Tempat dan Waktu Penelitian Batasan Penelitian Identifikasi Air Baku PAM

III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Perusahaan Daerah Air Minum PDAM Tirta Kerta Raharja TKR Wilayah Instalasi Pengolahan Air IPA Bojong Renget, Kabupaten Tangerang, Provinsi Banten, mulai bulan Juli sampai dengan Desember 2009. Lokasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 7. Gambar 7 Lokasi penelitian dan pengambilan air baku Oksigen terlarul DO, pH dan suhu diukur di lokasi penelitian, sedangkan senyawa organik, amonia, detergen dan parameter pendukung lainnya seperti TSS, nitrat, dan nitrit dilakukan di Laboratorium PDAM TKR, wilayah IPA Cikokol, Tangerang. 3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Air Baku Air yang dipakai sebagai bahan penelitian adalah air baku PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renget, yaitu air sungai Cisadane. Air baku diambil dari pipa utama pipa intake sebelum masuk instalasi pengolahan air PDAM.

3.2.2 Mikroorganisma

Mikroorganisma diambil dari air baku PDAM TKR, selanjutnya dilakukan pembiakan seeding mikroorganisma yang dilakukan secara alami, yaitu dengan cara mengalirkan air baku secara kontinyu ke dalam reaktor melalui media penyangga plastik tipe sarang tawon sampai terbentuk lapisan biofilm melekat pada media.

3.2.3 Reaktor Biofilter

Model reaktor biofilter Gambar 8 yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis reaktor biologis biofilter yang terbuat dari bahan FRP fiberglass reinforce plastic dengan media tipe sarang tawon Gambar 9 yang terbuat dari plastik. Gambar 8 Rancangan reaktor biofilter Gambar 9 Media biofilter tipe sarang tawon Total volume reaktor adalah 2880 liter, sedangkan volume kerja yang digunakan adalah 2520 liter dengan dimensi panjang 180 cm, lebar 100 cm dan tinggi 160 cm. Reaktor biofilter ini dilengkapi dengan pengendapan awal dan pengendap akhir. Reaktor ini juga dilengkapi dengan lubang inlet dan lubang outlet yang terletak pada kedua sisi reaktor. Lumpur yang terendapkan dapat dikeluarkan melalui ruang lumpur pada bagian bawah reaktor. Alur proses penelitian menggunakan reaktor biofilter dapat dilihat pada Gambar 10 dan spesifikasi reaktor adalah sebagai berikut: Tabel 4 Spesifikasi reaktor biofilter dengan media plastik tipe sarang tawon No Uraian Keterangan Jumlah 1 Dimensi reaktor: Panjang Lebar Tinggi Volume reaktor Volume efektif Bahan 180 Cm 100 Cm 160 Cm 2880 liter 2520 liter FRP 1 satu unit 2 Media biofilter : Bahan warna Tipe Ukuran lubang Ketebalan sheet media Ukuran modul Luas permukaan spesifik Berat spesifik sedia Porositas media Plastik transparan Sarang tawon 2 x 2 cm 0.5 mm 30 x 30 x 25cm ± 226 m 2 m 3 30 – 35 kg m 3 98 0,855 m 3 3 Flowmeter Kapasitas Diameter inout 0-26 litermenit ½ inch 2 dua unit 4 Blower udara Tipe, daya Kapasitas Hiblow 30, 60 W220 V 30 liter menit 2 dua unit 5 Difuser diffucer Tipe Kapasitas, diameter Gelembung Bubble 20 litermenit, 7.5 Cm 4 empat unit 5 Pompa sirkulasi Tipe Kapasitas Daya Celup submercible pump 2-15 litermenit 100 W; 220 V 1 satu unit 6 Peralatan pendukung Perpipaan kelistrikan Instalasi ½ “ – 4” 110 W, 220 V 1 satu paket Gambar 10 Alur proses pengolahan pada penelitian

