Simulasi Hidraulika Sisa Klorin pada Sis
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR
SIMULASI HIDRAULIKA SISA KLORIN PADA SISTEM DISTRIBUSI AIR MINUM
(STUDI KASUS: PERUMAHAN PT. PUSRI PALEMBANG)
M. Baitullah Al Amin1*
1Jurusan
Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
*baitullah@unsri.ac.id
Abstrak
Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan agar tetap
higienis, dimana konsentrasi sisa klorin yang harus dipertahankan dalam sistem distribusi air minum
adalah 0,2 - 5,0 mg/L. Konsentrasi sisa klorin ini dapat berkurang yang diakibatkan oleh laju kehilangan
klorin yang dipengaruhi oleh perilaku hidraulika jaringan distribusi. Studi ini bertujuan melakukan simulasi
hidraulika sisa klorin dengan mengambil studi kasus sistem distribusi air minum pada perumahan PT.
Pusri Palembang. Pembangunan model sistem distribusi dilakukan menggunakan perangkat lunak
EPANET 2.0, yang kemudian disimulasikan berdasarkan extended period simulation (EPS) selama 24
jam. Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi masih sangat memadai
ditinjau dari segi penyediaan tekanan sisa. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di seluruh
jaringan distribusi sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak. Hal ini
menyebabkan waktu tinggal air menjadi sangat lama, sehingga konsentrasi sisa klorin yang memenuhi
syarat tidak dapat terpenuhi. Perbaikan hidraulika dilakukan dengan melakukan pembesaran dan
pengecilan diameter pipa dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan aliran dan kehilangan
tekanan. Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika menunjukkan
konsentrasi sisa klorin hampir di setiap node telah memenuhi syarat. Walaupun demikian, diperlukan
penambahan booster klorin untuk menjaga konsentrasi sisa klorin agar tidak kurang dari 0,2 mg/L.
Kata Kunci: Sisa Klorin, Laju Kehilangan Klorin, Hidraulika Pipa, EPANET 2.0
LATAR BELAKANG
Air minum merupakan kebutuhan pokok bagi setiap manusia untuk dapat menjamin kelangsungan
hidupnya. Pasal 1 ayat 2 dalam PP No. 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air
Minum (SPAM) menyebutkan bahwa air minum adalah air minum rumah tangga yang melalui proses
pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung
diminum. Salah satu parameter kualitas air yang disyaratkan dalam air minum adalah klorin (chlorine).
Konsentrasi sisa klorin sangat diperlukan dalam sistem distribusi air minum dan harus diatur agar tidak
melampaui kisaran yang disyaratkan. Makalah ini memaparkan hasil studi tentang simulasi hidraulika sisa
klorin dalam sistem distribusi air minum dengan studi kasus pada perumahan PT. Pusri Palembang.
Fokus pemaparan adalah bagaimana mensimulasikan perilaku hidraulika dan sisa klorin, sehingga kriteria
desain hidraulika dan persyaratan air minum dapat terpenuhi. Perangkat lunak EPANET 2.0 dipilih karena
kemudahan dalam penggunaannya (Al Amin, 2011).
Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan tetap higienis.
Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air minum di Indonesia diatur dalam Permenkes No.
492/Menkes/Per/IV/2010 Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Secara umum sisa klorin juga diatur
dalam Guidelines for Drinking-Water Quality oleh WHO. Kadar klorin maksimum yang diperbolehkan
adalah 5,0 mg/L, sedangkan kadar klorin minimal yang disyaratkan adalah 0,2 mg/L berdasarkan Surface
Water Treatment Rule dalam Mays (1999) dan WHO (2011). Kadar klorin yang berlebihan dapat
menyebabkan masalah rasa dan bau pada air, dapat mempercepat korosi pada pipa, dan dapat
menambah produk sampingan dari proses desinfeksi yang mengganggu kesehatan apabila air
Bandung, 20 September 2014
157
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
dikonsumsi. Sisa klorin (chlorine residual) minimal 0,2 mg/L diperlukan untuk memastikan bahwa
organisme patogen tertentu telah mati atau dapat juga untuk mencegah hidupnya organisme patogen
tertentu selama air berada di dalam jaringan pipa (McGhee, 1991).
Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air sangat bergantung pada laju kehilangan klorin (chlorine
decay rate) dan waktu tinggal (water age) yang dipengaruhi oleh kondisi hidraulika dalam jaringan pipa.
Laju kehilangan klorin dibedakan menjadi dua, yaitu bulk reactions dan pipe wall reactions(Rossman,
2000). Kehilangan klorin akibat bulk reactions dipengaruhi oleh temperatur air dan jumlah zat karbon
organik reaktif yang terdapat dalam air, sedangkan kehilangan klorin akibat pipe wall reactions
dipengaruhi oleh material pipa atau material yang ada di dinding pipa, seperti korosi atau lapisan biologis
(biofilm) dan juga umur pipa (Mays, 1999; Rossman, 2000; Al-Jasser, 2011). Rossman (2000)
memberikan kisaran nilai pipe wall reactions untuk first order reaction yaitu 0 – 5 ft/hari (0 – 1,524 m/hari)
tetapi dapat juga diabaikan (untuk pipa beton atau pipa plastik) atau bisa jadi sangat tinggi (khususnya
pada lokasi dimana korosi sangat tinggi). Triatmadja, et. al. (2010) memberikan nilai bulk reactions dan
pipe wall reactions (pipa plastik) masing-masingyaitu -1,68/hari dan -0,25 m/hari berdasarkan studi yang
dilakukan pada zona air minum prima (ZAMP) PDAM Tirta Gemilang, Magelang.
METODOLOGI STUDI
Studi ini dilakukan dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem distribusi air minum yang ditinjau,
yaitu sistem distribusi pada perumahan PT. Pusri Palembang (Gambar 1). Jenis simulasi yang dilakukan
adalah extended period simulation (EPS), dimana analisis dilakukan berdasarkan fluktuasi kebutuhan air
selama 24 jam. Parameter hidraulika yang disimulasikan antara lain debit dan kecepatan aliran, tinggi
tekanan air, kehilangan tekanan, sedangkan parameter kualitas air yang disimulasikan adalah sisa klorin
berikut laju kehilangannya akibat bulk reactions dan pipe wall reactions. Perangkat lunak yang digunakan
untuk membantu analisis adalah EPANET 2.0 yang merupakan perangkat lunak bersifat public domain.
Studi diawali dengan pengumpulan data primer melalui survei dan pengukuran di lapangan sehingga
diperoleh data berupa volume pemakaian air harian pada meteran induk, dan luasan tiap rumah yang
digunakan selanjutnya dalam analisis kebutuhan air. Data sekunder secara umum diperoleh dari Divisi
Utilitas P.III PT. Pusri Palembang, diantaranya berupa peta sistem distribusi, jenis dan diameter pipa,
panjang pipa, kapasitas pompa, dosis injeksi klorin, dan sebagainya. Data yang telah diperoleh kemudian
diolah dan dimodelkan ke dalam EPANET 2.0 yang selanjutnya dilakukan simulasi terhadap parameter
hidraulika dan kualitas air yang ditinjau.
a
Sumber: http://maps.google.com
Gambar 1.
Bandung, 20 September 2014
b
Sumber: Ramadhan (2014)
Lokasi penelitian (a), dan layout jaringan pipa distribusi (b)
158
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN
Layout Sistem Distribusi
Sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan sistem pompa, dimana
penyediaan tekanan untuk pengaliran air sangat bergantung pada kapasitas pompa. Air minum yang telah
diolah pada unit pengolahan air kemudian ditampung dalam reservoir yang selanjutnya dipompa langsung
ke dalam jaringan distribusi air. Jaringan distribusi di atas tidak hanya ditujukan untuk penyediaan air bagi
perumahan, tetapi juga untuk demin plant, yaitu unit pengolahan mineral. Sebagian besar kebutuhan air
digunakan untuk penyediaan air bagi demin plant. Oleh karena itu, kedua besaran kebutuhan air tersebut
disimulasikan untuk memperoleh gambaran pengaruhnya terhadap tekanan dalam jaringan distribusi di
perumahan.
Representasi jaringan distribusi sesungguhnya di lapangan menggunakan EPANET 2.0 ditunjukkan oleh
komponen link dan node. Komponen link menunjukkan kumpulan pipa-pipa yang terhubungkan secara
bersama-sama pada ujungnya oleh komponen node. Air mengalir di sepanjang pipa dan memasuki atau
meninggalkan sistem distribusi melalui node. Dalam EPANET 2.0, link juga merepresentasikan pompa
dan katup, sedangkan node juga dapat merepresentasikan sambungan pipa (junction), reservoir, dan
tangki (Rossman, 2000; Swamee dan Sharma, 2008).
Jaringan distribusi air minum secara keseluruhan menggunakan pipa HDPE (high density polyethylene)
yang memiliki keuntungan karena tahan terhadap korosi, ringan dan memiliki kekuatan yang tinggi, tahan
terhadap retak, memiliki permukaan yang licin/halus, dan tahan terhadap kerusakan akibat gempa (Mays,
1999). Nilai kekasaran Hazen-Williams CHW untuk pipa HDPE adalah 140 - 150 (ASCE, 1992 dalam Hyde,
2005; Lin, 2007), sehingga digunakan nilai kekasaran 145.Diameter pipa yang digunakan bervariasi mulai
dari ukuran terkecil yaitu 1 inchi (25,4 mm) sampai dengan yang terbesar yaitu 6 inchi (152,4 mm) seperti
yang ditunjukkan dalam Gambar 2(a), sedangkan panjang pipa ditunjukkan dalam Gambar 2(b).
Pompa yang digunakan dalam sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan
jenis pompa centrifugal. Kapasitas pompa diberikan dalam kurva pompa yang menunjukkan hubungan
antara debit (flow) dengan tinggi tekanan (head) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Pompa
tersebut mampu mengalirkan air dengan debit 50,47 m3/det dan tekanan 88,09 m.
