Konsentrasi TSS ... 87
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Sistem Saluran Terpisah ... 12
Gambar 2. Sistem Saluran Tercampur ... 12
Gambar 3. Sistem Filtrasi Down Flow (dari atas ke bawah) ... 21
Gambar 4. Sistem Filtrasi Up Flow (dari bawah ke atas) ... 23
Gambar 5. Contoh variasi saringan ... 40
Gambar 6. Bagan Alir Penelitian (Flow Chart) ... 46
Gambar 7. Grafik Debit Keluar Pada Setiap Variasi Saringan dan Sampel Uji ... 51
Gambar 8. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 53
Gambar 9. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 54
Gambar 10. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 55
Gambar 11. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan Pada Limbah Cuci Pakaian ... 56
Gambar 12. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Dapur ... 58
Gambar 13. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Dapur ... 59 Gambar 14. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Dapur ... 60 Gambar 15. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan ... 61 Gambar 16. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 63 Gambar 17. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 64 Gambar 18. Grafik Penurunan Kekeruhan Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 65 Gambar 19. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan ... 66 Gambar 20. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 68 Gambar 21. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 69 Gambar 22. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Cuci Pakaian ... 71
Gambar 23. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan ... 72 Gambar 24. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Dapur ... 73 Gambar 25. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Dapur ... 74 Gambar 26. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Dapur ... 76 Gambar 27. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan ... 77 Gambar 28. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 1 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 78 Gambar 29. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 2 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 79 Gambar 30. Grafik Penurunan TSS Pada Variasi Saringan 3 Pada Limbah Cuci Kendaraan ... 81 Gambar 31. Grafik Perbandingan Penurunan (%) Pada Masing – Masing Saringan ... 82 Gambar 32. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 1 Terhadap Kekeruhan ... 84
Gambar 33. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 2 Terhadap Kekeruhan ... 85 Gambar 34. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 3 Terhadap Kekeruhan ... 86 Gambar 35. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 1 Terhadap TSS ... 87 Gambar 36. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 2 Terhadap TSS ... 88 Gambar 37. Grafik Efektivitas Pengolahan Pada Saringan 3 Terhadap TSS ... 89 Gambar 38. Grafik Efektivitas Rata – Rata Setiap Variasi Saringan Terhadap Kekeruhan ... 91 Gambar 39. Grafik Efektivitas Rata – Rata Setiap Variasi Saringan Terhadap TSS ... 92
DAFTAR NOTASI SINGKATAN
Adsorben = Zat penjerap.
Adsorpsi = Penjerapan/ proses yang terjadi ketika suatu cairan terikat kepada suatu padatan.
Amoniak = Senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya
senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas.
Black Water = Air buangan dari tubuh manusia (tinja dan urine). BOD = Biologycal Oxygen Demand.
CH4 = Senyawa Metana.
COD = Chemical Oxygen Demand.
Cu = Tembaga.
Down Flow = Arah aliran dari atas ke bawah.
ES = Effective size.
Fe = Besi.
Grey Water = Air yang berasal dari kamar mandi. H2S = Hidrogen Sulfida.
MENPU-PR RI = Menteri Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat RI.
N2 = Nitrogen.
NH3 = Senyawa Amoniak.
NTU = Nephelometric Turbidity Unit atau satuan standar untuk mengukur kekeruhan.
O2 = Oksige.n
Pb = Timbal.
Per Menlhk RI = Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan RI.
pH = Derajat Keasaman.
Pollutan Organic = Persistent Organic Pollutants (POPs) merupakan
senyawa organic yang memiliki kemampuan untuk dapat bertahan lama di lingkungan karena resistensi senyawa – senyawa ini terhadap proses degradasi baik secara kimia, biologi, dan fotolisis.
Rapid Sand Filter = Saringan Pasir Cepat. Slow Sand Filter = Saringan Pasir Lambat. TSS = Total Suspended Solid. UC = Uniformity Coefficient.
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Air limbah domestik dapat didefenisikan sebagai cairan atau limbah yang dibawa zat cair dari rumah tangga bersama dengan air tanah. Limbah cair domestik tersebut berasal dari bak cuci, air bekas mandi, dan air buangan dari mesin cuci. Limbah cair domestik adalah sumber kontaminan pada badan air (danau, sungai, laut, dan sebagainya) (Awwal R. 2016). Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia (PER MENLHK RI) tentang baku mutu air limbah domestik pada nomor 68 tahun 2016 menyebutkan bahwa, air limbah domestik adalah air
limbah yang berasal dari aktivitas hidup sehari – hari manusia yang
berhubungan dengan pemakaian air.
Air limbah domestik terbagi menjadi 2 kelompok, yaitu air limbah yang terdiri dari air buangan tubuh manusia yaitu tinja dan urine (blackwater) dan kamar mandi (greywater) (Utaberta, 2014). Greywater sendiri adalah limbah air yang di dapat dari mencuci baju, mencuci piring atau air bekas dari kamar mandi. Di Indonesia sekitar 80 % limbah yang mencemari sungai adalah dari limbah greywater.
Oleh karena itu, untuk mengurangi dampak negatif tersebut maka perlu suatu upaya pengelolaan limbah cair sebelum dibuang ke drainase. Khususnya dalam hal pengolahan limbah cair domestik, telah ditemukan banyak cara pengolahan seperti berbagai macam teknik penyaringan dan cara - cara lainnya. Sistem pengolahan tersebut yang cuckup sederhana dalam penggunaannya, serta dapat diterima dan mampu dilaksanakan oleh masyarakat.
Salah satu teknik pengolahan limbah cair adalah melalui sistem filter kombinasi yaitu sistem filtrasi upflow - downflow. Sistem filtrasi upflow merupakan sistem pengolahan limbah cair yang pada dasarnya adalah mengalirkan limbah cair melewati suatu media penyaring, dengan arah aliran dari bawah media pasir menuju keatas media pasir, sehingga hasil penyaringan berada di atas limbah baku, sistem up flow lebih mudah untuk melakukan pencucian media. Filtrasi sistem up flow lebih rumit karena memerlukan pengaturan tekanan khusus untuk bisa mengalirkan air limbah kearah atas. Kecepatan penyaringan filtrasi sistem upflow rendah sehingga memerlukan ruang yang cukup luas. Sedangkan sistem filtrasi downflow merupakan sistem saringan dimana air limbah didistribusikan kedalam alat penyaringan dengan arah aliran air dari atas ke bawah. Dengan metode ini setidaknya dapat mengurangi kadar baku mutu limbah cair domestik seperti pH, BOD, COD, TSS, minyak dan lemak, amoniak, dan total coliform.
Sesuai dengan aturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia tahun 2016 tentang baku mutu air limbah domestik, maka pada metode ini akan kami uji kinerja kedua metode tersebut. Untuk itu, kami tertarik untuk melakukan penelitian dengan judul “ Analisis Kinerja Filter Upflow – Downflow Untuk Pengolahan Limbah Cair “.
B. Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka di peroleh rumusan masalah sebagai berikut :
1. Berapakah waktu yang dibutuh pada pengolahan limbah cair sehingga memperoleh standar baku mutu yang ditentukan ?
2. Bagaimanakah efisiensi pengolahan limbah cair dengan metode upflow -
downflow ?
C. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini antara lain :
1. Untuk menganalisis berapa waktu yang dibutuhkan pada pengolahan limbah cair sehingga memenuhi standar baku mutu yang ditentukan. 2. Untuk menganalisis berapa efisiensi pengolahan limbah cair dengan
D. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat penelitian ini antara lain :
1. Untuk mengoptimalkan kinerja pengolahan limbah cair domestik sebelum dialirkan ke drainase.
2. Untuk mengurangi dampak negatif dari buangan limbah cair domestik yang merupakan sumber kontaminan pada badan air (sungai,danau,rawa-rawa , perairan pantai dan sebagainya).
3. Sebagai bahan kajian dan referensi kepada penelitian berikutnya untuk dapat mengembangkan hasil yang diperoleh dari penelitian ini dan mencoba berbagai variasi percobaan sehingga nantinya akan memperoleh data yang lebih lengkap tentang kemampuan teknologi fitrasi dual media yaitu sistem upflow - downflow.
E. Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, perlu adanya pembatasan - pembatasan masalah sehubungan denga keterbatasan dan kemampuan peneliti. Adapun batasan maslah pada penelitian ini antara lain :
1. Tipe filtrasi yang digunakan adalah Rapid Sand Filter (RSF).
2. Media filter yang digunakan berupa pasir (0, 85 mm) lolos saringan 20 dan zeoloit (19,1 mm) lolos saringan ¾.
3. Volume air yang digunakan adalah 100 liter.
4. Variasi ketebalan media filtrasi pasir yang digunakan yaitu, 30 cm dan 20 cm.
6. Sistem filtrasi dengan metode filter aliran bertekanan (preasure filtration) 7. Parameter yang akan diuji adalah kekeruhan dan TSS (Total Suspended
Solid).
8. Model yang digunakan dalam penelitian tidak diskalakan.
9. Sampel air limbah diperoleh dari kediaman penulis yaitu, BTN Minasa Upa, blok M dan Malengkeri, Perumahan Taman Malengkeri.
10. Jarak yang digunakan antara reaktor upflow ke downflow yaitu,150 cm
F. Sistematika Penulisan
Untuk memudahkan pembahasan dalam penelitian ini, maka disusun sistematika penelitian sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan, meliputi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, batasan maslah, dan sistematika penulisan. Bab II Kajian Pustaka, berisi teori, pemikiran, dan hasil penelitian terdahulu yang berhubungan dengan limbah cair domestik dan sistem filtrasi kombinasi
up flow - downflow.
Bab III Metode Penelitian, meliputi lokasi penelitian, waktu penelitian, data dan kegunaan data, prosedur atau langkah – langkah penelitian, dan model analisis.
Bab IV Hasil dan Pembahasan, berisi hasil analisis data dari penelitian dan pembahasan seputar penelitian.
Daftar Pustaka
BAB II
KAJIAN PUSTAKA
A. Limbah
Limbah adalah bahan buangan yang berasal dari pabrik industri atau perumahan dan sudah tidak terpakai yang berdampak negatif terhadap lingkungan masyarakat jika tidak dikelola dengan baik. Limbah merupakan sisa produksi baik dari alam maupun dari kegiatan manusia. Beberapa defini mengenai limbah:
a) Menurut Peraturan Menteri Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat Republik Indonesia (PERMENPU-PR RI) No. 04/PRT/M/2017 tentang penyelenggaraan sistem pengelolaan air limbah domestik pada pasal 1 ayat 1 menyatakan bahwa, air limbah domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha dan/atau kegiatan pemukiman, rumah makan, perkantoran, perniagaan, apartemen, dan asrama.
b) Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia (PER MENLHK RI) tentang baku mutu air limbah domestik pada nomor 68 tahun 2016 menyebutkan bahwa, air limbah domestik
adalah air limbah yang berasal dari aktivitas hidup sehari – hari
1. Limbah Cair
Limbah cair merupakan air yang sudah tidak dapat digunakan lagi serta dapat menimbulkan dampak yang buruk terhadap manusia dan lingkungan. Keberadaan limbah cair ini tidak diharapkan di lingkungan karena tidak memiliki nilai ekonomi. Pengolahan limbah cair yang tepat sangat diutamakan agar tidak mencemari lingkungan. (Mardana, 2007)
2. Karakteristik Limbah Cair
Limbah cair baik domestik maupun non domestik mempunyai beberapa karakteristik sesuai dengan sumbernya, dimana karakteristik limbah cair dapat digolongkan pada beberapa karakteristik yaitu karakteristik fisik, kimia, dan biologi sebagai berikut (Eddy, 2008).
a) Karakteristik Fisik
Karakteristik fisik limbah cair yang harus diketahui yaitu, total suspended solid (TSS), total solid, bau, temperatur, densitas, warna, kekeruhan.
1. Total Suspended Solid (TSS)
Total suspended solid (TSS) adalah residu dari jumlah
keseluruhan padatan yang tersupensi atau tertahan oleh saringan dengan maksimal ukuran partikelnya yaitu 2 µm atau lebih besar dari ukuran patikel koloid. Yang termasuk dalam kategori TSS adalah tanah liat, lumpur, ganggang, logam oksida, bakteri, dan jamur.
2. Total Solid
Total solid adalah materi yang tersisa setelah proses evaporasi pada suhu 103 – 105oC. Karakteristik yang berasal dari saluran air limbah domestik, industri, erosi tanah dan infiltrasi ini dapat menyebabkan bangunan pengolahan penuh dengan lumpur aktif (sluge) dan kondisi anaerob dapat tercipta sehingga mengganggu proses pengolahan air.
3. Bau
Karakteristik ini bersumber dari gas-gas yang dihasilkan selama dekomposisi bahan organik dari air limbah atau karena penambahan suatu substrat ke air limbah.
4. Temperatur
Temperatur ini mempengaruhi konsentrasi oksigen terlarut di dalam air. Air yang baik mempunyai temperatur normal 8oC dari suhu kamar 27oC. Semakin tinggi temperatur air (>27oC) maka kandungan oksigen dalam air berkurang atau sebaliknya.
5. Densitas
Densitas adalah perbandingan antara massa dengan volume yang dinyatakan sebagai slug/ft3 (kg/m3).
6. Warna
Air limbah yang berwarna banyak menyerap oksigen dalam air sehingga dalam waktu lama akan membuat air berwarna hitam dan berbau.
7. Kekeruhan
Kekeruhan diukur dengan perbandingan antara intensitas cahaya yang dipendarkan oleh sampel air limbah dengan cahaya yang dipendarkan oleh suspensi standar pada konsentrasi yang sama (Eddy, 2008).
b) Karakteristik Kimia
Pada air limbah ada tiga karakteristik kimia yang perlu diidentifikasi yaitu bahan organik, anorganik, dan gas.
1. Bahan organik
Pada air limbah bahan organik bersumber dari hewan, tumbuhan, dan aktivitas manusia. Bahan organik itu sendiri terdiri dari C, H, O, N, yang menjadi karakteristik kimia adalah protein, karbohidrat, lemak dan minyak, surfaktan, pestisida dan fenol, dimana sumbernya adalah limbah domestik, komersil, industri kecuali pestisida yang bersumber dari pertanian.