3.3 Rancangan Penelitian

Penelitian dilakukan dengan eksperimen, dimana air umpan sebagai bahan penelitian diambil dari air baku PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renget dan mikroorganisme yang dipakai adalah mikroorganisma yang terdapat dalam air baku dan ditumbuhkan secara alami pada media penyangga yang terbuat dari plastik berbentuk sarang tawon. Pelaksanaan penelitian mencakup kegiatan lapang dan laboratorium. Kegiatan lapang merupakan kegiatan pengambilan sampel, pengukuran pH, temperatur dan oksigen terlarut yang dilakukan setiap hari pada jam 08.00-09.00 WIB disesuaikan dengan WTH baik air umpan titik masuk maupun air hasil olahan titik keluar. Kegiatan laboratorium merupakan kegiatan analisa sampel terhadap konentrasi zat organik, amoniak dan deterjen serta parameter pendukung yaitu TSS, nitrat, dan nitrit.

3.3.1 Metoda Pengumpulan Data

Data sekunder diperoleh dari studi pustaka, laporan swapantau harian dan laporan bulanan bagian produksi PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renget Kabupaten Tangerang. Data primer diperoleh dari pengukuran langsung dari lapang dan analisa laboratorium. Data yang diambil dari pegukuran langsung di lapang insitu antara lain suhu, pH dan DO, sedangkan data yang diperoleh dari laboratorium adalah konsentrasi senyawa organik, amoniak, deterjen, nitrit, nitrat dan TSS.

3.3.2 Variabel yang Diamati

Variabel yang ditetapkan pada penelitian ini adalah: 1 Variabel bebas yaitu perlakuan dengan waktu tinggal hidrolis WTH dan suplai udara 2 Variabel terikat yaitu pembebanan senyawa organik, amoniak, deterjen dan TSS Penelitian dilakukan pada suhu kamar dengan variasi waktu tinggal hidrolis WTH seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5. Selanjutnya penelitian dilanjutkan dengan perlakuan variasi suplai udara 0, 10, 20 dan 30 litermenit pada WTH terpilih. Tabel 5 Debit air baku sesuai dengan waktu tinggal hidrolis. No WTH Jam Debit air litermenit 1 1 42 2 2 21 3 3 14 4 4 10.5

3.3.3 Metoda Analisis Data

Data hasil penelitian dianalisis menggunakan metoda deskripif dengan tabel, grafik dan narasi yang menggambarkan keseluruhan hasil perlakuan dalam penelitian. Langkah selanjutnya dari penelitian ini adalah analisis data, perhitungan efisiensi proses, beban proses dan pembuatan rekomendasi disain reaktor biofilter.

3.3.3.1 Analisis Data

Data dalam penelitian ini adalah data primer yang diperoleh dari pengukuran langsung di laboratorium. Data yang telah diperoleh pada tahap penelitian diolah dan disajikan dalam bentuk tabel dan grafik, serta dianalisa secara komprenhensif sesuai dengan teori yang ada. Rekomendasi disain reaktor biofilter dengan media plastik tipe sarang tawon digunakan untuk mendukung strategi-strategi dan peluang aplikasi hasil penelitian.

3.3.3.2 Perhitungan Efisiensi Proses

Perhitungan penghilangan kandungan zat polutan didasarkan atas perbandingan pengurangan konsentrasi zat pada titik masuk dan keluar terhadap konsentrasi zat di titik masuk. Perhitungan tingkat efisiensi proses biofiltrasi ini dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan pada subbab 2.7.

3.3.3.3 Perhitungan Laju Pembebanan

Laju pembebanan zat didefinisikan sebagai jumlah senyawa zat yang terdapat dalam air yang diuraikan oleh mikroorganisme di dalam bioreaktor per unit satuan luas permukaan media biofilter per hari. Laju beban ini digunakan untuk mengetahui jumlah total beban zat di dalam air yang akan diolah dalam biofilter. Beban zat dihitung dengan persamaan pada subbab 2.8.

