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