(a)
(b)
Percabangan Demin
Plant - Perumahan
Gambar 2.
Bandung, 20 September 2014
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Diameter (a), dan panjang pipa (b) jaringan distribusi air minum
perumahan PT. Pusri Palembang
159
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 3.
Kapasitas pompa distribusi
Jumlah dan Pola Kebutuhan Air
Jumlah kebutuhan air total rata-rata di komplek perumahan PT. Pusri Palembang berdasarkan hasil
pengukuran aliran keluar di meteran induk selama 17 hari (1 – 17 April 2014) adalah 378,41 m3/hari
seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Jumlah sambungan rumah yang dilayani adalah sebanyak 274
sambungan rumah. Penetapan jumlah kebutuhan air tiap rumah/sambungan rumah ditetapkan
berdasarkan metode luasan pekarangan rumah seperti yang dijelaskan dalam Mays (1999). Hal ini
disebabkan karena pada tiap sambungan rumah tidak tersedia pencatatan pemakaian air. Besaran
kebutuhan air untuk perumahan dengan kepadatan sedang (medium-density residential) adalah 2.610
galon/hari/acre atau sebesar 2,44 liter/hari/m2. Perhitungan kebutuhan air dilakukan dengan mengalikan
besaran kebutuhan air dengan jumlah sambungan rumah serta memperhatikan luasan pekarangan tiap
sambungan rumah. Besaran kebutuhan air total dengan metode luasan adalah sebesar 387,22 m 3/hari,
sedangkan kebutuhan air tiap sambungan rumah ditunjukkan pada Gambar 4. Kebutuhan air untuk demin
plant adalah sebesar 55,27 liter/det yang diasumsikan konstan sepanjang waktu.
Tabel 1.
Hasil pengamatan aliran keluar dari meteran induk ke perumahan selama 17 hari
No.
Tanggal
Vol. (m3)
No.
Tanggal
Vol. (m3)
No.
Tanggal
Vol. (m3)
1
1/7/2014
332
7
7/7/2014
565
13
13/7/2014
336
2
2/7/2014
244
8
8/7/2014
408
14
14/7/2014
368
3
3/7/2014
216
9
9//7/2014
328
15
15/7/2014
336
4
4/7/2014
408
10
10/7/2014
360
16
16/7/2014
296
5
5/7/2014
540
11
11/7/2014
396
17
17/7/2014
352
6
6/7/2014
564
12
12/7/2014
384
Σ Volume = 6.433 m3
Vol. rata-rata = 6433/17 = 378,41 m3/hari
Bandung, 20 September 2014
160
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 4.
Jumlah kebutuhan air pada sambungan rumah
Pola kebutuhan air perumahan dibutuhkan untuk mengamati perilaku hidraulika jaringan distribusi akibat
variasi pemakaian air terutama pada saat jam-jam puncak. Pola kebutuhan air ini ditetapkan berdasarkan
pola kebutuhan air yang diusulkan oleh Trifunović (2006) seperti yang diberikan dalam Tabel 2 dan
Gambar 5. Hal ini dilakukan mengingat belum tersedianya pola pemakaian air yang baku khususnya untuk
perumahan di Indonesia, sehingga digunakan pola pemakaian air tipikal. Pada Gambar 5 tersebut, pola
kebutuhan air perumahan memiliki dua jam puncak yang ditunjukkan oleh koefisien kebutuhan air
tertinggi, yaitu pada jam 9:00 (1,61) dan jam 19:00 (1,40). Kebutuhan air terendah yaitu pada jam 4:00
(0,27). Program EPANET 2.0 mensimulasikan kedua jam puncak tersebut menjadi jam 08:00 dan 18:00,
sedangkan jam terendah menjadi 03:00, karena awal perhitungannya dimulai pada jam 00:00.
Tabel 2. Koefisien kebutuhan air tiap jam (diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Bandung, 20 September 2014
Jam
Koefisien
Jam
Koefisien
1
0,57
13
1,30
2
0,40
14
1,17
3
0,31
15
1,08
4
0,27
16
1,04
5
0,33
17
1,08
6
0,37
18
1,16
7
0,71
19
1,40
8
1,41
20
1,37
9
1,61
21
1,17
10
1,47
22
1,02
11
1,43
23
1,10
12
1,37
24
0,92
161
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 5.
Pola kebutuhan air minum perumahan(diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Simulasi Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Analisis hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan dengan melakukan simulasi terhadap model yang
dibangun menggunakan EPANET 2.0. Jenis simulasi yang dilakukan adalah extended-period simulation
(EPS) dengan waktu simulasi selama 24 jam, tahapan perhitungan dan pelaporan hidraulika tiap 1 jam,
sedangkan tahapan perhitungan kualitas air tiap 5 menit, serta formula kehilangan tekanan HazenWilliams (H-W) seperti yang ditunjukkan Gambar 6. Seluruh pipa ditetapkan terbuka penuh (full opened)
dan faktor kehilangan tekanan sekunder akibat belokan, katup, sambungan, pelebaran-penyempitan pipa,
dan sebagainya diabaikan karena kehilangan tekanan akibat gesekan lebih dominan (Triatmodjo, 2003).
Gambar 6.
Pilihan simulasi hidraulika dan pengaturan waktu simulasi EPS
Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi mampu menyuplai air dengan
tekanan minimum yang disyaratkan yaitu minimal 25 meter selama 24 jam seperti yang ditunjukkan dalam
Gambar 7(a). Pada saat pemakaian air terendah (jam 03.00), tekanan terendah adalah 79,48 m dan
tekanan tertinggi adalah 80,31 m. Pada saat pemakaian air tertinggi (jam 08.00), tekanan terendah adalah
71,70 m dan tekanan tertinggi adalah 73,27 m. Hal ini dapat terjadi karena kehilangan tekanan yang
sangat kecil di sepanjang jaringan pipa seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 7(b). Walaupun demikian,
tekanan yang terlalu tinggi seharusnya dihindari untuk mencegah potensi kebocoran air yang disebabkan
sambungan pipa yang lepas atau pipa yang pecah.
Bandung, 20 September 2014
162
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 7.
Tekanan di setiap node pada jam 08.00 (a),dan kehilangan tekanan pada jam 08.00 (b)
Kehilangan tekanan yang sangat kecil tersebut dapat terjadi karena jenis pipa yang digunakan adalah
pipa HDPE yang memiliki permukaan halus/licin sehingga faktor gesekan sangat kecil. Disamping itu,
diameter pipa relatif besar dibandingkan dengan debit yang dialirkan sehingga secara signifikan
memperkecil laju kehilangan tekanan di sepanjang jaringan distribusi.Kehilangan tekanan tertinggi
sebelum percabangan demin plant – perumahan adalah sebesar 58,51 m/km, sedangkan kehilangan
tekanan tertinggi setelah percabangan hanya sebesar 0,94 m/km. Hal ini menunjukkan bahwa diameter
pipa distribusi terlalu besar (boros) sehingga jaringan distribusi menjadi tidak efisien. Selain itu, diameter
pipa yang terlalu besar juga dapat menyebabkan kecepatan aliran terlalu lambat sehingga berpotensi
menyebabkan terjadinya aliran laminer yang seharusnya dihindari untuk mencegah terjadinya sedimentasi
dan waktu tinggal (water age) yang terlalu lama di dalam jaringan. Kecepatan aliran di setiap pipa
seharusnya lebih dari 0,6 m/det. Debit berikut arah aliran dan kecepatan aliran dalam jaringan distribusi
masing-masing ditunjukkan dalam Gambar 8(a) dan 8(b). Gambar 8(b) menunjukkan bahwa kecepatan
aliran hampir di seluruh jaringan pipa kurang dari 0,30 m/det. Hal ini merupakan kondisi yang tidak ideal
mengingat kecepatan yang disyaratkan seharusnya lebih dari 0,6 m/det.
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 8.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Debit di setiap pipa pada jam 08.00 (a), dan kecepatan aliran pada jam 08.00 (b)
Bandung, 20 September 2014
163
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Perbaikan Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Perbaikan hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan berdasarkan kriteria perancangan (design
criteria) jaringan pipa. Beberapa parameter/kriteria perancangan yang umumnya digunakan dalam
perancangan jaringan pipa yang efisien dan ekonomis, yaitu kecepatan aliran, tekanan, ukuran pipa,
kehilangan tekanan, masa layan, kebutuhan air rata-rata.
a. Kecepatan aliran
Kecepatan aliran seharusnya tidak kurang dari 0,6 m/det untuk mencegah terjadinya sedimentasi
dalam jaringan, dan tidak lebih dari 3 m/det untuk mencegah erosi dinding pipa dan kehilangan
tekanan yang tinggi. Trifunović (2006) memberikan rentang standar untuk kecepatan aliran sebagai
berikut:
1.
± 1,0 m/det dalam sistem distribusi
2.
± 1,5 m/det dalam pipa transport
3.
1 – 2 m/det dalam stasiun pompa.
Nilai kecepatan aliran dalam jaringan distribusi umumnya diambil 1 – 1,5 m/det.
b. Tekanan
Tekanan air dalam sistem distribusi air minum perkotaan berkisar antara 150 kPa – 300 kPa untuk
pemukiman/perumahan dengan bangunan berlantai empat atau kurang, dan 400 – 500 kPa untuk
wilayah komersial. Untuk pemadaman kebakaran, tekanan air seharusnya tidak kurang dari 150 kPa
(15 m). Secara umum untuk setiap titik dalam jaringan distribusi seharusnya tidak kurang dari 25 m
dan tidak lebih dari 70 m.
c. Ukuran Pipa
Ukuran pipa untuk jaringan penyediaan air bersih domestik dapat menggunakan pipa berdiameter 4
inchi, sedangkan untuk penyediaan air komunitas kecil dapat menggunakan pipa berdiameter 2 – 3
inchi. Diameter pipa utama untuk jaringan distribusi umumnya tidak kurang dari 6 inchi.
d. Kehilangan Tekanan
Besaran kehilangan tekanan yang menjadi kriteria perancangan sistem distribusi adalah (Trifunović,
2006):
1.