2. Bahan anorganik
Jumlah bahan anorganik meningkat sejalan dan dipengaruhi oleh asal air limbah. Pada umumnya berupa senyawa-senyawa yang mengandung logam berat (Fe, Cu, Pb, dan Mn), asam kuat dan basa kuat, senyawa fosfat senyawa-senyawa nitrogen (amoniak, nitrit, dan nitrat), dan juga senyawa - senyawa belerang (sulfat dan hidrogen sulfida).
3. Gas
Gas yang umumnya ditemukan dalam limbah cair yang tidak diolah adalah nitrogen (N2), oksigen (O2), metana (CH4), hidrogen sulfida (H2S), amoniak (NH3), dan karbondioksida (Eddy, 2008).
c) Karakteristik Biologi
Pada air limbah, karakteristik biologi menjadi dasar untuk mengontrol timbulnya penyakit yang dikarenakan organisme pathogen. Karakteristik biologi tersebut seperti bakteri dan mikroorganisme lainnya yang terdapat dalam dekomposisi dan stabilisasi senyawa organik (Eddy, 2008).
3. Sistem Penyaluran Air Limbah
Sistem penyaluran air limbah adalah suatu rangkaian bangunan air yang berfungsi untuk mengurangi atau membuang air limbah dari suatu kawasan/lahan baik itu dari rumah tangga, perkantoran maupun kawasan industri. Sistem penyaluran biasanya menggunakan sistem saluran tertutup dengan menggunakan pipa yang berfungsi menyalurkan air limbah tersebut ke bak interceptor yang nantinya di salurkan ke saluran utama atau saluran drainase
Sistem penyaluran air limbah pada prinsipnya terdiri dari dua macam, yaitu:
a) Sistem penyaluran terpisah
Sistem penyaluran terpisah adalah sistem yang memisahkan aliran air buangan dengan limpasan air hujan.
Gambar 1. Sistem Saluran Terpisah b) Sistem penyaluran campuran.
Sistem penyaluran menggabungkan aliran air buangan dengan limpasan air hujan.
Gambar 2. Sistem Saluran Tercampur
Downpipe Rain (stromwater) wastewater Soakhole/ soakpit To the wastewater Treatment plant
4. Sumber Limbah Cair
Sumber air limbah dikelompokkan menjadi tiga kategori, yaitu: a) Air limbah domestik atau rumah tangga
Menurut Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Republik Indonesia (PER MENLHK RI) Nomor : P.68 / Menlhk / Setjen / Kum.1 / 8 / 2016 tentang baku mutu air limbah domestik disebutkan pada Pasal 1 ayat 2 bahwa, air limbah domestik adalah air limbah yang
berasal dari aktivitas hidup sehari – hari manusia yang berhubungan
dengan pemakaian air. Air limbah domestik mengandung berbagai
bahan, yaitu kotoran, urine, dan air bekas cucian yang mengandung deterjen, bakteri, dan virus (Eddy, 2008).
b) Air limbah industri
Air yang dihasilkan oleh industri, baik akibat proses pembuatan atau produksi yang dihasilkan industri tersebut maupun proses lainnya (Darmono, 2001). Limbah non domestik adalah limbah yang berasal dari pabrik, industri, pertanian, perternakan, perikanan, transportasi, dan sumber - sumber lain (Eddy, 2008).
c) Infiltrasi
Infiltrasi adalah masuknya air tanah ke dalam saluran air buangan melalui sambungan pipa, pipa bocor, atau dinding manhole, sedangkan inflow adalah masuknya aliran air permukaan melalui tutup manhole, atap, area drainase, cross connection saluran air hujan maupun air buangan. (Eddy, 2008)
5. Dampak Limbah Cair
Limbah organik mengandung sisa-sisa bahan organik, detergen, minyak dan kotoran manusia. Limbah ini dalam skala kecil tidak akan terlalu mengganggu, akan tetapi dalam jumlah besar sangat merugikan. Dampak negatif yang dapat ditimbulkan limbah cair adalah sebagai berikut:
a) Gangguan terhadap kesehatan manusia
Gangguan terhadap kesehatan manusia dapat disebabkan oleh kandungan bakteri, virus, senyawa nitrat, beberapa bahan kimia dari industri dan jenis pestisida yang terdapat dari rantai makanan, serta beberapa kandungan logam seperti merkuri, timbal, dan kadmium (Eddy, 2008).
b) Gangguan terhadap keseimbangan ekosistem
Kerusakan terhadap tanaman dan binatang yang hidup pada perairan disebabkan oleh eutrofikasi yaitu pencemaran air yang
disebabkan oleh munculnya nutrient yang berlebihan ke dalam ekosistem air, air dikatakan eutrofik jika konsentrasi total phosphorus (TP) dalam air berada dalam rentang 35-100 µg/L dan pertumbuhan tanaman yang berlebihan (Eddy, 2008).
c) Gangguan terhadap estetika dan benda
Gangguan kenyamanan dan estetika berupa warna, bau, dan rasa. Kerusakan benda yang disebabkan oleh garam-garam terlarut seperti korosif atau karat, air berlumpur, menyebabkan menurunnya
kualitas tempat-tempat rekreasi dan perumahan akibat bau serta eutrofikasi (Eddy, 2008).
B. Limbah Cair Domestik
Limbah cair domestik adalah air yang telah dipergunakan dan berasal dari rumah tangga atau pemukiman termasuk di dalamnya adalah yang berasal dari kamar mandi, tempat cuci, serta tempat memasak (Sugiharto, 2008). Komposisi limbah cair rata-rata mengandung bahan organik dan senyawa mineral yang berasal dari sisa makanan, urin, dan sabun. Sebagian limbah rumah tangga berbentuk suspensi lainnya dalam bentuk bahan terlarut.
Limbah cair ini dapat dibagi menjadi 2 (dua) yaitu limbah cair kakus yang umum disebut black water dan limbah cair dari mandi - cuci yang disebut grey water. Black water oleh sebagian penduduk dibuang melalui septic tank, namun sebagian dibuang langsung ke sungai, sedangkan grey
water hampir seluruhnya dibuang ke sungai-sungai melalui saluran (Mara,
2004).
1. Karakteristik Limbah Cair Domestik
Limbah cair domestik merupakan salah satu sumber pencemaran lingkungan. Karakteristik limbah cair domestik dapat dilihat pada Tabel 1:
Tabel 1. Karakteristik Limbah Cair Domestik
Parameter Satuan Kadar
Maksimum pH - 6 - 9 BOD mg/L 30 COD mg/L 100 TSS mg/L 30 Minyak dan Lemak mg/L 5 Amoniak mg/L 10
Total Coliform Jumlah/100 mL 3000
Debit L/orang/hari 100
Sumber : Baku Mutu Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Nomor P.68/Menlhk/Setjen/Kum.1/8/2016 Tahun 2016 Tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik.
2. Dampak Limbah Cair Domestik
Beberapa masalah yang dapat ditimbulkan oleh buangan limbah cair domestik antara lain :
a) Merusak keindahan atau estetika karena pemandangan menjadi tidak sedap dan berbau busuk.
b) Menimbulkan kerusakan lingkungan.
c) Merusak dan membunuh kehidupan di dalam air. d) Membahayakan kesehatan.