3.4 Batasan Penelitian

Penelitian dibatasi oleh variabel dan parameter konsentrasi zat . Variabel bebas yang ditetapkan adalah waktu tinggal hidolis WTH antara 1-4 jam dan suplai udara antara 0-30 litermenit. Variabel terikat yaitu pembebanan loading zat organik, amoniak, deterjen dan TSS serta parameter lainnya mengikuti kualitas air baku saat pelaksanaan penelitian. Parameter yang dianalisa konsentrasi zat adalah konsentrasi zat organik sebagai KMnO 4 , amoniak sebagai NH 4 -N, deterjen sebagai MBAS. Parameter terkait yang diukur dalam penelitian ini adalah konsentrasi nitrat sebagai NO 3 -N, nitrit sebagai NO 2 -N, TSS, oksigen terlarut, suhu dan pH. Mikroba yang digunakan berasal dari mikroba yang sudah ada di dalam air baku tidak mengasimilasi dari luar sistem, dikembangbiakkan secara alami dalam reaktor biofilter. Identifikasi mikroba dibatasi pada hanya jenis mikroba yang diindikasikan dapat mewakili sebagai pengurai parameter yang dianalisa.

3.5 Operasional

Reaktor biofilter dibuat dari bahan FRP dengan dimensi panjang 180 cm, lebar 100 cm dan tinggi 160 cm. Total volume reaktor 2880 liter, sedangkan volume kerja yang digunakan adalah 2520 liter. Media biofilter yang digunakan terbuat dari plastik tipe sarang tawon dengan ukuran modul 30x30x25 cm, luas permukaan 226 m 2 m 3 , porositas 98 dan total volume media yang digunakan adalah 0.855 m 3 . Laju alir air baku diukur menggunakan 2 dua buah flowmeter yang bekerja sesuai waktu tinggal hidrolis dengan sekala 0-26 litermenit. Pengaturan laju alir dilakukan dengan pengaturan putaran keran sampai menunjukkan debit sesuai dengan waktu tinggal hidrolis, seperti ditunjukkan pada Tabel 5. Udara di dalam reaktor disuplai oleh 2 dua buah blower dengan daya 60 W220 V yang bekerja sesuai dengan kebutuhan variasi suplai udara. Suplai udara diatur dengan pengaturan putaran keran dan diukur menggunakan flowmeter udara. Pendistribusian udara dilakukan menggunakan difuser dengan diameter 7.5 cm sebanyak 4 empat buah dengan kapasitas maksimal masing-masing 20 litermenit. Antisipasi fluktuasi pembebanan dan pembebanan mendadak sock loading dilakukan dengan sirkulasi menggunakan pompa celup submercible pump dengan debit seperempat laju alir air baku.

3.5.1 Pelaksanaan Penelitian

Air umpan yang diambil dari air baku PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renget dialirkan ke dalam reaktor melalui flowmeter untuk diatur laju alirnya sesuai dengan variabel WTH yang ditentukan pada Tabel 5. Langkah selanjutnya air umpan dimasukkan ke dalam reaktor biofilter dengan arah dari bawah ke atas up flow melalui media biofilter. Tahapan pelaksanaan penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 11 meliputi: 1 Persiapan alat dan bahan baku 2 Pembiakan mikroorganisma 3 Pelaksanaan percobaan 4 Pengambilan sampel 5 Analisa laboratorium 6 Analisis data dan penyusunan laporan

3.5.1.1 Persiapan Alat dan Bahan

Peralatan utama yang terdiri dari reaktor biofilter, media biofilter penyangga dari plastik tipe sarang tawon, pompa sirkulasi, difuser diffucer, blower, flowmeter , keran pengatur sistem kelistrikan dan sistem perpipaan dirakit selanjutnya diletakkan pada tempat dekat dengan pipa intake, sebelum instalasi pengolahan air. Peralatan pembantu yang terdiri dari alat sampling dan alat pengukur DO, suhu dan pH dipersiapkan di Laboratorium Swapantau PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renged dan peralatan laboratorium dipersiapkan di Laboratorium PDAM TKR wilayah IPA Cikokol. Bahan utama berupa air umpan dipersiapkan dengan cara tapping pipa intake PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renget. Bahan pembantu berupa bahan- Gambar 11 Diagram alir penelitian bahan untuk analisa laboratorium dipersiapkan di Laboratorium PDAM TKR wilayah IPA Cikokol.