5 – 10 m/km, untuk diameter pipa kecil
2.
2 – 5 m/km, untuk diameter pipa menengah
3.
1 – 2 m/km, untuk pipa berukuran besar.
Nilai optimum kehilangan tekanan berkisar 1 – 4 m/km, dan tidak lebih dari 10 m/km.
Perancangan perbaikan hidraulika jaringan pipa untuk memperoleh jaringan distribusi yang efisien
ditetapkan dengan usaha penggantian diameter pipa eksisting dengan diameter pipa yang baru (Al Amin,
2012a; Al Amin, 2012b). Penetapan ukuran diameter pipa yang digunakan adalah berdasarkan kriteria
kecepatan aliran optimum, kehilangan tekanan maksimal yang diijinkan, tekanan yang disyaratkan, dan
ketersediaan pipa komersial. Walaupun demikian, tidak semua diameter pipa diperlukan penggantian
diameter, terutama pada pipa utama/induk dengan pertimbangan penyediaan tekanan yang cukup apabila
terjadi penambahan kebutuhan di masa yang akan datang.
Rancangan penggantian pipa baru dilakukan secara trial and error, dimana ukuran pipa yang diganti
adalah pipa dalam jaringan setelah percabangan melalui skenario dan hasil simulasi pada jam 08.00
seperti yang diberikan dalam Tabel 3 berikut.
Bandung, 20 September 2014
164
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Tabel 3. Rancangan penggantian diameter pipa setelah percabangan dan hasilnya
Trial
1
Skenario
- ø 6 inchi ø 4 inchi
- ø 4 inchi ø 3 inchi
- ø 2,5 inchi ø 1,5 inchi
Hasil Perbaikan Hidraulika pada Jam 08.00
- Kecepatan aliran maks = 0,9 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 7,9 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,25 m
Tekanan min = 65,93 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun
kriteria perancangan belum terpenuhi, sehingga perlu
perbaikan kembali.
2
- ø 6 inchi ø 3 inchi
- ø 4 inchi ø 2 inchi
- ø 2,5 inchi ø 1 inchi
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 32,45 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m
Tekanan min = 47,9 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria
perancangan belum terpenuhi, sehingga perlu
perbaikan kembali. Sebagian pipa induk memiliki
kehilangan tekanan yang cukup besar.
3
- ø 6 inchi ø 3 inchi (sebagian
kecil) dan ø 2 inchi (sebagian
besar)
- ø 4 inchi ø 2 inchi (sebagian
kecil) dan ø 1,5 inchi (sebagian
besar)
- ø 2,5 inchi ø3/4 inchi
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 131,15 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m
Tekanan min = 29,6 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria
perancangan (kecepatan aliran) sebagian besar telah
terpenuhi, namun dengan konsekuensi terjadi
kehilangan tekanan yang cukup besar. Jaringan perlu
dilakukan perbaikan kembali.
Skenario penggantian pipa seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 3 menunjukkan bahwa sampai dengan
skenario 3, telah terjadi perubahan yang sangat signifikan terhadap kecepatan aliran di sebagian besar
pipa dalam jaringan distribusi. Walaupun demikian, pengecilan diameter pipa berimplikasi terhadap
membesarnya kehilangan tekanan. Penggantian pipa tersebut dengan yang lebih kecil hanya akan
memperbesar laju kehilangan tekanan di dalam jaringan pipa. Kehilangan tekanan yang terlalu besar
dapat menyebabkan penggunaan pompa yang tidak efisien dari segi penyediaan tekanan (Al Amin,
2012b). Oleh karena itu, tinjauan perbaikan hidraulika harus dilakukan terhadap lingkup jaringan yang
lebih kecil, sehingga jaringan distribusi memerlukan pembagian wilayah (zonasi) untuk memudahkan
evaluasi jaringan.Pada studi ini, jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang dibagi menjadi 4
(empat) zona seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Dasar pembagian zona dilakukan dengan
memperhatikan jalur pipa yang menyusun suatu kelompok jaringan pipa.
Bandung, 20 September 2014
165
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Zona 1
Zona 2
Zona 4
Zona 3
Gambar 9.
Zonasi jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang
Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona 1 berdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar
diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,25 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan
tekanan terbesar adalah 10,89 m/km dan kecepatan aliran tertinggi 0,51 m/det. Pada Zona 2, perbaikan
hidraulikaberdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 1,5 inchi dengan
diameter 2 inchi, diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi, dan diameter pipa 3 inchi dengan diameter 4
inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 12,54 m/km dengan
kecepatan aliran tertinggi 0,95 m/det. Untuk Zona 3, perbaikan hidraulika berdasarkan skenario 3 juga
dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,5 inchi, diameter pipa 1,5
inchi dengan diameter 2 inchi, dan diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi. Kehilangan tekanan terbesar
adalah 13,88 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,78 m/det. Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona
4 berdasarkan skenario 3 dilakukan dengan memperkecil diameter pipa 2 inchi dengan diameter 1,5 inchi
dan 1 inchi, dan diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 1 inchi dan 3/4 inchi. Hasil simulasi
menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 16,73 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi
0,56 m/det. Perbaikan hidraulika terakhir dilakukan terhadap pipa induk sebelum percabangan, dimana
kehilangan tekanan yang terjadi cukup besar, yaitu 59,62 m/km. Oleh karena itu, diperlukan penggantian
pipa dengan diameter yang lebih besar. Diameter pipa 6 inchi kemudian diganti dengan diameter 8 inchi,
sehingga kehilangan tekanan yang terjadi adalah sebesar 14,68 m/km. Hasil perbaikan hidraulika
ditunjukkan dalam Gambar 10 dan 11. Pada Gambar 11(a) ditunjukkan bahwa kecepatan aliran di
sebagian jaringan pipa masih belum memenuhi kriteria perancangan, sedangkan Gambar 11 (b)
menunjukkan bahwa kehilangan tekanan di sebagian besar jaringan pipa telah memenuhi kriteria.
Meskipun demikian, kondisi ini dianggap sudah cukup baik mengingat proses optimasi yang harus
dilakukan secara manual.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Eksisting
Konsentrasi sisa klorin yang disyaratkan dalam sistem distribusi air minum adalah 0,2 –5,0 mg/L.
Kekurangan sisa klorin menyebabkan tidak terjaminnya kualitas air minum dari kontaminasi oleh bakteri
patogen, sedangkan kelebihan sisa klorin dapat memberikan efek samping terhadap kualitas air minum
yang dikonsumsi, diantaranya seperti air minum yang bau bahkan perasaan mual, muntah, dan gangguan
pencernaan bagi yang mengonsumsinya. Dampak lain dari kelebihan sisa klorin adalah potensi senyawa
hasil sampingan yang disebut Trihalomethane (THM) yang bersifat karsinogenik (pemicu kanker). Oleh
karena itu, penetapan dosis klorin yang diberikan dalam sistem distribusi memperhatikan konsentrasi sisa
klorin yang diijinkan.
Bandung, 20 September 2014
166
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 10. Diameter pipa (a), dan debit aliran (b) hasil perbaikan akhir hidraulika jaringan distribusi
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 11.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Kecepatan aliran (a), dan kehilangan tekanan (b) hasil perbaikan akhir hidraulika
jaringan distribusi
Kehilangan klorin (chlorine decay) sangat dipengaruhi oleh reaksi klorin dengan zat-zat yang terdapat di
dalam air yang disebut sebagai bulk reactions, reaksinya dengan dinding (material) pipa yang disebut
sebagai pipe wall reactions, dan waktu tinggal air di dalam jaringan pipa (water age). Waktu tinggal air di
dalam jaringan pipa sangat bergantung pada kecepatan aliran. Semakin cepat kecepatan aliran, maka
waktu tinggal menjadi semakin singkat, sebaliknya semakin lambat kecepatan aliran, maka waktu tinggal
menjadi semakin lama.
Hasil simulasi hidraulika jaringan distribusi eksisting menunjukkan bahwa kecepatan aliran dalam jaringan
pipa sangat lambat dan tidak memenuhi kriteria perancangan. Oleh karena itu, waktu tinggal air dalam
jaringan pipa menjadi sangat lama. Jika waktu tinggal sangat lama, maka dosis optimum yang diberikan di
stasiun injeksi klorin (misalnya di reservoir) menjadi tidak efektif sehingga membutuhkan stasiun injeksi
klorin lagi yang disebut sebagai booster klorin (chlorine booster) di beberapa lokasi dalam jaringan
distribusi. Walaupun demikian, karena waktu tinggal yang terlampau lama, maka jumlah booster klorin
Bandung, 20 September 2014
167
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
yang dibutuhkan akan sangat banyak yang berakibat pembubuhan klorin yang tidak efisien dan biaya
operasional yang terlalu mahal. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dilakukan di
dalam studi ini. Simulasi tersebut hanya akan dilakukan pada jaringan distribusi yang telah diperbaiki
perilaku hidraulikanya.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Setelah Perbaikan Hidraulika
Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika dilakukan dengan terlebih dahulu
menetapkan dosis klorin yang diberikan pada titik yang paling hulu, yaitu pada reservoir. Dosis klorin
maksimal yang diberikan adalah 5,0 mg/L. Koefisien laju kehilangan klorin akibat bulk reactions dan pipe
wall reactions digunakan berdasarkan nilai yang diberikan oleh Triatmadja, et. al. (2010). Konsentrasi sisa
klorin dalam jaringan distribusi setelah pembubuhan klorin sebesar 5,0 mg/L di reservoir ditunjukkan
dalam Gambar 12(a). Konsentrasi sisa klorin yang tidak memenuhi syarat (kurang dari 0,2 mg/L) dapat
diamati menggunakan fasilitas Query yang tersedia dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar 12(b).