Masuknya air limbah domestik ke dalam lingkungan perairan akan mengakibatkan perubahan - perubahan besar dalam sifat fisika, kimia, dan biologis perairan tersebut seperti suhu, kekeruhan, konsentrasi oksigen terlarut, zat hara, dan produksi dari bahan beracun. Tingkat dan luas
pengaruh yang ditimbulkan terhadap organisme perairan tersebut sangat tergantung dari jenis dan jumlah bahan pencemar yang masuk ke perairan. Berubahnya keseimbangan antara faktor fisika-kimia dan biologis dalam suatu lingkungan akibat adanya senyawa pencemar dapat mempengaruhi organisme dalam lingkungan tersebut.
C. Filtrasi
Filtrasi adalah suatu proses pemisahan zat padat dari fluida (cair maupun gas) yang membawanya menggunakan suatu medium berpori atau bahan berpori lain untuk menghilangkan sebanyak mungkin zat padat halus yang tersuspensi dan koloid. Pada pengolahan air minum, filtrasi digunakan untuk menyaring air hasil dari proses koagulasi – flokulasi – sedimentasi sehingga dihasilkan air minum dengan kualitas tinggi. Di samping mereduksi kandungan zat padat, filtrasi dapat pula mereduksi kandungan bakteri, menghilangkan warna, rasa, bau, besi dan mangan. Perencanaan suatu sistem filter untuk pengolahan air tergantung pada tujuan pengolahan dan
pre-treatment yang telah dilakukan pada air baku sebagai influen filter.
Filtrasi adalah proses penyaringan partikel secara fisik, kimia dan biologi untuk memisahkan atau menyaring partikel yang tidak terendapkan
disedimentasi melalui media berpori. Selama proses filtrasi zat zat pengotor dalam media penyaring akan menyebabkan terjadinya penyumbatan pada pori pori media sehingga kehilangan tekanan akan meningkat (Joko, T, 2010)
1. Tipe filter
Berdasarkan pada kapasitas produksi air yang terolah, filter pasir dapat dibedakan menjadi dua yaitu filter pasir cepat dan filter pasir lambat a) Filter pasir lambat (Slow sand filter)
Filter pasir lambat merupakan penyaringan partikel yang tidak didahului proses pengolahan kimiawi (koagulasi). Kecepatan aliran dalam media pasir ini kecil karena ukuran media pasir lebih kecil. Saringan pasir lambat lebih menyerupai penyaringan air secara alami, kecepatan filtrasi lambat yaitu sektar 0, 1 hingga 0, 4 m/jam. Kecepatan yang lebih lambat ini disebabkan ukuran media pasir lebih kecil (effective size 0, 15 – 0, 35 mm)
Filter pasir lambat cukup efektif digunakan untuk menghilangkan kandungan bahan organik dan organisme patogen pada air baku yang mempunyai kekeruhan relatif rendah yaitu dengan kekeruhan dibawah 50 NTU. Efisiensi pasir lambat tergantung pada distribusi ukuran partikel pasir, ratio luas permukaan filter terhadap kedalaman dan kecepatan filtrasi.
b) Filter pasir Cepat (Rapid sand filter)
Filter pasir cepat adalah filter yang mempunyai kecepatan filtrasi cepat, berkisar 4 hingga 21 m/jam. Kecepatan aliran air dalam media pasir lebih besar karena ukuran media pasir lebih besar. Filter ini selalu didahului dengan proses koagulasi – flokulasi dan pengendapan untuk memisahkan padatan tersuspensi. Kekeruhan filter pasir cepat
berkisar 5 – 10 NTU, efisiensi penurunannya dapat mencapai 90 - 98%
Berdasarkan arah alirannya, filtrasi dibagi menjadi: Filter aliran kebawah (Down flow filtration) Filter aliran keatas (Up flow filtration)
Filter Kombinasi (Up flow - down flow filtration) Horizontal flow filtration
Berdasarkan sistem pengaliran/driving force, filtrasi dibagi menjadi Filter secara gravitasi (gravity filtration)
Filter aliran bertekanan (preasure filtration)
2. Sistem Filtrasi down flow
Sistem filtrasi Down Flow merupakan sistem saringan dimana air limbah didistribusikan kedalam alat penyaringan dengan arah aliran air dari atas ke bawah.
Secara umum, proses pengolahan air limbah dengan sitem filtrasi
Down Flow terdiri atas unit proses, yakni bak penampung air limbah. Unit
pengolahan air dengan filter pasir lambat Down Flow merupakan satu paket dimana kapasitas pengolahan dapat dirancang dengan berbagai macam ukuran sesuai dengan kebutuhan yang diperlukan. Biasanya filter ini hanya terdiri dari sebuah bak untuk menampung air dan media penyaring pasir. Bak ini dilengkapi dengan sistem saluran bawah, inlet, autlet dan peralatan kontrol.
Struktur inlet dibuat sedemikian rupa sehingga air masuk kedalam saringan dan tidak merusak atau mengaduk permukaan media kerikil bagian atas. Sedengkan struktur autlet selain untuk pengeluaran air hasil olahan, berfungsi juga sebagai weir untuk kontrol tinggi muka air diatas lapisan.
Pengolahan air limbah dengan menggunakan saringan pasir lambat
Down Flow ini mempunyai keunggulan antara lain :
a) Air hasil penyaringan cukup bersih untuk keperluan rumah tangga. b) Membuatnya cukup mudah dan sederhana pemeliharaannya.
c) Bahan-bahan yang digunakan mudah didapatkan di daerah pedesaan. d) Tidak memerlukan bahan kimia, sehingga biaya operasinya sangat
murah.
e) Dapat menghilangkan zat besi, mangan, warna dan kekeruhan.
f) Dapat menghilangkan ammonia dan pollutan organic, karena proses penyaringan berjalan secara fisika biokimia.
g) Sangat cocok untuk daerah pedesaan dan proses pengolahan yang sangat sederhana.
Sedangkan beberapa kelemahan saringan pasir lambat Down Flow tersebut yakni antara lain :
a) Jika air bakunya mempunyai kekeruhan yang tinggi, beban filter menjadi besar, sehingga sering tejadi kebuntuan, akibatnya waktu pencucian filter menjadi pendek.
b) Kecepatan penyaringan rendah, sehingga memerlukan ruangan yang cukup luas.
c) Pencucian filter dilakukan secara manual, yakni dengan cara mengeruk lapisan pasir bagian atas dan dicuci dengan air bersih, dan setelah bersih dimasukkan kembali kedalam saringan seperti semula.
d) Karena tanpa bahan kimia, tidak dapat digunakan untuk menyaring air gambut.
Berikut adalah contoh sistem filtrasi downflow yang disajikan pada gambar 3 sebagai berikut:
3. Sistem Filtrasi Up flow
Sistem saringan upflow merupakan sistem pengolahan limbah cair yang pada dasarnya adalah mengalirkan limbah cair melewati suatu media penyaring, dengan arah aliran dari bawah media pasir menuju keatas media pasir, sehingga hasil penyaringan berada di atas limbah baku. Filtrasi
Gambar 3. Sistem Filtrasi Down Flow (dari atas ke bawah) Air limbah
dengan sistem aliran upflow dilihat lebih efektif untuk meminimalisir terjadinya kebuntuan pada media karena kekeruhan limbah baku yang tinggi.Selain itu, dengan sistem seperti ini, akan lebih mudah untuk pencucian media, yaitu cukup dengan membuka kran penguras yangakan mengalirkan hasil olahan yang lebih bersih (Said, 2005).