3.5.1.2 Pembiakan Mikroorganisma

Mikroorganisma pengurai dipersiapkan sebelum pelaksanaan penelitian, yaitu dengan melakukan pembiakan seeding. Pembiakan mikroorganisma dilakukan dengan cara mengalirkan air baku secara kontinyu ke dalam reaktor melalui media biofilter tipe sarang tawon sampai terbentuk lapisan biofilm yang melekat pada media. Pembiakan mikroorganisma ini menggunakan waktu tinggal hidrolis 8 jam kemudian setelah menunjukkan kesetabilan diturunkan menjadi 6 jam. Indikasi keberhasilan seeding adalah terbentuknya biofilm yang melekat pada media dan penyisihan organik. Pengamatan dilakukan secara visual dan menganalisa zat organik KMnO 4 sampai diperoleh efisiensi penyisihan stabil kondisi steady state.

3.5.1.3 Pelaksanaan Percobaan

Air baku diambil dari pipa utama intake PDAM TKR wilayah IPA Bojong Renged dialirkan ke dalam reaktor biofilter melalui keran pengatur dan flowmeter untuk mengatur laju alir sesuai dengan variabel WTH yang ditentukan. Air baku masuk ke dalam bak pengendap awal dari atas ke bawah selanjutnya masuk ke dalam unggun media sarang tawon dari bawah ke atas up flow. Selama reaktor bekerja diinjeksi udara menggunakan blower dan sebagian air disirkulasi dengan pompa sirkulasi secara terus. Dalam penelitian ini dilakukan variasi WTH dari 1 sampai 4 jam, sampel diambil dan dilakukan analisa laboratorium dari masing masing WTH baik titik masuk air baku maupun titik keluar air olahan untuk mendapatkan data efisiensi penyisihan organik, amoniak, deterjen dan TSS. WTH terbaik diambil dengan cara memilih WTH terendah namun efisiensi penyisihan zat tinggi. Percobaan dilanjutkan dengan pengoperasian reaktor pada WTH terpilih dan variasi suplai udara mulai dari 0 sampai 30 litermenit. Suplai udara terbaik diambil dengan memilih suplai udara terendah namun efisiensi penyisihan zat pencemar tertinggi.

3.5.1.4 Pengambilan Sampel

Pengambilan sampel yang pertama dilakukan pada awal sebelum dilaksanakan penelitian untuk identifikasi air baku. Selanjutnnya yang kedua sampel diambil secara berkala sampai bioreaktor telah mencapai kondisi stabil. Penentuan kondisi stabil dilakukan dengan mengukur konsentrasi zat organik KMnO 4 pada saat pembiakan seeding mikroorganisma terhadap waktu pada masing-masing titik sampling. Pengambilan sampel yang ketiga yaitu pada saat pelaksanaan percobaan inti yaitu setiap hari pukul 08.00 – 09.00 disesuaikan dengan WTH pada masing-masing titik sampling yaitu titik masuk air baku dan titik keluar hasil pengolahan.