Gambar 12(b) menunjukkan bahwa konsentrasi sisa klorin pada sebagian besar node di Zona 4 adalah
kurang dari 0,2 mg/L. Hal ini disebabkan karena lokasi Zona 4 yang relatif jauh dibandingkan dengan
node pada zona lainnya. Selain itu, waktu tinggal yang juga cukup lama menyebabkan laju kehilangan
klorin yang cukup besar di Zona 4 tersebut. Waktu tinggal terlama yaitu 10,81 jam. Gambar 13(a) dan
13(b) masing-masing menunjukkan waktu tinggal dan laju kehilangan klorin dalam jaringan distribusi.
Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi syarat juga terlihat pada beberapa node di zona lainnya. Hal ini
disebabkan karena node tersebut berupa titik ujung dari pipa (dead end), sehingga tidak memiliki nilai
kebutuhan air. Oleh karena itu, EPANET 2.0 mensimulasikan pipa ke node tersebut dengan menganggap
tidak terjadi aliran yang menyebabkan tidak tersedianya konsentrasi sisa klorin (0,0 mg/L).
Perbaikan konsentrasi sisa klorin pada Zona 4 dapat dilakukan dengan menempatkan booster klorin
(chlorine booster) yang berfungsi sebagai titik injeksi tambahan sehingga konsentrasi sisa klorin pada
zona tersebut dapat memenuhi syarat.
Sisa klorin < 0,2 mg/L
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Bandung, 20 September 2014
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
168
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 12. Konsentrasi sisa klorin di tiap node (a), dan node yang sisa klorinnya kurang dari 0,2 mg/L
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 13.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Waktu tinggal (a), dan laju kehilangan klorin (b) dalam jaringan distribusi
Simulasi Sisa Klorin dengan Penambahan Booster Klorin
Penempatan booster klorin dilakukan dengan meninjau konsentrasi sisa klorin di setiap node dan arah
aliran pipa pada Zona 4. Pemberian dosis klorin direncanakan untuk dilakukan secara konstan. Hal ini
bertujuan untuk memudahkan dalam hal pengoperasian booster klorin. Walaupun demikian, penggunaan
klorin dapat menjadi boros dan tidak efisien jika pada suatu waktu dosis yang dibutuhkan tidak sebanyak
pada saat pemakaian puncak. Penetapan dosis yang diberikan dilakukan secara trial and error sampai
diperoleh konsentrasi sisa klorin telah memenuhi syarat. Gambar 14 menunjukkan penempatan booster
klorin pada node J-205 dan dosis yang diberikan sebesar 2,5 mg/L secara konstan sehingga konsentrasi
sisa klorin pada Zona 4 telah memenuhi syarat ≥ 0,2 mg/L.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 14.
Penempatan booster klorin dan dosis pembubuhannya pada Zona 4
Bandung, 20 September 2014
169
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Kapasitas sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang masih sangat memenuhi
dari segi penyediaan tekanan sisa dalam jaringan. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di
seluruh jaringan pipa sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak.
2. Perbaikan hidraulika jaringan pipa dilakukan dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan
aliran dan kehilangan tekanan dalam jaringan pipa dilakukan melalui pembesaran maupun pengecilan
diameter pipa eksisting.
3. Optimasi parameter hidraulika, diantaranya tinggi tekanan, kecepatan aliran, kehilangan tinggi tekanan
dalam EPANET 2.0 harus dilakukan secara manual dengan metode trial and error sehingga menjadi
kesulitan tersendiri bagi user. Hal ini disebabkan karena EPANET 2.0 tidak menyediakan fasilitas
optimasi dalam analisisnya.
4. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dapat dilakukan dengan pertimbangan
water age yang terlalu lama, sehingga menyebabkan penggunaan booster klorin menjadi tidak efisien
dan terlampau boros.
5. Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi persyaratan dilakukan dengan pemberian dosis sebesar 5,0
mg/L pada reservoir dan penambahan booster klorin pada Zona 4. Dosis pembubuhan pada klorin
booster tersebut adalah 2,5 mg/L yang diberikan secara konstan.
Rekomendasi
Beberapa saran yang dapat penulis usulkan diantaranya adalah:
1. Perlu adanya studi khusus mengenai pola pemakaian air untuk perumahan.
2. Perlu dilakukan kalibrasi parameter hidraulika sebelum simulasi sisa klorin. Disamping itu, kalibrasi
sisa klorin juga diperlukan untuk mengetahui laju kehilangan klorin yang berlaku pada suatu sistem
distribusi air minum.
3. Penggunaan perangkat lunak lain yang sejenis, namun berbayar (misalnya WaterGEMS) dapat
digunakan untuk optimasi parameter hidraulika yang tidak disediakan oleh EPANET 2.0.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada Lembaga Penelitian Universitas
Sriwijaya yang telah mendanai studi ini, dan kepada segenap pimpinan serta staf PT. Pusri Palembang
yang telah mengijinkan dan membantu dalam perolehan data.
REFERENSI
Al Amin, M.B., 2011.Komputasi Analisis Hidraulika Jaringan Pipa Air Minum, disajikan pada Seminar
Nasional Kebumian 2011, 8 – 9 Desember 2011, Yogyakarta.
Al Amin, M.B., 2012a.Analisis Perbaikan Hidraulika Jaringan Pipa PDAM Lematang Enim untuk
Peningkatan Pelayanan Distribusi Air Bersih di Kota Muara Enim, Jurnal Rekayasa Sriwijaya, Vol.
21(3): 6 – 13 ISSN 0852-5366.
Al Amin, M.B., 2012b.Mengatasi Kehilangan Energi Primer yang Berlebihan pada Jaringan Pipa Distribusi
Air Menggunakan Model Komputer WaterGEMS, disajikan pada Seminar Nasional AVoER ke-4, 28 –
29 November 2012, Palembang.
Al-Jasser, A.O., 2011. Pipe Service Age Effect on Chlorine Decay in Drinking-Water Transmission and
Distribution Systems, CLEAN – Soil, Air, Water, Vol. 39(9): 827 – 832.
Bandung, 20 September 2014
170
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Anonim, 2005. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan
Sistem Penyediaan Air Minum, Jakarta.
Anonim, 2010.Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010
Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum, Jakarta.
Castro, P. dan Neves, M., 2003.Chlorine Decay in Water Distribution Systems Case Study – Lousada
Network,Electric Journal of Environmental, Agricultural, and Food Chemistry (EJEAFChe), Vol. 2(2):
261-266, ISSN 1579-4377.
Hyde, N., 2005. Computer Modeling of Water Distribution Systems, Manual of Water Supply Practices –
M32, Second Edition, American Water Works Association, Denver.
Lin, S.H., 2007.Water and Wastewater Calculations Manual, Second Edition, McGrawHill Book Co., New
York.
Mays, L.W., 1999.Water Distribution Systems Handbook, McGraw-Hill Book Co., New York.
McGhee, T.J., 1991.Water Supply and Sewerage, Sixth Edition, McGrawHill Book Co., New York.
Mutoti, G., et. al., 2007.Combined Chlorine Dissipation: Pipe Material, Water Quality, and Hydraulic Effect,
American Water Works Journal: 96 – 106.
Ramadhan, A., 2014. Analisis Hidrolika Sistem Jaringan Distribusi Air Minum di Komplek Perumahan PT.
Pusri Palembang Menggunakan EPANET 2.0, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik,
Universitas Sriwijaya, Palembang (tidak dipublikasikan).
Rossman, L.A., 2000.EPANET 2User Manual, EPA/600/R-00/057, National Risk Management Research
Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH.
Sarbatly, R.HJ. dan Krishnaiah, D., 2007.Free Chlorine Residual Content within the Drinking Water
Distribution System, International Journal of Physical Sciences,Vol. 2(8): 196-201.
Swamee, P.K., dan Sharma, A.K., 2008.Design of Water Supply Pipe Networks, John Wiley & Sons, Inc.,
New Jersey.
The American Water Works Association, Inc., 1971.Water Quality and Treatment, A Handbook of Public
Water Supplies, Third Edition, McGraw-Hill Book Co., New York.
Triatmadja, R., Al Amin, M.B., Kamulyan, B., 2010.Numerical Simulation of Water Quality in A Pipe
Network, disajikan pada The First Makassar International Conference on Civil Engineering
(MICCE2010), 9 – 10 Maret 2010, Makassar.
Triatmodjo, B., 2003.Hidraulika II, Edisi Ketiga, Beta Offset, Yogyakarta.
Trifunović, N., 2006. Introduction to Urban Water Distribution, UNESCO-IHE Lecture Note Series, Taylor
and Francis, London.
Walski, T.M., et. al., Advance Water Distribution Modeling and Management, Bentley Institute Press.
World Health Organization, 2011. Guidelines for Drinking-Water Quality, Fourth Edition, WHO Press,
Malta.
Bandung, 20 September 2014
171
PENDAYAGUNAAN SUMBER DAYA AIR
SIMULASI HIDRAULIKA SISA KLORIN PADA SISTEM DISTRIBUSI AIR MINUM
(STUDI KASUS: PERUMAHAN PT. PUSRI PALEMBANG)
M. Baitullah Al Amin1*
1Jurusan
Teknik Sipil Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
*baitullah@unsri.ac.id
Abstrak
Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan agar tetap
higienis, dimana konsentrasi sisa klorin yang harus dipertahankan dalam sistem distribusi air minum
adalah 0,2 - 5,0 mg/L. Konsentrasi sisa klorin ini dapat berkurang yang diakibatkan oleh laju kehilangan
klorin yang dipengaruhi oleh perilaku hidraulika jaringan distribusi. Studi ini bertujuan melakukan simulasi
hidraulika sisa klorin dengan mengambil studi kasus sistem distribusi air minum pada perumahan PT.
