Pemodelan Kualitas Air Untuk Sistem Distribsui Air Minum
BAB 1
PENDAHULUAN
Semua jenis kehidupan sangat tergantung pada air untuk tetap hidup dan
berkembang. Dikarenakan pentingnya air bagi kehidupan, manusia hanya bisa
bertahan hidup paling lama lima hari tanpa air. Dalam skala yang lebih luas, air
bersih sangat penting bagi perkembangan sosial dan ekonomi. Air dalam perjalanannya melalui penyebaran dan telah melewati pemurnian yang dilakukan
oleh tanaman dan telah didistribusikan dalam sistem distribusi air itu sendiri.
Pada umumnya kualitas air dapat menurun bergantung pada saat proses penyebaran air itu sendiri. Namun, kualitas air dapat kembali baik dalam proses selanjutnya. Tetapi, dengan adanya sitem distribusi air, kualitas air pada umumnya
dapat menurun kembali.
Air didistribusikan melalui sebuah sistem berbentuk potable penyaluran air.
Elemen yang ada didalamnya berupa pipa, katup, pompa dan resevoir. Model
yang dipergunakan dalam sistem adalah persamaan linier yang memungkinkan
didalamnya aliran dalam setiap elemen. Pada beberapa tahun, pentingnya dalam
menangani kualitas air dalam sistem distribusi sangat menyita perhatian para
ilmuwan. Oleh karenanya, maka dibutuhkan model yang melibatkan komputer
untuk melakukan simulasi dalam mengamati perubahan kualitas air untuk memprediksi dan mengendalikan kualitas air selama dalam jaringan distibusinya. Tujuan dari tesis ini adalah untuk mengkuantifikasi beberapa aspek penting dalam
kualitas air dalam sistem distribusi. Dimana dalam pembelajaran selanjutnya,
mampu memberikan kemungkinan dalam penggunaan model kualtas air seperti,
perkiraan, kendali atau dalam membentuk fungsi cost untuk tujuan optimisasi.
Jegatheesan et al., (2000) memodelkan kualitas air untuk sistem distribusi
air minum harus diikuti dengan model hydraulyc untuk dapat mendeskripsikan
mikrobiologi secara memadai dalam sistem. Meskipun pada saat ini terdapat
banyak model hydraulyc, model tersebut belum mampu mendapatkan kualitas
air yang paling akurat dikarenakan waktu yang diperlukan untuk melakukan
proses perhitungan. Model kualitas air bersih ternyata dapat memprediksi pembusukan disinfektan bahan organik dalam air massal (biof ilm). Model yang
diperoleh sekaligus dapat memprediksi pertumbuhan biofilm dikarenakan jum1
Universitas Sumatera Utara
2
lah kepadatan karbohidrat dan protein didalamnya. Dimana model kualitas air
yang dihasilkan, dengan memperhitungkan tingkat rata-rata keterikatan sel yang
hidup dan mati dapat dimodelkan sebagai berikut :
1 − XLb
dXL
= kaX XL
dt
xsat
dXD
dt
= kaX XD
1 − XDb
xsat
(1.1)
(1.2)
dimana XL dan XD adalah konsentrasi volumetrik dari sel bakteri yang hidup
dan mati dalam air keruh (bulk); XLb dan XDb adalah konsentrasi sel bakteri
hidup dan mati dalam biofilm; kAx adalah konsentrasi penambahan jumlah bakteri, dan Xsat adalah koefisien saturasi sel bakteri dalam biofilm.
Jegatheesan et al,. (2000) juga memodelkan proses peluruhan disinfektan
diasumsikan sebagai reaksi cepat dari senyawa organik karbon telah bereaksi
dengan disinfektan sebelum air memasuki sistem distribusi. Dengan mengkombinasikan orde pertama dari proses peluruhan disinfektan dengan catatan karbohidrat dan protein terdapat dalam biofilm. Dengan demikian proses peluruhan
disinfektan dapat dimodelkan sebagai berikut :
dCl
A
(kClp Xp + kClc Xc ) Cl − kCls Cl
= − kCl +
dt
V
(1.3)
dimana kCl , kCls , kClp dan kClc adalah konstanta peluruhan, A adalah luas daerah
biofilm dan V adalah volume yang berhubungan dengan air keruh, Xc dan Xp
didenotasikan dengan konsentrasi karbohidrat dan protein.
Model diatas sangat mudah untuk mendeskripsikan perubahan kualitas
air yang dalam sistem distribusinya, tetapi cukup sulit untuk dikaitkan dengan
model hidrolik untuk mendeskripsikan interaksi hubungan antara disinfektan dan
kualitas mikorbiologi dalam sistem distribusi air minum. Oleh karena dalam
proses distribusi air minum terdapat model yang masih rumit, maka penulis
mengangkat permasalahan tersebut dalam judul Pemodelan Kualitas Air dalam
Sistem Distribusi Air Minum.
