3

2 TINJAUAN PUSTAKA

Filtrasi

Filtrasi adalah salah satu operasi yang penting dalam proses pemurnian air.

Meskipun penyaringan dan sedimentasi menghapus sebagian besar materi tersus

pensi,tetapi tidak efektif menghilangkan partikel halus, warna, mineral terlarut

dan mikroorganisme. Dalam penyaringan, air yang dilewatkan melalui media

filter untuk menghapus partikulat yang sebelumnya tidak dihapus oleh sedimen

tasi. Selama filtrasi, masalah kekeruhan dan jenis koloid dihapus atau tertahan di

media filter, presipitat warna, dan karakteristik kimia air berubah. Kandungan

bakteri air dari unit proses sebelumnya jauh berkurang karena adanya lapisan

zoologis aktif pada bagian atas material penyaringan. James Simpson membuat

filter pertama untuk Perusahaan Air Chelsea, London, pada 1829. Bentuk paling

awal adalah dari filter pasir lambat. Filter pasir cepat diperkenalkan pada 1900-

1910 (Punmia 1979).

Mekanisme Filtrasi

Mekanisme filtrasi tergantung pada kualitas air, karakteristik flok dari

partikulat, media filter dan kecepatan filter. Adapun mekanisme filtrasi yang

penting (Punmia 1979) antara lain :

1. Mekanisme penyaringan

Merupakan proses penyaringan zat padat berukuran besar agar dapat lolos

melewati media berpori yang biasanya terjadi di permukaan media filter.

Proses ini terjadi di permukaan filter dan tidak bergantung pada kecepatan

filtrasi. Clogging (mampet) pada unit filter akan mengurangi porositas media

sehingga secara teoritis dengan bertambahnya waktu akan meningkatkan

headloss pada filter.

2. Sedimentasi

Sedimentasi merupakan proses pengendapan partikel tersuspensi yang lebih

halus ukurannya daripada lubang pori pada permukaan butiran. Sehingga

apabila filtrasi berlangsung terus menerus maka akan dapat menyebabkan:

- berkurangnya ukuran efektif pori-pori

- kecepatan turunnya air berkurang

- terjadinya endapan

3. Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses penghilangan zat pengotor organik dan anorganik yang

tidak teradsorpsi dalam air karena adanya gaya tarik-menarik antar partikel

pengotor dengan butiran media. Adsorpsi memegang peranan penting dalam

proses filtrasi, karena akan menghilangkan partikel yang lebih kecil daripada

partikel tersuspensi seperti partikel koloid dan partikel pengotor yang terlarut.

Prinsip proses adsorbsi adalah adanya perbedaan muatan antara permukaan

butiran dengan partikel pengotor di sekitarnya. Partikel koloid yang berasal

dari organik umumnya bermuatan negatif tidak akan teradsorbsi pada saat filter

4

masih bersih dan baru beroperasi. Setelah filtrasi dan banyak partikel bermutan

positif yang tertahan di butiran partikel, filter menjadi terlalu jenuh dan

bermuatan positif. Sehingga terjadi adsorpsi tingkat kedua, yaitu menarik

partikel – partikel koloid yang bermuatan negatif yang berasal dari koloidal

organik, seperti anion NO3-, PO4

3-, dan lain – lain. Apabila adsorpsi tingkat

kedua ini telah mencapai kelewat jenuh, maka muatan kembali menjadi negatif

dan mengadsorpsi muatan positif dan seterusnya. Semakin lama gaya penyebab

adsorpsi menjadi menurun kekuatannya yang diakibatkan karena semakin

tebalnya kotoran yang menempel di permukaan filter, begitu pula dengan

efisiensi filter juga ikut turun. Sehingga hal ini mengakibatkan banyak kotoran

yang melewati filter begitu saja sehingga kualitas effluen menurun dan

diperlukan backwash/pencucian. Proses adsorpsi ini mampu menghilangkan

partikel yang lebih kecil dari partikel tersuspensi seperti partikel koloid dan

molekul kotoran terlarut. Kemampuan adsorpsi hanya terjadi pada jarak yang

sangat pendek, tidak lebih dari 0,01 – 1 mm dari permukaan media.

Dalam air alam (Alaerts, 1987) ditemui dua kelompok zat, yaitu zat terlarut

Gambar 2 Skala ukuran (diameter) partikel-partikel dalam air alam serta

efisiensi dari bermacam-macam jenis filter (Alaerts, 1987)

seperti garam dan molekul organis, dan zat padat tersuspensi dan koloidal

seperti tanah liat, kwarts. Perbedaan pokok antara kedua kelompok zat ini

ditentukan melalui ukuran/diameter partikel-partikel tersebut yang dapat dilihat

pada gambar 2.