Pusri Palembang. Pembangunan model sistem distribusi dilakukan menggunakan perangkat lunak
EPANET 2.0, yang kemudian disimulasikan berdasarkan extended period simulation (EPS) selama 24
jam. Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi masih sangat memadai
ditinjau dari segi penyediaan tekanan sisa. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di seluruh
jaringan distribusi sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak. Hal ini
menyebabkan waktu tinggal air menjadi sangat lama, sehingga konsentrasi sisa klorin yang memenuhi
syarat tidak dapat terpenuhi. Perbaikan hidraulika dilakukan dengan melakukan pembesaran dan
pengecilan diameter pipa dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan aliran dan kehilangan
tekanan. Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika menunjukkan
konsentrasi sisa klorin hampir di setiap node telah memenuhi syarat. Walaupun demikian, diperlukan
penambahan booster klorin untuk menjaga konsentrasi sisa klorin agar tidak kurang dari 0,2 mg/L.
Kata Kunci: Sisa Klorin, Laju Kehilangan Klorin, Hidraulika Pipa, EPANET 2.0
LATAR BELAKANG
Air minum merupakan kebutuhan pokok bagi setiap manusia untuk dapat menjamin kelangsungan
hidupnya. Pasal 1 ayat 2 dalam PP No. 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan Sistem Penyediaan Air
Minum (SPAM) menyebutkan bahwa air minum adalah air minum rumah tangga yang melalui proses
pengolahan atau tanpa proses pengolahan yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung
diminum. Salah satu parameter kualitas air yang disyaratkan dalam air minum adalah klorin (chlorine).
Konsentrasi sisa klorin sangat diperlukan dalam sistem distribusi air minum dan harus diatur agar tidak
melampaui kisaran yang disyaratkan. Makalah ini memaparkan hasil studi tentang simulasi hidraulika sisa
klorin dalam sistem distribusi air minum dengan studi kasus pada perumahan PT. Pusri Palembang.
Fokus pemaparan adalah bagaimana mensimulasikan perilaku hidraulika dan sisa klorin, sehingga kriteria
desain hidraulika dan persyaratan air minum dapat terpenuhi. Perangkat lunak EPANET 2.0 dipilih karena
kemudahan dalam penggunaannya (Al Amin, 2011).
Klorin sebagai desinfektan diperlukan untuk memastikan air minum yang didistribusikan tetap higienis.
Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air minum di Indonesia diatur dalam Permenkes No.
492/Menkes/Per/IV/2010 Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Secara umum sisa klorin juga diatur
dalam Guidelines for Drinking-Water Quality oleh WHO. Kadar klorin maksimum yang diperbolehkan
adalah 5,0 mg/L, sedangkan kadar klorin minimal yang disyaratkan adalah 0,2 mg/L berdasarkan Surface
Water Treatment Rule dalam Mays (1999) dan WHO (2011). Kadar klorin yang berlebihan dapat
menyebabkan masalah rasa dan bau pada air, dapat mempercepat korosi pada pipa, dan dapat
menambah produk sampingan dari proses desinfeksi yang mengganggu kesehatan apabila air
Bandung, 20 September 2014
157
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
dikonsumsi. Sisa klorin (chlorine residual) minimal 0,2 mg/L diperlukan untuk memastikan bahwa
organisme patogen tertentu telah mati atau dapat juga untuk mencegah hidupnya organisme patogen
tertentu selama air berada di dalam jaringan pipa (McGhee, 1991).
Konsentrasi sisa klorin dalam sistem distribusi air sangat bergantung pada laju kehilangan klorin (chlorine
decay rate) dan waktu tinggal (water age) yang dipengaruhi oleh kondisi hidraulika dalam jaringan pipa.
Laju kehilangan klorin dibedakan menjadi dua, yaitu bulk reactions dan pipe wall reactions(Rossman,
2000). Kehilangan klorin akibat bulk reactions dipengaruhi oleh temperatur air dan jumlah zat karbon
organik reaktif yang terdapat dalam air, sedangkan kehilangan klorin akibat pipe wall reactions
dipengaruhi oleh material pipa atau material yang ada di dinding pipa, seperti korosi atau lapisan biologis
(biofilm) dan juga umur pipa (Mays, 1999; Rossman, 2000; Al-Jasser, 2011). Rossman (2000)
memberikan kisaran nilai pipe wall reactions untuk first order reaction yaitu 0 – 5 ft/hari (0 – 1,524 m/hari)
tetapi dapat juga diabaikan (untuk pipa beton atau pipa plastik) atau bisa jadi sangat tinggi (khususnya
pada lokasi dimana korosi sangat tinggi). Triatmadja, et. al. (2010) memberikan nilai bulk reactions dan
pipe wall reactions (pipa plastik) masing-masingyaitu -1,68/hari dan -0,25 m/hari berdasarkan studi yang
dilakukan pada zona air minum prima (ZAMP) PDAM Tirta Gemilang, Magelang.
METODOLOGI STUDI
Studi ini dilakukan dengan memodelkan dan mensimulasikan sistem distribusi air minum yang ditinjau,
yaitu sistem distribusi pada perumahan PT. Pusri Palembang (Gambar 1). Jenis simulasi yang dilakukan
adalah extended period simulation (EPS), dimana analisis dilakukan berdasarkan fluktuasi kebutuhan air
selama 24 jam. Parameter hidraulika yang disimulasikan antara lain debit dan kecepatan aliran, tinggi
tekanan air, kehilangan tekanan, sedangkan parameter kualitas air yang disimulasikan adalah sisa klorin
berikut laju kehilangannya akibat bulk reactions dan pipe wall reactions. Perangkat lunak yang digunakan
untuk membantu analisis adalah EPANET 2.0 yang merupakan perangkat lunak bersifat public domain.
Studi diawali dengan pengumpulan data primer melalui survei dan pengukuran di lapangan sehingga
diperoleh data berupa volume pemakaian air harian pada meteran induk, dan luasan tiap rumah yang
digunakan selanjutnya dalam analisis kebutuhan air. Data sekunder secara umum diperoleh dari Divisi
Utilitas P.III PT. Pusri Palembang, diantaranya berupa peta sistem distribusi, jenis dan diameter pipa,
panjang pipa, kapasitas pompa, dosis injeksi klorin, dan sebagainya. Data yang telah diperoleh kemudian
diolah dan dimodelkan ke dalam EPANET 2.0 yang selanjutnya dilakukan simulasi terhadap parameter
hidraulika dan kualitas air yang ditinjau.
a
Sumber: http://maps.google.com
Gambar 1.
Bandung, 20 September 2014
b
Sumber: Ramadhan (2014)
Lokasi penelitian (a), dan layout jaringan pipa distribusi (b)
158
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
HASIL STUDI DAN PEMBAHASAN
Layout Sistem Distribusi
Sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan sistem pompa, dimana
penyediaan tekanan untuk pengaliran air sangat bergantung pada kapasitas pompa. Air minum yang telah
diolah pada unit pengolahan air kemudian ditampung dalam reservoir yang selanjutnya dipompa langsung
ke dalam jaringan distribusi air. Jaringan distribusi di atas tidak hanya ditujukan untuk penyediaan air bagi
perumahan, tetapi juga untuk demin plant, yaitu unit pengolahan mineral. Sebagian besar kebutuhan air
digunakan untuk penyediaan air bagi demin plant. Oleh karena itu, kedua besaran kebutuhan air tersebut
disimulasikan untuk memperoleh gambaran pengaruhnya terhadap tekanan dalam jaringan distribusi di
perumahan.
Representasi jaringan distribusi sesungguhnya di lapangan menggunakan EPANET 2.0 ditunjukkan oleh
komponen link dan node. Komponen link menunjukkan kumpulan pipa-pipa yang terhubungkan secara
bersama-sama pada ujungnya oleh komponen node. Air mengalir di sepanjang pipa dan memasuki atau
meninggalkan sistem distribusi melalui node. Dalam EPANET 2.0, link juga merepresentasikan pompa
dan katup, sedangkan node juga dapat merepresentasikan sambungan pipa (junction), reservoir, dan
tangki (Rossman, 2000; Swamee dan Sharma, 2008).
Jaringan distribusi air minum secara keseluruhan menggunakan pipa HDPE (high density polyethylene)
yang memiliki keuntungan karena tahan terhadap korosi, ringan dan memiliki kekuatan yang tinggi, tahan
terhadap retak, memiliki permukaan yang licin/halus, dan tahan terhadap kerusakan akibat gempa (Mays,
1999). Nilai kekasaran Hazen-Williams CHW untuk pipa HDPE adalah 140 - 150 (ASCE, 1992 dalam Hyde,
2005; Lin, 2007), sehingga digunakan nilai kekasaran 145.Diameter pipa yang digunakan bervariasi mulai
dari ukuran terkecil yaitu 1 inchi (25,4 mm) sampai dengan yang terbesar yaitu 6 inchi (152,4 mm) seperti
yang ditunjukkan dalam Gambar 2(a), sedangkan panjang pipa ditunjukkan dalam Gambar 2(b).
Pompa yang digunakan dalam sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang merupakan
jenis pompa centrifugal. Kapasitas pompa diberikan dalam kurva pompa yang menunjukkan hubungan
antara debit (flow) dengan tinggi tekanan (head) seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Pompa
tersebut mampu mengalirkan air dengan debit 50,47 m3/det dan tekanan 88,09 m.
(a)
(b)
Percabangan Demin
Plant - Perumahan
Gambar 2.
Bandung, 20 September 2014
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Diameter (a), dan panjang pipa (b) jaringan distribusi air minum
perumahan PT. Pusri Palembang
159
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 3.