Menurut Khambhammettu. 2006, bagian- bagian yang ada pada alat filtrasi sistem aliran upflow hampir sama dengan filtrasi downflow, yaitu terdiri dari bagian inlet, lapisan air di bawah media penyaring, media pasir, dan bagian pengeluaran, tetapi letak masing-masing bagian berkebalikan secara vertikal saja dengan sist em filtrasi downflow.
Menurut Said (2005), pengolahan limbah cair dengan menggunakan saringan pasir sistem aliran upflow mempunyai keunggulan antara lain:
a) Filtrasi sistem upflow tidak memerlukan bahan kimia, sehingga biaya operasinya murah.
b) Filtrasi sistem upflow dapat menghilangkan zat besi, mangan, dan warna serta kekeruhan.
c) Filtrasi sistem upflow dapat menghilangkan amonia dan polutan oganik, karena proses penyaringan berjalan secara fisik dan biokimia.
d) Filtrasi sistem upflow lebih mudah untuk melakukan pencucian media e) Proses filtrasi sistem upflow tidak terlalu terpengaruh oleh tingkat
kekeruhan air atau limbah baku.
a) Filtrasi sistem upflow lebih rumit karena memerlukan pengaturan tekanan khusus untuk bisa mengalirkan air atau limbah ke arah atas.
b) Kecepatan penyaringan Filtrasi sistem upflow rendah sehingga memerlukan ruang yang cukup luas.
Berikut adalah contoh sistem filtrasi upflow yang disajikan pada gambar 4 sebagai berikut:
4. Media Filter dan Distribusi Media
Bagian filter yang berperan penting dalam melakukan penyaringan adalah media filter. Media Filter dapat tersusun dari pasir silika alami, anthrasit, atau pasir garnet. Media ini umumnya memiliki variasi dalam ukuran, bentuk dan komposisi kimia. Pemilihan media filter yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan (sieve analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva akumulasi distribusi untuk
mencari ukuran efektif (effective size) dan keseragaman media yang diinginkan dinyatakan sebagai (uniformity coefficient).
Effective Size (ES) atau ukuran efektif media filter adalah ukuran media
filter bagian atas yang dianggap paling efektif dalam memisahkan kotoran yang besarnya 10 % dari total kedalaman lapisan media filter atau 10 % dari fraksi berat, ini sering dinyatakan sebagai d10 (diameter pada persentil 10).
Uniformity Coefficient (UC) atau koefisien keseragaman adalah angka
keseragaman media filter yang dinyatakan dengan perbandingan antara ukuran diameter pada 60 % fraksi berat terhadap ukuran efektif atau dapat ditulis UC = d60/d10. d60 adalah diameter butiran pada persentil 60
Berdasarkan jenis dan jumlah media yang digunakan dalam penyaringan, media filter dikategorikan menjadi:
a) Single media: Satu jenis media seperti pasir silika, atau dolomit saja. Filter cepat tradisional biasanya menggunakan pasir kwarsa. Pada sistem ini penyaringan SS terjadi pada lapisan paling atas sehingga dianggap kurang efektif karena sering dilakukan pencucian.
b) Dual media: misalnya digunakan pasir silica, dan anthrasit. Filter dual
media sering digunakan filter dengan media pasir kwarsa di lapisan
bawah dan antharasit pada lapisan atas.
c) Multi media: misalnya digunakan pasir silica, anthrasit dan garnet atau dolomit. Fungsi multi media adalah untuk memfungsikan seluruh lapisan filter agar berperan sebagai penyaring.
Kriteria nilai ukuran efektif dan keseragaman media untuk beberapa jenis dan media filter dapat dilihat pada Tabel 2
Tabel 2. Kriteria Perencanaan media filter untuk Pengolahan Air Minum (Reynolds dan Richards, 1996)
Karakteristik Nilai Rentang Tipikal I. Single Media A. Media Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC B. Media anthrasit Kedalaman (mm) ES (mm) UC
C. Rate Filtrasi (l/det m2)
610 – 760 0,35 – 0,70 < 1,7 610 – 760 0,70 – 0,75 < 1,75 1,36 – 3.40 685 0,6 < 1,7 685 0.75 < 1,75 2,72
II. Dual Media A. Media Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC B. Media anthrasit Kedalaman (mm) ES (mm) UC
C. Rate Filtrasi (l/det m2)
150 – 205 0,45 – 0,55 1,5 – 1,7 460 – 610 0,9 – 1,1 1,6 – 1,8 2,04 – 5.44 150 0,5 1,6 610 1 1,7 3,4
Tabel 2. Lanjutan III. Multi Media
A. Media Pasir Kedalaman (mm) ES (mm) UC B. Media anthrasit Kedalaman (mm) ES (mm) UC C. Garnet Kedalaman (mm) ES (mm) UC
D. Rate Filtrasi (l/det m2)
150 – 230 0.45 – 0.55 1,5 – 1,65 420 – 530 0,95 – 1,0 1,55 – 1,75 75 – 115 0,20 – 0,35 1,6 – 2.0 2,72 – 6,80 230 0,5 1,6 460 1 <1,75 75 0,2 <1.6 4,08
Susunan media berdasarkan ukurannya dibedakan menjadi :
a) Seragam (uniform), ukuran butiran media filter relatif sama dalam satu bak b) Gradasi (stratified) ukuran butiran media tidak sama dan tersusun
bertingkat
c) Tercampur (mixed) ukuran butiran media tidak sama dan bercampur
Kriteria nilai ukuran efektif dan keseragaman media untuk beberapa jenis dan jumlah media filter dapat dilihat pada Tabel 2. Bila suatu stok pasir tidak memenuhi kriteria, maka harus dilakukan pemilihan ukuran hingga memenuhi kriteria tersebut.
5. Dimensi Bak Filter
Luas permukaan bak filter tergantung pada jumlah bak, debit pengolahan dan kecepatan (rate filtrasi.). Jumlah bak juga dapat ditentukan dengan batasan luas permukaan maksimum 100 m² per bak.Jumlah bak minimum adalah dua.
Luas permukaan dan volume bak dapat di hitung dengan rumus: ... (1) P × L × T ... (2)
Dengan P adalah panjang reaktor, L adalah lebar, dan T adalah tinggi reaktor saringan pasir. Berdasarkan luas permukaan bak, ukuran bak (panjang, lebar, atau diameter) dapat di tentukan. Ratio lebar terhadap panjang berkisar 1 : 1 hingga 1 : 2 .
Tinggi bak filter di tentukan dari tinggi total bahan yang terdapat di bak, meliputi underdrain, media penyangga, media filter, dan air di atas media ditambah dengan tinggi jagaan (free board).
6. Media Filtrasi
a) Zeolith
Zeolith merupakan suatu mineral yang dihasilkan dari proses hidrothermal pada batuan beku basa, secara umum zeolith mampu
menyerap, menukar ion dan menjadi katalis. Sifat zeolit sebagai adsorben dan penyaring molekul, dimungkinkan karena struktur zeolith yang berongga, sehingga zeolith mampu menyerap sejumlah besar molekul yang berukuran
yang telah terdehidrasi merupakan adsorben yang selektif dan mempunyai efektivitas adsorpsi yang tinggi.