Universitas Sumatera Utara
3
1.1 Perumusan Masalah
Oleh karena air bersih sangat penting bagi kehidupan manusia, maka dalam
pendistibusian air minum dan kualitas air minum yang dihasilkan harus diperhatikan dengan cara memodelkan beberapa aspek yang mendukung kualitas air
bersih dan cara pendistribusian air minum berkualitas baik tersebut.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menjelaskan model kualitas air dengan
menggunakan metode kalibrasi optimal, dimana model ini dapat mengoptimalkan
manajemen penyebaran air bersih ke masyarakat luas (publik).
1.3 Manfaat Penelitian
Hasil-hasil dari penelitian ini penting untuk mendapatkan model yang berguna untuk menghasilkan kualitas air minum yang baik agar dalam pendistribusian air minum, kualitas air minum yang diperoleh tetap dalam kualitas yang
baik sehingga berdampak kepada kesejahteraan manusia khususnya kesehatan
manusia tersebut.
1.4 Metode Penelitian
Metode penelitian ini bersifat studi literatur dan kepustakaan. Untuk memperoleh model persoalan kualitas air bersih untuk sistem distribusi air minum,
berikut adalah langkah-langkah yang akan dilakukan:
1. Mengumpulkan informasi dari literatur-literatur mengenai model kualitas
air dan model distribusi air minum.
2. Pemahaman persoalan kualitas air bersih beserta sistem distribusi air minum.
Pada tahap ini akan dipelajari dan dipahami persoalan model kualitas air
bersih untuk sistem distribusi air minum oleh Jegatheesan et al,. (2000)
(Water Quality Modelling for Drinking Water Distribution Systems).
Universitas Sumatera Utara
4
3. Merancang model persoalan kualitas air untuk sistem distribusi berdasarkan parameter disinfektan yang ada dalam air. Berikut ini tahapan pembuatan model kualitas air bersih untuk sistem distribussi air minum
(a) Mengajukan asumsi awal.
(b) Memaparkan persoalan secara konseptual.
(c) Menentukan faktor-faktor yang berkaitan dengan persoalan, antara
lain kendala, tujuan dan sebagainya.
(d) Menentukan notasi dari variabel-variabel.
(e) Membuat model
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
Semua jenis kehidupan sangat tergantung pada air untuk tetap hidup dan
berkembang. Dikarenakan pentingnya air bagi kehidupan, manusia hanya bisa
bertahan hidup paling lama lima hari tanpa air. Dalam skala yang lebih luas, air
bersih sangat penting bagi perkembangan sosial dan ekonomi. Air dalam perjalanannya melalui penyebaran dan telah melewati pemurnian yang dilakukan
oleh tanaman dan telah didistribusikan dalam sistem distribusi air itu sendiri.
Pada umumnya kualitas air dapat menurun bergantung pada saat proses penyebaran air itu sendiri. Namun, kualitas air dapat kembali baik dalam proses selanjutnya. Tetapi, dengan adanya sitem distribusi air, kualitas air pada umumnya
dapat menurun kembali.
Air didistribusikan melalui sebuah sistem berbentuk potable penyaluran air.
Elemen yang ada didalamnya berupa pipa, katup, pompa dan resevoir. Model
yang dipergunakan dalam sistem adalah persamaan linier yang memungkinkan
didalamnya aliran dalam setiap elemen. Pada beberapa tahun, pentingnya dalam
menangani kualitas air dalam sistem distribusi sangat menyita perhatian para
ilmuwan. Oleh karenanya, maka dibutuhkan model yang melibatkan komputer
untuk melakukan simulasi dalam mengamati perubahan kualitas air untuk memprediksi dan mengendalikan kualitas air selama dalam jaringan distibusinya. Tujuan dari tesis ini adalah untuk mengkuantifikasi beberapa aspek penting dalam
kualitas air dalam sistem distribusi. Dimana dalam pembelajaran selanjutnya,
mampu memberikan kemungkinan dalam penggunaan model kualtas air seperti,
perkiraan, kendali atau dalam membentuk fungsi cost untuk tujuan optimisasi.