3.5.1.5 Analisa Laboratorium

Sampel yang diambil langsung dianalisa laboratorium pada saat itu juga. Parameter-parameter yang diukur pada penelitian ini adalah konsentrasi senyawa organik angka permanganat, KMnO 4 , amoniak NH 4 -N, dan deterjen MBAS serta nitrat NO 3 -N, nitrit NO 2 -N, TSS di Laboratorium PDAM TKR Cikokol, Kabupaten Tangerang. Pengukuran DO, pH dan temperatur dilakukan di lokasi penelitian. Prosedur analisa laboratorium secara ringkas dapat dijelaskan sebagai berikut: 1 Zat Organik Angka Permanganat, KMnO 4 Pengukuran kandungan zat organik dilakukan dengan metode titrasi. Kelebihan permanganat yang terpakai untuk oksidasi senyawa organik dalam sampel direduksi oleh asam oksalat, selanjutnya kelebihan asam oksalat dititrasi kembali dengan larutan KMnO 4 kalium permanganat, PK sampai timbul warna merah muda. 2 Deterjen Methylene Blue Active Substances Pengukuran kandungan deterjen dilakukan dengan metode Spektrofotometri. Reaksi surfactan anionik dengan Metilen-blue membentuk garam biru yang larut dalam kloroform. Metilen blue dan surfactan anionik sendiri larut dalam air, tetapi tidak larut dalam CHCl 3 , sedang garamnya yang berwarna biru dapat diekstraksi dengan CHCl 3 dan kemudian absorbansinya diukur dengan Spektrofotometer pada panjang gelombang 653 nm. 3 Amonium NH 4 + Pemeriksaan amonium dilakukan dengan metode 380 Nessler, yaitu dengan menambahkan mineral stabilizer, polyvinyl alkohol dan pereaksi Nessler. Perubahan warna yang terbentuk dibandingkan dengan larutan standar di alat spektrofotometer memakai panjang gelombang 425 nm. 4 Nitrat NO 3 - Pemeriksaan nitrat dilakukan dengan spektrofotometer metode 355 yaitu dengan penambahan pereaksi nitraver 5 nitrate. Perubahan warna dibandingkan dengan spektrofotometer dengan panjang gelombang 500 nm. 5 Nitrit NO 2 - Pemeriksaan nitrit dilakukan dengan metode 371 LR dengan penambahan pereaksi nitriver 3 nitrite powder pillow. Perubahan warna dibandingkan dengan spektrofotometer dengan panjang gelombang 507 nm. 6 Total Suspended Solid Padatan tersuspensi, TSS Metode yang digunakan dalam penetapan SS ini adalah dengan menggunakan metode gravimetri. Bila zat padat dalam sampel dipisahkan dengan menggunakan filter kertas dan kemudian zat padat yang tertahan pada filter dikeringkan pada suhu 105 O C. maka berat residu sesudah pengeringan adalah zat padat tersuspensi. IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Identifikasi Air Baku PAM

Kualitas air baku PDAM TKR Kabupaten Tangerang yaitu sungai Cisadane, kususnya pada intake instalasi pengolahan air wilayah Bojong Renged tidak memenuhi kriteria mutu air Golongan I, Peraturan Pemerintah Republik Indonesia PPRI Nomor 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, sebagai air baku perusahaan air minum. Konsentrasi senyawa organik KMnO 4 dalam air baku rata-rata 17.1 mgl, amoniak NH 4 -N 1.2 mgl, deterjen MBAS 0.3 mgl dan TSS 92 mgl. Berdasarkan kriteria mutu air golongan I, PPRI No. 82 tahun 2001, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum, konsentrasi maksimum organik KMnO 4 10 mgl, amoniak NH 4 -N 0.5 mgl, deterjen MBAS 0.2 mgl dan TSS 50 mgl. Air bersih hasil pengolahan Instalasi pengolahan air wilayah Bojong Renged tidak memenuhi Permenkes RI No. 416 tahun 1990 tentang persyaratan kualitas air bersih. Konsentrasi senyawa organik KMnO 4 dalam air baku berkisar antara 11.8 mgl, amoniak NH 4 -N 0.7 mgl, dan deterjen MBAS 0.08 mgl. Persyaratan kualitas air minum dalam Permenkes RI No. 416 tahun 1990, konsentrasi maksimum organik KMnO 4 10 mgl, amoniak NH 4 -N 0.01 mgl, dan deterjen MBAS 0.05 mgl. Ditinjau dari kualitas air hasil olahan, instalasi pengolahan air yang dimiliki PDAM tidak efektif untuk menyisihkan senyawa organik, amoniak dan deterjen

4.2 Pembiakan Mikroorganisma