Sedangkan sifat zeolith sebagai penukar ion karena adanya kation logam alkali dan alkali tanah. Kation tersebut dapat bergerak bebas didalam rongga dan dapat dipertukarkan dengan kation logam lain dengan jumlah yang sama. Akibat struktur zeolit berongga, anion atau molekulberukuran lebih kecil atau sama dengan rongga dapat masuk dan terjebak. Zeolit berbentuk kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung muatan positifdari ion-ion logam alkali dan alkali tanah dalam kerangka kristal tiga dimensi (Hay, 1966), dengan setiap oksigen membatasi antara dua tetrahedral.
b) Pasir
Penyaringan atau filtrasi adalah proses pemisahan komponen padatan yang terkandung di dalam air dengan melewatkannya melalui media yang berpori atau bahan berpori lainnya untuk memisahkan padatan dalam air tersebut baik yang berupa suspensi maupun koloid. Selain itu, penyaringan juga dapat mengurangi kandungan bakteri, bau, rasa, mangan, dan besi. Menurut Baker (1948), catatan tertulis paling awal tentang pengolahan air, sekitar tahun 4000 SM, menyebutkan filtrasi air melalui pasir dan kerikil. Walaupun sejumlah modifikasi telah dibuat dengan cara yang aplikasi, filtrasi tetap menjadi salah satu teknologi mendasar terkait dengan pengolahan air. Digunakannya media filter atau saringan karena merupakan alat filtrasi atau penyaring yang memisahkan campuran solida likuida dengan media porous
atau material porous lainnya guna memisahkan sebanyak mungkin padatan tersuspensi yang paling halus. Dan penyaringan ini merupakan proses pemisahan antara padatan atau koloid dengancairan, dimana prosesnya bisa dijadikan sebagai proses awal (primary treatment).
Menurut Tjokrokusumo (1998), pada pengolahan air baku dimana proses koagulasi tidak perlu dilakukan, maka air baku langsung dapat disaring dengan saringan jenis apa saja termasuk pasir kasar. Karena saringan kasar mampu menahan material tersuspensi dengan penetrasi partikel yang cukup dalam, maka saringan kasar mampu menyimpan lumpur dengan kapasitas tinggi. Karakteristik filtrasi dinyatakan dalam kecepatan hasil filtrat. Masing-masing dipilih berdasarkan pertimbangan teknik dan ekonomi dengan sasaran utamanya, yakni menghasilkan filtrat yang murah dengan kualitas yang tetap tinggi.
Berikut merupakan persyaratan teknis pasir sebagai media penyaringan menurut standar SNI 3981-2008 tentang Saringan Pasir Lambat :
1. Berat Jenis Pasir
Berat jenis pasir permukaan jenuh air yaitu perbandingan antara berat agregat kering permukaan jenuh dan berat air suling yang isinya sama dengan isi agregat dalam keadan jenuh pada suhu tertentu. Berdasarkan SNI 3981-2008, berat jenis pasir sebagai media penyaringan yaitu sebesar 2,55 gr/cm3 – 2,65 gr/cm3.
Berikut merupakan persamaan yang digunakan untuk menghitung berat jenis pasir.
Keterangan:
B = Berat Pasir Jenuh Air
C = Berat Piknometer + Air + Contoh Pasir Jenuh Air D = Berat Piknometer diisi Air
2. Analisa Saringan Agregat Pasir
Analisa saringan agregat adalah penentuan persentase berat butiran agregat yang lolos dari satu set saringan kemudian angka - angka persentase digambarkan pada grafik pembagian butir. Pemilihan media saringan yang akan digunakan dilakukan dengan analisa ayakan (sieve
analysis). Hasil ayakan suatu media filter digambarkan dalam kurva
akumulasi distribusi untuk mencari ukuran efektif (effective size) dan keseragaman media yang diinginkan (dinyatakan sebagai uniformity
coefficient).
3. Ijuk atau sekat
Ijuk atau Sekat yang merupakan serat alam yang mungkin hanya sebagian orang mengetahui kalau serat ini sangat lah istimewa di banding dengan serat lainya. Ijuk (duk, injuk) adalah serabut hitam dan keras pelindung pangkal pelepah daun enau atau aren (Arenga pinnata) yang
𝐵𝑒𝑟𝑎𝑡 𝐽𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑃𝑎𝑠𝑖𝑟
=
𝐵meliputi dari bawah sampai atas batang aren. Fungsi dari ijuk (serabut kelapa) dalam proses filtrasi air adalah untuk menyaring kotoran-kotoran halus dengan membuat lapisan pasir, ijuk, arang aktif, pasir dan batu. Dan juga sebagai media penahan pasir halus agar tidak lolos ke lapisan bawahnya.
7. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Effisiensi Filtrasi
Dalam proses filtrasi terjadi reaksi kimia dan fisika, sehingga banyak faktor–faktor yang saling berkaitan yang akan mempengaruhi pula kualitas air hasil filtrasi, efisiensinya, dan sebagainya. Faktor – faktor tersebut adalah debit filtrasi, kedalaman media, ukuran dan material, konsentrasi kekeruhan, tinggi muka air, kehilangan tekanan, dan temperature.
a) Debit Filtrasi
Debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien. Sehingga proses filtrasi tidak dapat terjadi dengan sempurna, akibat adanya aliran air yang terlalu cepat dalam melewati rongga diantara butiran media pasir. Hal ini menyebabkan berkurangnya waktu kontak antara permukaan butiran media penyaring dengan air yang akan disaring. Kecepatan aliran yang terlalu tinggi saat melewati rongga antar butiran menyebabkan partikel–partikel yang terlalu halus yang tersaring akan lolos.
Q = v / t ... (4) Dimana: Q = Debit v = Volume Air t = Waktu pengaringan b) Konsentrasi Kekeruhan
Konsentrasi kekeruhan sangat mempengaruhi efisiensi dari filtrasi. Konsentrasi kekeruhan air baku yang sangat tinggi akan menyebabkan tersumbatnya lubang pori dari media atau akan terjadi clogging. Sehingga dalam melakukan filtrasi sering dibatasi seberapa besar konsentrasi kekeruhan dari air baku (konsentrasi air influen) yang boleh masuk. Jika konsentrasi kekeruhan yang terlalu tinggi, harus dilakukan pengolahan terlebih dahulu, seperti misalnya dilakukan proses koagulasi – flokulasi dan sedimentasi. Efisiensi penurunan kekeruhan dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :
Rkekeruhan =
... (5)
Dimana :
Rkekeruhan = Efisiensi kekeruhan (%)
Kin = Kekeruhan sebelum di saring (NTU)
Kout = Kekeruhan setelah di saring (NTU).
c) Temperatur
kinematis dari air akan mengalami perubahan. Selain itu juga akan mempengaruhi daya tarik menarik diantara partikel halus penyebab kekeruhan, sehingga terjadi perbedaan dalam ukuan besar partikel yang akan disaring. Akibat ini juga akan mempengaruhi daya adsorpsi. Akibat dari keduanya ini, akan mempengaruhi terhadap efisiensi daya saring filter.
d) Kedalaman media, Ukuran, dan Material.
Pemilihan media dan ukuran merupakan keputusan penting dalam perencanaan bangunan filter. Tebal tipisnya media akan menentukan lamanya pengaliran dan daya saring. Media yang terlalu tebal biasanya mempunyai daya saring yang sangat tinggi, tetapi membutuhkan waktu pengaliran yang lama.