Kapasitas pompa distribusi
Jumlah dan Pola Kebutuhan Air
Jumlah kebutuhan air total rata-rata di komplek perumahan PT. Pusri Palembang berdasarkan hasil
pengukuran aliran keluar di meteran induk selama 17 hari (1 – 17 April 2014) adalah 378,41 m3/hari
seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 1. Jumlah sambungan rumah yang dilayani adalah sebanyak 274
sambungan rumah. Penetapan jumlah kebutuhan air tiap rumah/sambungan rumah ditetapkan
berdasarkan metode luasan pekarangan rumah seperti yang dijelaskan dalam Mays (1999). Hal ini
disebabkan karena pada tiap sambungan rumah tidak tersedia pencatatan pemakaian air. Besaran
kebutuhan air untuk perumahan dengan kepadatan sedang (medium-density residential) adalah 2.610
galon/hari/acre atau sebesar 2,44 liter/hari/m2. Perhitungan kebutuhan air dilakukan dengan mengalikan
besaran kebutuhan air dengan jumlah sambungan rumah serta memperhatikan luasan pekarangan tiap
sambungan rumah. Besaran kebutuhan air total dengan metode luasan adalah sebesar 387,22 m 3/hari,
sedangkan kebutuhan air tiap sambungan rumah ditunjukkan pada Gambar 4. Kebutuhan air untuk demin
plant adalah sebesar 55,27 liter/det yang diasumsikan konstan sepanjang waktu.
Tabel 1.
Hasil pengamatan aliran keluar dari meteran induk ke perumahan selama 17 hari
No.
Tanggal
Vol. (m3)
No.
Tanggal
Vol. (m3)
No.
Tanggal
Vol. (m3)
1
1/7/2014
332
7
7/7/2014
565
13
13/7/2014
336
2
2/7/2014
244
8
8/7/2014
408
14
14/7/2014
368
3
3/7/2014
216
9
9//7/2014
328
15
15/7/2014
336
4
4/7/2014
408
10
10/7/2014
360
16
16/7/2014
296
5
5/7/2014
540
11
11/7/2014
396
17
17/7/2014
352
6
6/7/2014
564
12
12/7/2014
384
Σ Volume = 6.433 m3
Vol. rata-rata = 6433/17 = 378,41 m3/hari
Bandung, 20 September 2014
160
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 4.
Jumlah kebutuhan air pada sambungan rumah
Pola kebutuhan air perumahan dibutuhkan untuk mengamati perilaku hidraulika jaringan distribusi akibat
variasi pemakaian air terutama pada saat jam-jam puncak. Pola kebutuhan air ini ditetapkan berdasarkan
pola kebutuhan air yang diusulkan oleh Trifunović (2006) seperti yang diberikan dalam Tabel 2 dan
Gambar 5. Hal ini dilakukan mengingat belum tersedianya pola pemakaian air yang baku khususnya untuk
perumahan di Indonesia, sehingga digunakan pola pemakaian air tipikal. Pada Gambar 5 tersebut, pola
kebutuhan air perumahan memiliki dua jam puncak yang ditunjukkan oleh koefisien kebutuhan air
tertinggi, yaitu pada jam 9:00 (1,61) dan jam 19:00 (1,40). Kebutuhan air terendah yaitu pada jam 4:00
(0,27). Program EPANET 2.0 mensimulasikan kedua jam puncak tersebut menjadi jam 08:00 dan 18:00,
sedangkan jam terendah menjadi 03:00, karena awal perhitungannya dimulai pada jam 00:00.
Tabel 2. Koefisien kebutuhan air tiap jam (diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Bandung, 20 September 2014
Jam
Koefisien
Jam
Koefisien
1
0,57
13
1,30
2
0,40
14
1,17
3
0,31
15
1,08
4
0,27
16
1,04
5
0,33
17
1,08
6
0,37
18
1,16
7
0,71
19
1,40
8
1,41
20
1,37
9
1,61
21
1,17
10
1,47
22
1,02
11
1,43
23
1,10
12
1,37
24
0,92
161
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 5.
Pola kebutuhan air minum perumahan(diadaptasi dari Trifunović, 2006)
Simulasi Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Analisis hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan dengan melakukan simulasi terhadap model yang
dibangun menggunakan EPANET 2.0. Jenis simulasi yang dilakukan adalah extended-period simulation
(EPS) dengan waktu simulasi selama 24 jam, tahapan perhitungan dan pelaporan hidraulika tiap 1 jam,
sedangkan tahapan perhitungan kualitas air tiap 5 menit, serta formula kehilangan tekanan HazenWilliams (H-W) seperti yang ditunjukkan Gambar 6. Seluruh pipa ditetapkan terbuka penuh (full opened)
dan faktor kehilangan tekanan sekunder akibat belokan, katup, sambungan, pelebaran-penyempitan pipa,
dan sebagainya diabaikan karena kehilangan tekanan akibat gesekan lebih dominan (Triatmodjo, 2003).
Gambar 6.
Pilihan simulasi hidraulika dan pengaturan waktu simulasi EPS
Hasil simulasi hidraulika menunjukkan bahwa kapasitas jaringan distribusi mampu menyuplai air dengan
tekanan minimum yang disyaratkan yaitu minimal 25 meter selama 24 jam seperti yang ditunjukkan dalam
Gambar 7(a). Pada saat pemakaian air terendah (jam 03.00), tekanan terendah adalah 79,48 m dan
tekanan tertinggi adalah 80,31 m. Pada saat pemakaian air tertinggi (jam 08.00), tekanan terendah adalah
71,70 m dan tekanan tertinggi adalah 73,27 m. Hal ini dapat terjadi karena kehilangan tekanan yang
sangat kecil di sepanjang jaringan pipa seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 7(b). Walaupun demikian,
tekanan yang terlalu tinggi seharusnya dihindari untuk mencegah potensi kebocoran air yang disebabkan
sambungan pipa yang lepas atau pipa yang pecah.
Bandung, 20 September 2014
162
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 7.
Tekanan di setiap node pada jam 08.00 (a),dan kehilangan tekanan pada jam 08.00 (b)
Kehilangan tekanan yang sangat kecil tersebut dapat terjadi karena jenis pipa yang digunakan adalah
pipa HDPE yang memiliki permukaan halus/licin sehingga faktor gesekan sangat kecil. Disamping itu,
diameter pipa relatif besar dibandingkan dengan debit yang dialirkan sehingga secara signifikan
memperkecil laju kehilangan tekanan di sepanjang jaringan distribusi.Kehilangan tekanan tertinggi
sebelum percabangan demin plant – perumahan adalah sebesar 58,51 m/km, sedangkan kehilangan
tekanan tertinggi setelah percabangan hanya sebesar 0,94 m/km. Hal ini menunjukkan bahwa diameter
pipa distribusi terlalu besar (boros) sehingga jaringan distribusi menjadi tidak efisien. Selain itu, diameter
pipa yang terlalu besar juga dapat menyebabkan kecepatan aliran terlalu lambat sehingga berpotensi
menyebabkan terjadinya aliran laminer yang seharusnya dihindari untuk mencegah terjadinya sedimentasi
dan waktu tinggal (water age) yang terlalu lama di dalam jaringan. Kecepatan aliran di setiap pipa
seharusnya lebih dari 0,6 m/det. Debit berikut arah aliran dan kecepatan aliran dalam jaringan distribusi
masing-masing ditunjukkan dalam Gambar 8(a) dan 8(b). Gambar 8(b) menunjukkan bahwa kecepatan
aliran hampir di seluruh jaringan pipa kurang dari 0,30 m/det. Hal ini merupakan kondisi yang tidak ideal
mengingat kecepatan yang disyaratkan seharusnya lebih dari 0,6 m/det.
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 8.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Debit di setiap pipa pada jam 08.00 (a), dan kecepatan aliran pada jam 08.00 (b)
Bandung, 20 September 2014
163
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Perbaikan Hidraulika Jaringan Distribusi Eksisting
Perbaikan hidraulika jaringan distribusi eksisting dilakukan berdasarkan kriteria perancangan (design
criteria) jaringan pipa. Beberapa parameter/kriteria perancangan yang umumnya digunakan dalam
perancangan jaringan pipa yang efisien dan ekonomis, yaitu kecepatan aliran, tekanan, ukuran pipa,
kehilangan tekanan, masa layan, kebutuhan air rata-rata.
a. Kecepatan aliran
Kecepatan aliran seharusnya tidak kurang dari 0,6 m/det untuk mencegah terjadinya sedimentasi
dalam jaringan, dan tidak lebih dari 3 m/det untuk mencegah erosi dinding pipa dan kehilangan
tekanan yang tinggi. Trifunović (2006) memberikan rentang standar untuk kecepatan aliran sebagai
berikut:
1.
± 1,0 m/det dalam sistem distribusi
2.
± 1,5 m/det dalam pipa transport
3.
1 – 2 m/det dalam stasiun pompa.
Nilai kecepatan aliran dalam jaringan distribusi umumnya diambil 1 – 1,5 m/det.
b. Tekanan
Tekanan air dalam sistem distribusi air minum perkotaan berkisar antara 150 kPa – 300 kPa untuk
pemukiman/perumahan dengan bangunan berlantai empat atau kurang, dan 400 – 500 kPa untuk
wilayah komersial. Untuk pemadaman kebakaran, tekanan air seharusnya tidak kurang dari 150 kPa
(15 m). Secara umum untuk setiap titik dalam jaringan distribusi seharusnya tidak kurang dari 25 m
dan tidak lebih dari 70 m.
c. Ukuran Pipa
Ukuran pipa untuk jaringan penyediaan air bersih domestik dapat menggunakan pipa berdiameter 4
inchi, sedangkan untuk penyediaan air komunitas kecil dapat menggunakan pipa berdiameter 2 – 3
inchi. Diameter pipa utama untuk jaringan distribusi umumnya tidak kurang dari 6 inchi.
d. Kehilangan Tekanan
Besaran kehilangan tekanan yang menjadi kriteria perancangan sistem distribusi adalah (Trifunović,
2006):
1.
5 – 10 m/km, untuk diameter pipa kecil
2.
2 – 5 m/km, untuk diameter pipa menengah
3.
1 – 2 m/km, untuk pipa berukuran besar.
Nilai optimum kehilangan tekanan berkisar 1 – 4 m/km, dan tidak lebih dari 10 m/km.