Jenis partikel koloid tersebut adalah penyebab kekeruhan dalam air (efek

Tyndall) yang disebabkan oleh penyimpangan sinar nyata yang menembus

suspensi tersebut. Partikel-partikel koloid tidak terlihat secara visual sedangkan

larutannya (tanpa partikel koloid) yang terdiri dari ion-ion dan molekul-

molekul tidak pernah keruh. Larutan menjadi keruh bila terjadi pengendapan

5

(presipitasi) yang merupakan keadaan kejenuhan dari suatu. senyawa kimia.

Partikel-partikel tersuspensi biasa, mempunyai ukuran lebih besar dari partikel

koloid dan dapat menghalangi sinar yang akan menembus suspensi; sehingga

suspensi tidak dapat dikatakan keruh, karena sebenarnya air di antara partikel-

partikel tersuspensi tidak keruh dan sinar tidak menyimpang.

Zat Padat Tersuspensi sendiri dapat diklasifikasikan sekali lagi menjadi antara

lain zat padat terapung yang selalu bersifat organis dan zat padat terendap

yang dapat bersifat organis dan inorganis. Zat padat terendap adalah zat padat

dalam suspensi yang dalam keadaan tenang dapat mengendap setelah waktu

tertentu karena pengaruh gaya beratnya. Penentuan zat padat terendap ini dapat

melalui volumnya, disebut analisa Volum Lumpur (sludge volume), dan dapat

melalui beratnya disebut analisa Lumpur Kasar atau umumnya disebut Zat

Padat Terendap (settleable solids).

4. Aktifitas kimia

Didalam filter ada aktifitas kimia, dikarenakan bereaksinya beberapa senyawa

kimia dengan oksigen maupun dengan bikarbonat.

5. Aktifitas biologis

Aktivitas ini disebabkan oleh mikroorganisme yang hidup didalam filter.

Secara alamiah mikroorganisme terdapat didalam air baku dan bila melalui

filter dapat tertahan pada butiran filter. Mikroorganisme ini dapat berkembang

biak dalam filter dengan sumber makanan yang berasal dari bahan organik dan

anorganik yang mengendap di butiran media. Makanan ini sebagian untuk

proses hidupnya (disimilasi) dan sebagian lagi digunakan untuk proses

pertumbuhannya (asimilasi). Hasil asimilasi terbawa oleh air dan digunakan

lagi oleh mikroorganisme lain yang terletak lebih dalam. Dalam hal ini

kandungan zat organik akan terurai, misalnya ammonia → nitrit → nitrat yang

akhirnya menjadi bahan anorganik seperti H2O, CO2, nitrat, phosphat, dan

lainnya (mineralisasi), yang akhirnya sebagian besar keluar bersama effluen.

Akibat terbatasnya suplai makanan dari air baku, maka populasi bakteri yang

dapat bertahan terbatas pula, dan pertumbuhan seperti ini yang dijelaskan

diatas diirngi pula dengan kematian bakteri. Bakteri yang mati ini akan terbawa

keluar pada saat pencucian filter.

Klasifikasi Filter

Sistem penyediaan air minum (SPAM) di Indonesia pada umumnya tidak

menerapkan unit saringan kasar atau Roughing Filter (RF). Kalau kondisi air baku

sungai buruk terpaksa membuat unit prasedimentasi (prased) atau semacam kolam

penampung air baku, kemudian airnya dialirkan ke unit pengolahan (complete

treatment). Pengecualian sumber airnya dari danau atau waduk biasanya tidak

perlu lagi dibuatkan unit prased karena keduanya sudah berfungsi sebagai prased

alami.

Pada dasarnya RF ada dua jenis, dibedakan oleh arah aliran yaitu dari aliran

vertikal (VF) dan aliran horizontal (HF). Struktur VF terbatasi kedalaman tempat/

filter bed namun tingkat filtrasi lebih tinggi dan backwash (pencucian) media filter

yang memungkinkan/ mudah. Filter HF dapat berukur panjang praktis dan tak

terbatas, tapi tingkat filtrasi yang lebih rendah, dan umumnya memerlukan

6

pembersihan manual dari media filter (Schulz and Okun 1984).