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 (penyumbatan lubang pori oleh partikel–partikel halus yang
e) Tinggi muka air di atas media dan kehilangan tekanan
Keadaan tinggi muka air di atas media berpengaruh terhadap besarnya debit atau laju filtrasi dalam media. Tersedianya muka air yang cukup tinggi diatas media akan meningkatkan daya tekan air untuk masuk kedalam pori. Dengan muka air yang tinggi akan meningkatkan laju filtrasi (bila filter dalam keadaan bersih). Muka air diatas media akan naik bila lubang pori tersumbat (terjadi clogging) terjadi pada saat filter dalam keadaan kotor. Untuk melewati lubang pori, dibutuhkan aliran yang memiliki tekanan yang cukup. Besarnya tekanan air yang ada diatas media dengan yang ada didasar media akan berbeda di saat proses filtrasi berlangsung. Perbedaan inilah yang sering disebut dengan kehilangan tekanan (headloss). Kehilangan tekanan akan meningkat atau bertambah besar pada saat filter semakin kotor atau telah dioperasikan selama beberapa waktu. Friksi akan semakin besar bila kehilangan tekanan bertambah besar, hal ini dapat diakibatkan karena semakin kecilnya lubang pori (tersumbat) sehingga terjadi clogging.
D. Penelitian yang Relevan
Tabel 3. Matriks Penelitian Terdahulu
No. Penulis Judul Tujuan
Variabel Diteliti Metode Penelitian 1. Awwal Raafiandy dan Hudori Efektivitas pengolahan Greywater dengan menggunakan RSF (Rapid Sand Filter) dalam menurunkan kekeruhan, TSS, BOD, COD
Untuk mengetahui kemampuan pengolahan air limbah bekas mandi dengan menggunakan filter.
kekeruhan, TSS, BOD, COD
Pada penelitian ini akan
digunakan suatu teknologi yaitu reaktor saringan pasir cepat (rapid sand filter). Dalam penelitian ini juga Mengetahui Perbedaan ketebalan dan jenis media filter terhadap efektifitas pengolahan dengan reaktor RSF.
2. Alfi Rahmi Pengolahan air
limbah menjadi air domestik non konsumsidengan variasi karbon aktif
biosand filter
Untuk mengetahui kemampuan dalam menurunkan parameter baku mutu limbah cair Rumah Makan yaitu pH, BOD, TSS serta minyak dan lemak.
pH, BOD, TSS serta minyak dan lemak.
Uji baku mutu air limbah cair rumah makan setelah penyaringan menggunakan arang batok kelapa, arang cangkang sawit, arang sekam padi, arang sebuk gergaji.
Tabel 3. Lanjutan 3. Sri Widyastuti dan Antik Sepdian Sari Kinerja pengolahan air bersihdengan proses filtrasi dalam mereduksi
kesadahan.
Untuk mengetahui berapa persen penurunan
kesadahan (CaCO3) dari pengolahan system filtrasi dengan arah aliran down flow dan up flow
Kesadahan (CaCO3)
Membandingkan kecepatan alir filtrat antara sistem filtrasi upflow dan downflow guna mengetahui sistem filtrasi mana yang
mempunyai waktu operasi lebih lama dengan memperhatikan efisiensi penurunan parameter kesadahan 4. Yunita Mulyana, Rizki Purnaini, dan Berlian Sitorus. Pengolahan limbah cair domestik utuk penggunaan ulang (Water Reuse)
Untuk mendapatkan suatu sistem pengolahan limbah cair berskala laboratorium yang dapat digunakan untuk mengolah limbah cair domestik dan
menghasilkan efluen yang dapat memenuhi
persyaratan baku mutu air yang layak untuk
digunakan kembali
COD, TSS dan Total Koliform
Sampel limbah cair domestik khususnya grey water untuk bahan penelitian diambil dari outlet saluran pembuangan air buangan rumah kos yang berlokasi di Kecamatan Pontianak Selatan.
BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
A. Analisis Kecepatan Pengolahan Limbah Cair Domestik Dengan Metode Upflow – Downflow.
Pada penelitian ini dilakukan menggunakan dua arah aliran yaitu, arah aliran ke atas (upflow) dan arah aliran ke bawah (downflow). Hal tersebut dimaksudkan untuk pengolahan limbah cair domestik dalam rangka memenuhi standar baku mutu air limbah berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan Tahun 2016. Adapun parameter yang menjadi fokus pada penelitian ini adalah kekeruhan dan TSS (Total Suspended Solid).
1. Dimensi Bak filter
Pada pengujian ini digunakan 2 bak saringan dengan rangkaian secara upflow – downflow. Berikut adalah ukuran masing - masing bak
saringan:
a) Dimensi bak saringan upflow – downflow.
i. Luas penampang masing – masing bak saringan (A) A = P x L
A = 0.25 m x 0.25 m A = 0. 0625 m²
V = P x L x T
V = 0.25 m x 0.25 m x 2 m V = 0.125 m³
iii. Under drain V = P x L x T
V = 0.25 x 0.25 x 0.1 V = 0.00625 m²
b) Panjang pipa penghubung bak saringan 150 cm, dengan diameter pipa 1½ inch.
2. Pengujian Debit
Debit merupakan ukuran banyaknya volume air yang mampu melewati suatu tempat atau mampu di tampung dalam suatu tempat setiap satuan waktu. Untuk mengukur debit dapat dilakukan dengan berbagai cara baik dengan cara manual maupun menggunakan alat. Pada penelitian ini pengujian debit dilakukan secara manual sehingga di peroleh data debit sebagai berikut :
a. Debit Masuk ( Q in )
Pada penelitian ini dilakukan pengujian debit secara manual, pengujian dimaksudkan untuk memperoleh debit optimal untuk pengisian sampel limbah rumah tangga ke dalam reaktor sand filter, dari hasil pengujian terebut data lalu di analisis dengan
menggunakan persamaan (4) Salah satu contoh perhitungan debit yaitu sebagai berikut :
Diketahui : Volume sampel = 1.100 ml Waktu = 2.39 detik Q = Q = Q = 0. 460 L/dtk
Perhitungan selanjutnya pada table 6: Tabel 6. Perhitungan debit masuk (Q in)
Volume Sampel waktu Debit (Q)
L Detik L/dtk 1 1,100 2,39 0,460 2 1,104 2,19 0,504 3 1,050 1,88 0,559 4 1,030 1,17 0,880 5 1,010 2,12 0,476 0,576 No Debit Rata-rata
Dari hasil perhitungan diatas di peroleh debit masuk (Q in) sebesar 0.576 L/dtk yang akan digunakan pada pengujian setiap ketebalan dan jenis air limbah yang digunakan.
b. Debit Keluar ( Q out )
Pada dasarnya debit keluar (Qout) di pengaruhi oleh ketebalan media filter dan zat yang tersuspensi dalam sampel yang digunakan, dengan demikian perlu dilakukan pengamatan terhadap
setiap variasi filter yang digunakan, debit keluar dapat dihitung dengan memperhatikan jumlah air keluar dan waktu yang diperlukan air untuk terfiltrasi.