Perancangan perbaikan hidraulika jaringan pipa untuk memperoleh jaringan distribusi yang efisien
ditetapkan dengan usaha penggantian diameter pipa eksisting dengan diameter pipa yang baru (Al Amin,
2012a; Al Amin, 2012b). Penetapan ukuran diameter pipa yang digunakan adalah berdasarkan kriteria
kecepatan aliran optimum, kehilangan tekanan maksimal yang diijinkan, tekanan yang disyaratkan, dan
ketersediaan pipa komersial. Walaupun demikian, tidak semua diameter pipa diperlukan penggantian
diameter, terutama pada pipa utama/induk dengan pertimbangan penyediaan tekanan yang cukup apabila
terjadi penambahan kebutuhan di masa yang akan datang.
Rancangan penggantian pipa baru dilakukan secara trial and error, dimana ukuran pipa yang diganti
adalah pipa dalam jaringan setelah percabangan melalui skenario dan hasil simulasi pada jam 08.00
seperti yang diberikan dalam Tabel 3 berikut.
Bandung, 20 September 2014
164
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Tabel 3. Rancangan penggantian diameter pipa setelah percabangan dan hasilnya
Trial
1
Skenario
- ø 6 inchi ø 4 inchi
- ø 4 inchi ø 3 inchi
- ø 2,5 inchi ø 1,5 inchi
Hasil Perbaikan Hidraulika pada Jam 08.00
- Kecepatan aliran maks = 0,9 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 7,9 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,25 m
Tekanan min = 65,93 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun
kriteria perancangan belum terpenuhi, sehingga perlu
perbaikan kembali.
2
- ø 6 inchi ø 3 inchi
- ø 4 inchi ø 2 inchi
- ø 2,5 inchi ø 1 inchi
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 32,45 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m
Tekanan min = 47,9 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria
perancangan belum terpenuhi, sehingga perlu
perbaikan kembali. Sebagian pipa induk memiliki
kehilangan tekanan yang cukup besar.
3
- ø 6 inchi ø 3 inchi (sebagian
kecil) dan ø 2 inchi (sebagian
besar)
- ø 4 inchi ø 2 inchi (sebagian
kecil) dan ø 1,5 inchi (sebagian
besar)
- ø 2,5 inchi ø3/4 inchi
- Kecepatan aliran maks = 1,6 m/det
Kecepatan aliran min = 0,00 m/det*
- Kehilangan tekanan maks = 131,15 m/km
Kehilangan tekanan min = 0,00 m/km*
- Tekanan maks = 71,13 m
Tekanan min = 29,6 m
Kesimpulan: Tidak ada tekanan negatif, namun kriteria
perancangan (kecepatan aliran) sebagian besar telah
terpenuhi, namun dengan konsekuensi terjadi
kehilangan tekanan yang cukup besar. Jaringan perlu
dilakukan perbaikan kembali.
Skenario penggantian pipa seperti yang ditunjukkan dalam Tabel 3 menunjukkan bahwa sampai dengan
skenario 3, telah terjadi perubahan yang sangat signifikan terhadap kecepatan aliran di sebagian besar
pipa dalam jaringan distribusi. Walaupun demikian, pengecilan diameter pipa berimplikasi terhadap
membesarnya kehilangan tekanan. Penggantian pipa tersebut dengan yang lebih kecil hanya akan
memperbesar laju kehilangan tekanan di dalam jaringan pipa. Kehilangan tekanan yang terlalu besar
dapat menyebabkan penggunaan pompa yang tidak efisien dari segi penyediaan tekanan (Al Amin,
2012b). Oleh karena itu, tinjauan perbaikan hidraulika harus dilakukan terhadap lingkup jaringan yang
lebih kecil, sehingga jaringan distribusi memerlukan pembagian wilayah (zonasi) untuk memudahkan
evaluasi jaringan.Pada studi ini, jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang dibagi menjadi 4
(empat) zona seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 9. Dasar pembagian zona dilakukan dengan
memperhatikan jalur pipa yang menyusun suatu kelompok jaringan pipa.
Bandung, 20 September 2014
165
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Zona 1
Zona 2
Zona 4
Zona 3
Gambar 9.
Zonasi jaringan distribusi perumahan PT. Pusri Palembang
Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona 1 berdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar
diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,25 inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan
tekanan terbesar adalah 10,89 m/km dan kecepatan aliran tertinggi 0,51 m/det. Pada Zona 2, perbaikan
hidraulikaberdasarkan hasil skenario 3 dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 1,5 inchi dengan
diameter 2 inchi, diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi, dan diameter pipa 3 inchi dengan diameter 4
inchi. Hasil simulasi menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 12,54 m/km dengan
kecepatan aliran tertinggi 0,95 m/det. Untuk Zona 3, perbaikan hidraulika berdasarkan skenario 3 juga
dilakukan dengan memperbesar diameter pipa 3/4 inchi dengan diameter 1,5 inchi, diameter pipa 1,5
inchi dengan diameter 2 inchi, dan diameter 2 inchi dengan diameter 3 inchi. Kehilangan tekanan terbesar
adalah 13,88 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi 0,78 m/det. Perbaikan hidraulika jaringan pada Zona
4 berdasarkan skenario 3 dilakukan dengan memperkecil diameter pipa 2 inchi dengan diameter 1,5 inchi
dan 1 inchi, dan diameter pipa 1,5 inchi dengan diameter 1 inchi dan 3/4 inchi. Hasil simulasi
menunjukkan bahwa kehilangan tekanan terbesar adalah 16,73 m/km dengan kecepatan aliran tertinggi
0,56 m/det. Perbaikan hidraulika terakhir dilakukan terhadap pipa induk sebelum percabangan, dimana
kehilangan tekanan yang terjadi cukup besar, yaitu 59,62 m/km. Oleh karena itu, diperlukan penggantian
pipa dengan diameter yang lebih besar. Diameter pipa 6 inchi kemudian diganti dengan diameter 8 inchi,
sehingga kehilangan tekanan yang terjadi adalah sebesar 14,68 m/km. Hasil perbaikan hidraulika
ditunjukkan dalam Gambar 10 dan 11. Pada Gambar 11(a) ditunjukkan bahwa kecepatan aliran di
sebagian jaringan pipa masih belum memenuhi kriteria perancangan, sedangkan Gambar 11 (b)
menunjukkan bahwa kehilangan tekanan di sebagian besar jaringan pipa telah memenuhi kriteria.
Meskipun demikian, kondisi ini dianggap sudah cukup baik mengingat proses optimasi yang harus
dilakukan secara manual.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Eksisting
Konsentrasi sisa klorin yang disyaratkan dalam sistem distribusi air minum adalah 0,2 –5,0 mg/L.
Kekurangan sisa klorin menyebabkan tidak terjaminnya kualitas air minum dari kontaminasi oleh bakteri
patogen, sedangkan kelebihan sisa klorin dapat memberikan efek samping terhadap kualitas air minum
yang dikonsumsi, diantaranya seperti air minum yang bau bahkan perasaan mual, muntah, dan gangguan
pencernaan bagi yang mengonsumsinya. Dampak lain dari kelebihan sisa klorin adalah potensi senyawa
hasil sampingan yang disebut Trihalomethane (THM) yang bersifat karsinogenik (pemicu kanker). Oleh
karena itu, penetapan dosis klorin yang diberikan dalam sistem distribusi memperhatikan konsentrasi sisa
klorin yang diijinkan.
Bandung, 20 September 2014
166
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 10. Diameter pipa (a), dan debit aliran (b) hasil perbaikan akhir hidraulika jaringan distribusi
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 11.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Kecepatan aliran (a), dan kehilangan tekanan (b) hasil perbaikan akhir hidraulika
jaringan distribusi
Kehilangan klorin (chlorine decay) sangat dipengaruhi oleh reaksi klorin dengan zat-zat yang terdapat di
dalam air yang disebut sebagai bulk reactions, reaksinya dengan dinding (material) pipa yang disebut
sebagai pipe wall reactions, dan waktu tinggal air di dalam jaringan pipa (water age). Waktu tinggal air di
dalam jaringan pipa sangat bergantung pada kecepatan aliran. Semakin cepat kecepatan aliran, maka
waktu tinggal menjadi semakin singkat, sebaliknya semakin lambat kecepatan aliran, maka waktu tinggal
menjadi semakin lama.
Hasil simulasi hidraulika jaringan distribusi eksisting menunjukkan bahwa kecepatan aliran dalam jaringan
pipa sangat lambat dan tidak memenuhi kriteria perancangan. Oleh karena itu, waktu tinggal air dalam
jaringan pipa menjadi sangat lama. Jika waktu tinggal sangat lama, maka dosis optimum yang diberikan di
stasiun injeksi klorin (misalnya di reservoir) menjadi tidak efektif sehingga membutuhkan stasiun injeksi
klorin lagi yang disebut sebagai booster klorin (chlorine booster) di beberapa lokasi dalam jaringan
distribusi. Walaupun demikian, karena waktu tinggal yang terlampau lama, maka jumlah booster klorin
Bandung, 20 September 2014
167
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
yang dibutuhkan akan sangat banyak yang berakibat pembubuhan klorin yang tidak efisien dan biaya
operasional yang terlalu mahal. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dilakukan di
dalam studi ini. Simulasi tersebut hanya akan dilakukan pada jaringan distribusi yang telah diperbaiki
perilaku hidraulikanya.
Simulasi Sisa Klorin pada Jaringan Distribusi Setelah Perbaikan Hidraulika
Simulasi sisa klorin pada jaringan distribusi setelah perbaikan hidraulika dilakukan dengan terlebih dahulu
menetapkan dosis klorin yang diberikan pada titik yang paling hulu, yaitu pada reservoir. Dosis klorin
maksimal yang diberikan adalah 5,0 mg/L. Koefisien laju kehilangan klorin akibat bulk reactions dan pipe
wall reactions digunakan berdasarkan nilai yang diberikan oleh Triatmadja, et. al. (2010). Konsentrasi sisa
klorin dalam jaringan distribusi setelah pembubuhan klorin sebesar 5,0 mg/L di reservoir ditunjukkan
dalam Gambar 12(a). Konsentrasi sisa klorin yang tidak memenuhi syarat (kurang dari 0,2 mg/L) dapat
diamati menggunakan fasilitas Query yang tersedia dan hasilnya ditunjukkan dalam Gambar 12(b).