Jegatheesan et al., (2000) memodelkan kualitas air untuk sistem distribusi
air minum harus diikuti dengan model hydraulyc untuk dapat mendeskripsikan
mikrobiologi secara memadai dalam sistem. Meskipun pada saat ini terdapat
banyak model hydraulyc, model tersebut belum mampu mendapatkan kualitas
air yang paling akurat dikarenakan waktu yang diperlukan untuk melakukan
proses perhitungan. Model kualitas air bersih ternyata dapat memprediksi pembusukan disinfektan bahan organik dalam air massal (biof ilm). Model yang
diperoleh sekaligus dapat memprediksi pertumbuhan biofilm dikarenakan jum1
Universitas Sumatera Utara
2
lah kepadatan karbohidrat dan protein didalamnya. Dimana model kualitas air
yang dihasilkan, dengan memperhitungkan tingkat rata-rata keterikatan sel yang
hidup dan mati dapat dimodelkan sebagai berikut :
1 − XLb
dXL
= kaX XL
dt
xsat
dXD
dt
= kaX XD
1 − XDb
xsat
(1.1)
(1.2)
dimana XL dan XD adalah konsentrasi volumetrik dari sel bakteri yang hidup
dan mati dalam air keruh (bulk); XLb dan XDb adalah konsentrasi sel bakteri
hidup dan mati dalam biofilm; kAx adalah konsentrasi penambahan jumlah bakteri, dan Xsat adalah koefisien saturasi sel bakteri dalam biofilm.
Jegatheesan et al,. (2000) juga memodelkan proses peluruhan disinfektan
diasumsikan sebagai reaksi cepat dari senyawa organik karbon telah bereaksi
dengan disinfektan sebelum air memasuki sistem distribusi. Dengan mengkombinasikan orde pertama dari proses peluruhan disinfektan dengan catatan karbohidrat dan protein terdapat dalam biofilm. Dengan demikian proses peluruhan
disinfektan dapat dimodelkan sebagai berikut :
dCl
A
(kClp Xp + kClc Xc ) Cl − kCls Cl
= − kCl +
dt
V
(1.3)
dimana kCl , kCls , kClp dan kClc adalah konstanta peluruhan, A adalah luas daerah
biofilm dan V adalah volume yang berhubungan dengan air keruh, Xc dan Xp
didenotasikan dengan konsentrasi karbohidrat dan protein.
Model diatas sangat mudah untuk mendeskripsikan perubahan kualitas
air yang dalam sistem distribusinya, tetapi cukup sulit untuk dikaitkan dengan
model hidrolik untuk mendeskripsikan interaksi hubungan antara disinfektan dan
kualitas mikorbiologi dalam sistem distribusi air minum. Oleh karena dalam
proses distribusi air minum terdapat model yang masih rumit, maka penulis
mengangkat permasalahan tersebut dalam judul Pemodelan Kualitas Air dalam
Sistem Distribusi Air Minum.
Universitas Sumatera Utara
3
1.1 Perumusan Masalah
Oleh karena air bersih sangat penting bagi kehidupan manusia, maka dalam
pendistibusian air minum dan kualitas air minum yang dihasilkan harus diperhatikan dengan cara memodelkan beberapa aspek yang mendukung kualitas air
bersih dan cara pendistribusian air minum berkualitas baik tersebut.
1.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah menjelaskan model kualitas air dengan
menggunakan metode kalibrasi optimal, dimana model ini dapat mengoptimalkan
manajemen penyebaran air bersih ke masyarakat luas (publik).
1.3 Manfaat Penelitian
Hasil-hasil dari penelitian ini penting untuk mendapatkan model yang berguna untuk menghasilkan kualitas air minum yang baik agar dalam pendistribusian air minum, kualitas air minum yang diperoleh tetap dalam kualitas yang
baik sehingga berdampak kepada kesejahteraan manusia khususnya kesehatan
manusia tersebut.
1.4 Metode Penelitian
Metode penelitian ini bersifat studi literatur dan kepustakaan. Untuk memperoleh model persoalan kualitas air bersih untuk sistem distribusi air minum,
berikut adalah langkah-langkah yang akan dilakukan:
1. Mengumpulkan informasi dari literatur-literatur mengenai model kualitas
air dan model distribusi air minum.
2. Pemahaman persoalan kualitas air bersih beserta sistem distribusi air minum.
Pada tahap ini akan dipelajari dan dipahami persoalan model kualitas air
bersih untuk sistem distribusi air minum oleh Jegatheesan et al,. (2000)
(Water Quality Modelling for Drinking Water Distribution Systems).
Universitas Sumatera Utara
4
3. Merancang model persoalan kualitas air untuk sistem distribusi berdasarkan parameter disinfektan yang ada dalam air. Berikut ini tahapan pembuatan model kualitas air bersih untuk sistem distribussi air minum
(a) Mengajukan asumsi awal.
(b) Memaparkan persoalan secara konseptual.
(c) Menentukan faktor-faktor yang berkaitan dengan persoalan, antara
lain kendala, tujuan dan sebagainya.
(d) Menentukan notasi dari variabel-variabel.
(e) Membuat model
Universitas Sumatera Utara