Berikut salah satu contoh perhitungan debit keluar (Q out) : Diketahui:
Volume air keluar = 0,280 liter Waktu filtrasi = 3,242 detik
Q out = Q out =
Q out = 0,086 L/dtk
Debit keluar setiap variasi filter dapat di perhatikan pada tabel 7 berikut:
Tabel 7. Debit outlet setiap sampel pada pengujian saringan Debit Masuk Debit Keluar
Qin Qout
L/dtk L/dtk Limbah Cuci Pakaian 0,086
Limbah Dapur 0,082
Limbah Cuci Kendaraan 0,051 Limbah Cuci Pakaian 0,049
Limbah Dapur 0,046
Limbah Cuci Kendaraan 0,046 Limbah Cuci Pakaian 0,042
Limbah Dapur 0,043
Limbah Cuci Kendaraan 0,040 Jenis Limbah Uji
0,576 0,576 0,576 2 Saringan 1 : Zeolith = 20 cm, Pasir = 30 cm, Ijuk = 3 cm 3 Saringan 1 : Zeolith = 30 cm, Pasir = 30 cm, Ijuk = 3 cm 1 Saringan 1 : Zeolith = 20 cm, Pasir = 20 cm, Ijuk = 3 cm No. Variasi Saringan
Pengaruh variasi filter terhadap debit outlet (Qout) pada setiap
sampel uji yang digunakan dapat dilihat pada gambar 7 sebagai berikut:
Gambar 7. Grafik debit keluar pada setiap variasi saringan dan sampel uji. Dari grafik diatas dapat di ketahui bahwa semakin tebal media saringan yang digunakan maka semakin lambat debit keluar yang dihasilkan sebaliknya semakin tipis media saringan maka debit keluar yang dihasilkan akan semakin besar.
3. Hasil uji
Dalam penelitian ini dilakukan pergantian media untuk memenuhi variasi media yang telah direncanakan. Variasi saringan yang akan digunakan adalah tiga variasi yaitu:
Saringan 1 (Zeolith = 20 cm, Pasir = 30 cm, Ijuk = 3 cm), Saringan 2 (Zeolith = 20 cm, Pasir = 30 cm, Ijuk = 3 cm), Saringan 3 (Zeolith = 30 cm, Pasir =30 cm, Ijuk = 3 cm).
Ke-3 variasi saringan tersebut selanjutnya akan di uji menggunakan 3 sampel limbah cair domestik serta pengambilan sampel uji dilakukan pada setiap menit ke - 20, menit ke - 25, dan menit ke - 30. Pengolahan ini
dimaksudkan untuk memperoleh kecepatan pengolahan air pada metode
upflow – downflow sehingga air yang telah diolah memenuhi standar baku
mutu air limbah serta aman untuk disalurakan ke drainase. Dengan parameter yang menjadi fokus pengujian adalah kekeruhan dan total
suspended solid (TSS).
Berikut hasil pengujian setiap sampel dengan variasi saringan yang telah di tentukan:
a. Kekeruhan
Pada pengujian ini di gunakan 3 variasi saringan dan 3 variasi limbah cair domestik dengan titik sampling outlet dilakukan pada menit ke - 20, menit ke - 25 dan menit ke - 30. Berikut hasil pengujian kekeruhan setiap sampel yang digunakan:
i. Limbah Cuci Pakaian
Berikut adalah penurunan kekeruhan pada setiap variasi saringan terhadap limbah cuci pakaian sebagaimana disajikan pada tabel 8 dan gambar 8:
Tabel 8. Konsentrasi kekeruhan pada saringan 1 dengan sampel limbah cuci pakaian
Upflow Downflow
(menit) NTU NTU NTU % NTU
0 50 50 50 0 25
20 50 8 4 88 25
25 50 3 2 95 25
30 50 2 0 98 25
Waktu Inlet Penurunan
Baku Mutu Outlet
Dari tabel diatas, hasil pengujian penurunan kekeruhan sampel limbah cuci pakaian sebagai berikut :
Gambar 8. Grafik penurunan kekeruhan pada variasi saringan 1 pada sampel limbah cuci pakaian.
Media zeolite dengan tebal 20 cm dan pasir dengan ketebalan 20 cm mampu mereduksi kekeruhan pada limbah cuci pakaian. Sehingga efluen yang dihasilkan menurun konsentrasinya. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa penurunan konsentrasi kekeruhan mengalami penurunan yang cukup cepat dan signifikan. Hal ini dapat dilihat dari angka penurunan yang terjadi mulai dari 50 NTU ke 4 NTU hanya dalam waktu 20 menit. Dengan ini penurunan konsentrasi kekeruhan sesuai dengan standar baku mutu Peraturan
Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan tahun 2016 yaitu 25 NTU.
Pada pengamatan konsentrasi penurunan kekeruhan untuk variasi saringan 2 dapat dilihat pada tabel 9 dan gambar 9 sebagai berikut:
Tabel 9. Konsentrasi kekeruhan pada saringan 2 dengan sampel limbah cuci pakaian
Upflow Downflow
(menit) NTU NTU NTU % NTU
0 58 58 58 0 25 20 58 1 1 98 25 25 58 1 0 99 25 30 58 0 0 100 25 Baku Mutu Outlet Waktu Sarungan 2 Penurunan Inlet
Dari tabel diatas, hasil pengujian penurunan kekeruhan sampel limbah cuci pakaian sebagai berikut :
Gambar 9. Grafik penurunan kekeruhan pada variasi saringan 2 pada sampel limbah cuci pakaian.
Media zeolite dengan tebal 20 cm dan pasir dengan ketebalan 30 cm mampu mereduksi kekeruhan pada limbah cuci pakaian. Sehingga efluen yang dihasilkan menurun konsentrasinya. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa penurunan konsentrasi kekeruhan
dilihat dari angka penurunan yang terjadi mulai dari 58 NTU ke 1 NTU hanya dalam waktu 20 menit. Dengan ini penurunan konsentrasi kekeruhan sesuai dengan standar baku mutu Peraturan
Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan tahun 2016 yaitu 25 NTU.
Pada pengamatan konsentrasi penurunan kekeruhan untuk variasi saringan 3 dapat dilihat pada tabel 10 dan gambar 10 sebagai berikut:
Tabel 10. Konsentrasi kekeruhan pada saringan 3 dengan sampel limbah cuci pakaian
Upflow Downflow
(menit) NTU NTU NTU % NTU
0 56 56 56 0 25
20 56 8 6 88 25
25 56 4 2 95 25
30 56 1 0 99 25
Saringan 3
Waktu Inlet Penurunan
Baku Mutu Outlet
Dari tabel diatas, hasil pengujian penurunan kekeruhan sampel limbah cuci pakaian sebagai berikut :
Media zeolite dengan tebal 30 cm dan pasir dengan ketebalan 30 cm mampu mereduksi kekeruhan pada limbah cuci pakaian. Sehingga efluen yang dihasilkan menurun konsentrasinya. Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa penurunan konsentrasi kekeruhan mengalami penurunan yang cukup cepat dan signifikan. Hal ini dapat dilihat dari angka penurunan yang terjadi mulai dari 56 NTU ke 6 NTU hanya dalam waktu 20 menit. Dengan ini penurunan konsentrasi kekeruhan sesuai dengan standar baku mutu Peraturan
Menteri Lingkungan Hidup dan Kehutanan tahun 2016 yaitu 25 NTU.
Berikut adalah perbandingan persentase dari setiap variasi saringan pada pengujian sampel limbah cuci pakaian sebagaimana disajikan pada gambar 11:
Gambar 11. Grafik perbandingan penurunan (%) pada masing – masing saringan pada limbah cuci pakaian