Gambar 12(b) menunjukkan bahwa konsentrasi sisa klorin pada sebagian besar node di Zona 4 adalah
kurang dari 0,2 mg/L. Hal ini disebabkan karena lokasi Zona 4 yang relatif jauh dibandingkan dengan
node pada zona lainnya. Selain itu, waktu tinggal yang juga cukup lama menyebabkan laju kehilangan
klorin yang cukup besar di Zona 4 tersebut. Waktu tinggal terlama yaitu 10,81 jam. Gambar 13(a) dan
13(b) masing-masing menunjukkan waktu tinggal dan laju kehilangan klorin dalam jaringan distribusi.
Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi syarat juga terlihat pada beberapa node di zona lainnya. Hal ini
disebabkan karena node tersebut berupa titik ujung dari pipa (dead end), sehingga tidak memiliki nilai
kebutuhan air. Oleh karena itu, EPANET 2.0 mensimulasikan pipa ke node tersebut dengan menganggap
tidak terjadi aliran yang menyebabkan tidak tersedianya konsentrasi sisa klorin (0,0 mg/L).
Perbaikan konsentrasi sisa klorin pada Zona 4 dapat dilakukan dengan menempatkan booster klorin
(chlorine booster) yang berfungsi sebagai titik injeksi tambahan sehingga konsentrasi sisa klorin pada
zona tersebut dapat memenuhi syarat.
Sisa klorin < 0,2 mg/L
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Bandung, 20 September 2014
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
168
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Gambar 12. Konsentrasi sisa klorin di tiap node (a), dan node yang sisa klorinnya kurang dari 0,2 mg/L
(a)
(b)
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 13.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Waktu tinggal (a), dan laju kehilangan klorin (b) dalam jaringan distribusi
Simulasi Sisa Klorin dengan Penambahan Booster Klorin
Penempatan booster klorin dilakukan dengan meninjau konsentrasi sisa klorin di setiap node dan arah
aliran pipa pada Zona 4. Pemberian dosis klorin direncanakan untuk dilakukan secara konstan. Hal ini
bertujuan untuk memudahkan dalam hal pengoperasian booster klorin. Walaupun demikian, penggunaan
klorin dapat menjadi boros dan tidak efisien jika pada suatu waktu dosis yang dibutuhkan tidak sebanyak
pada saat pemakaian puncak. Penetapan dosis yang diberikan dilakukan secara trial and error sampai
diperoleh konsentrasi sisa klorin telah memenuhi syarat. Gambar 14 menunjukkan penempatan booster
klorin pada node J-205 dan dosis yang diberikan sebesar 2,5 mg/L secara konstan sehingga konsentrasi
sisa klorin pada Zona 4 telah memenuhi syarat ≥ 0,2 mg/L.
Keterangan:
pipa
node
arah aliran
Gambar 14.
Penempatan booster klorin dan dosis pembubuhannya pada Zona 4
Bandung, 20 September 2014
169
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
KESIMPULAN DAN REKOMENDASI
Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut:
1. Kapasitas sistem distribusi air minum di perumahan PT. Pusri Palembang masih sangat memenuhi
dari segi penyediaan tekanan sisa dalam jaringan. Walaupun demikian, kecepatan aliran hampir di
seluruh jaringan pipa sangat lambat sehingga tidak memenuhi kriteria desain yang layak.
2. Perbaikan hidraulika jaringan pipa dilakukan dengan tujuan mengoptimalkan parameter kecepatan
aliran dan kehilangan tekanan dalam jaringan pipa dilakukan melalui pembesaran maupun pengecilan
diameter pipa eksisting.
3. Optimasi parameter hidraulika, diantaranya tinggi tekanan, kecepatan aliran, kehilangan tinggi tekanan
dalam EPANET 2.0 harus dilakukan secara manual dengan metode trial and error sehingga menjadi
kesulitan tersendiri bagi user. Hal ini disebabkan karena EPANET 2.0 tidak menyediakan fasilitas
optimasi dalam analisisnya.
4. Simulasi sisa klorin dalam jaringan distribusi eksisting tidak dapat dilakukan dengan pertimbangan
water age yang terlalu lama, sehingga menyebabkan penggunaan booster klorin menjadi tidak efisien
dan terlampau boros.
5. Konsentrasi sisa klorin yang memenuhi persyaratan dilakukan dengan pemberian dosis sebesar 5,0
mg/L pada reservoir dan penambahan booster klorin pada Zona 4. Dosis pembubuhan pada klorin
booster tersebut adalah 2,5 mg/L yang diberikan secara konstan.
Rekomendasi
Beberapa saran yang dapat penulis usulkan diantaranya adalah:
1. Perlu adanya studi khusus mengenai pola pemakaian air untuk perumahan.
2. Perlu dilakukan kalibrasi parameter hidraulika sebelum simulasi sisa klorin. Disamping itu, kalibrasi
sisa klorin juga diperlukan untuk mengetahui laju kehilangan klorin yang berlaku pada suatu sistem
distribusi air minum.
3. Penggunaan perangkat lunak lain yang sejenis, namun berbayar (misalnya WaterGEMS) dapat
digunakan untuk optimasi parameter hidraulika yang tidak disediakan oleh EPANET 2.0.
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih kepada Lembaga Penelitian Universitas
Sriwijaya yang telah mendanai studi ini, dan kepada segenap pimpinan serta staf PT. Pusri Palembang
yang telah mengijinkan dan membantu dalam perolehan data.
REFERENSI
Al Amin, M.B., 2011.Komputasi Analisis Hidraulika Jaringan Pipa Air Minum, disajikan pada Seminar
Nasional Kebumian 2011, 8 – 9 Desember 2011, Yogyakarta.
Al Amin, M.B., 2012a.Analisis Perbaikan Hidraulika Jaringan Pipa PDAM Lematang Enim untuk
Peningkatan Pelayanan Distribusi Air Bersih di Kota Muara Enim, Jurnal Rekayasa Sriwijaya, Vol.
21(3): 6 – 13 ISSN 0852-5366.
Al Amin, M.B., 2012b.Mengatasi Kehilangan Energi Primer yang Berlebihan pada Jaringan Pipa Distribusi
Air Menggunakan Model Komputer WaterGEMS, disajikan pada Seminar Nasional AVoER ke-4, 28 –
29 November 2012, Palembang.
Al-Jasser, A.O., 2011. Pipe Service Age Effect on Chlorine Decay in Drinking-Water Transmission and
Distribution Systems, CLEAN – Soil, Air, Water, Vol. 39(9): 827 – 832.
Bandung, 20 September 2014
170
Seminar Nasional Teknik Sumber Daya Air
Anonim, 2005. Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 16 Tahun 2005 Tentang Pengembangan
Sistem Penyediaan Air Minum, Jakarta.
Anonim, 2010.Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010
Tentang Persyaratan Kualitas Air Minum, Jakarta.
Castro, P. dan Neves, M., 2003.Chlorine Decay in Water Distribution Systems Case Study – Lousada
Network,Electric Journal of Environmental, Agricultural, and Food Chemistry (EJEAFChe), Vol. 2(2):
261-266, ISSN 1579-4377.
Hyde, N., 2005. Computer Modeling of Water Distribution Systems, Manual of Water Supply Practices –
M32, Second Edition, American Water Works Association, Denver.
Lin, S.H., 2007.Water and Wastewater Calculations Manual, Second Edition, McGrawHill Book Co., New
York.
Mays, L.W., 1999.Water Distribution Systems Handbook, McGraw-Hill Book Co., New York.
McGhee, T.J., 1991.Water Supply and Sewerage, Sixth Edition, McGrawHill Book Co., New York.
Mutoti, G., et. al., 2007.Combined Chlorine Dissipation: Pipe Material, Water Quality, and Hydraulic Effect,
American Water Works Journal: 96 – 106.
Ramadhan, A., 2014. Analisis Hidrolika Sistem Jaringan Distribusi Air Minum di Komplek Perumahan PT.
Pusri Palembang Menggunakan EPANET 2.0, Tugas Akhir Jurusan Teknik Sipil Fakultas Teknik,
Universitas Sriwijaya, Palembang (tidak dipublikasikan).
Rossman, L.A., 2000.EPANET 2User Manual, EPA/600/R-00/057, National Risk Management Research
Laboratory, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, OH.
Sarbatly, R.HJ. dan Krishnaiah, D., 2007.Free Chlorine Residual Content within the Drinking Water
Distribution System, International Journal of Physical Sciences,Vol. 2(8): 196-201.
Swamee, P.K., dan Sharma, A.K., 2008.Design of Water Supply Pipe Networks, John Wiley & Sons, Inc.,
New Jersey.
The American Water Works Association, Inc., 1971.Water Quality and Treatment, A Handbook of Public
Water Supplies, Third Edition, McGraw-Hill Book Co., New York.
Triatmadja, R., Al Amin, M.B., Kamulyan, B., 2010.Numerical Simulation of Water Quality in A Pipe
Network, disajikan pada The First Makassar International Conference on Civil Engineering
(MICCE2010), 9 – 10 Maret 2010, Makassar.
Triatmodjo, B., 2003.Hidraulika II, Edisi Ketiga, Beta Offset, Yogyakarta.
Trifunović, N., 2006. Introduction to Urban Water Distribution, UNESCO-IHE Lecture Note Series, Taylor
and Francis, London.
Walski, T.M., et. al., Advance Water Distribution Modeling and Management, Bentley Institute Press.
World Health Organization, 2011. Guidelines for Drinking-Water Quality, Fourth Edition, WHO Press,
Malta.
Bandung, 20 September 2014
171