Cleary,Shawn A. 2005, menyatakan Roughing Filter tidak hanya penting

untuk melindungi saringan pasir lambat dari kandungan padatan, tetapi juga

penting dalam keseluruhan proses penghilangan patogen, sehingga: selama suhu

air dingin (<5oC) sistem pengolahan kurang maksimal, filter masih jalan seadanya

hal ini sebagai kontributor yang signifikan untuk penghilangan coliform.

Penghilangan kekeruhan dan bakteri coliform secara signifikan lebih baik dalam

roughing filter, perlu dicatat, bagaimanapun, bahwa karena headloss penumpukan

dan potensi masalah pembersihan filter, integritas operasional masih dalam

pertanyaan, selama periode jangka panjang suhu air hangat. Penghilangan

kekeruhan dalam roughing filter secara signifikan meningkat selama suhu air

hangat ketika filter biologis lebih matang. Hal ini menunjukkan bahwa

pengolahan biologis merupakan mekanisme pengolahan yang penting dalam

roughing filter. Roughing filter dibuatkan aliran lebih panjang dari saringan pasir

lambat supaya dapat menangkap sejumlah besar padatan sebelum memasuki

saringan pasir lambat.

Operasi-pemeliharaan RF, membutuhkan waktu tertentu daripada prased

maupun kolam penampung. Tetapi dari sisi kualitas olahannya, RF menghasilkan

air yang lebih jernih per debit yang sama. Apalagi kalau dilanjutkan dengan unit

filter pasir lambat atau fipal (slow sand filter), akan jauh lebih bagus kualitasnya.

Dimuka disebutkan metoda ini tepatnya diterapkan pada sistem penyediaan air

bersih yang berbasis masyarakat , maka tanggung jawab utama untuk operasi dan

pemeliharaan secara skematik penyediaan air harus diberikan kepada masyarakat

yang bersangkutan, karena kelancaran pasokan air terutama mem pengaruhi

penggunanya. Dengan kata lain kepemilikan dan pengelolaan, menggunakan

sumber daya yang tersedia secara lokal dan infrastruktur, karena tidak

memerlukan bahan kimia, suku cadang mekanik atau staf yang sangat terlatih

(Sandec Skat, 1996)

Ciri khas RF adalah medianya. disusun oleh bebatuan (kerikil, koral), filter

memiliki ruang antar butir (porositas) yang fungsinya sebagai ruang sedimentasi.

Ada ribuan ruang sedimentasi di dalam RF dan ini bergantung pada dimensinya.

Selain sedimentasi, terjadi juga fenomena filtrasi dan biomekanisme yang mampu

menyisihkan bakteri seperti pada fipal. Bedanya, dalam fipal, penyisihan bakteri

dimonopoli oleh lapisan kotor (dirty layer) yang disebut schmutzdecke (Le Craw,

R.A. 2006).

Kerikil adalah media filter yang umum digunakan meskipun beberapa

penelitian telah menyelidiki media lainnya (Tabel 1). Satu studi lapangan HRF

dilaksanakan oleh Losleben,2008, pada Proyek Blue Nile Health bereksperimen

dengan media patahan batu bata dibakar. Proyek lain RF di Indonesia digunakan

ijuk sawit serat,hasil dari tes ini menunjukkan bahwa kinerja menukar kerikil

dengan ijuk di kompartemen pertama meningkatkan penghilangkan kekeruhan

sebesar 28%. Dibandingkan dengan sepenuhnya mengganti kerikil dengan batu

bata bakaran menurunkan kinerja filter sebesar 10%. Sebuah studi percontohan

HRF dua bulan yang dilakukan di International Institute of Water and dan

Environmental Engineering (“2IE”) dengan menggunakan Dam Loumbila sebagai

sumber air minum utama untuk Ouagadougou, hanya menunjukkan rata-rata

reduksi 32% kekeruhan. Perbandingan 3 lokasi proyek tersebut HRF dan kriteria

desain utama mereka adalah diberikan dalam Tabel 1.

7

Tabel 1 Perbandingan penggunaan media filter

Proyek Blue

Nile Health

Sudan

(referensi dari

Wagelen, 1996)

Plumbon, Indonesia

(Studi dari

Universitas Delft

yang dikutip oleh

Wegelin, 1996)

Ouagadougou

Burkina Faso Institut

Air dan Teknik

Lingkungan

International

(Sylvain, 1989)

Media

Pecahan

batu

bata

bakar

krikil

Krikil dan

serat ijuk

sawit krikil

Krikil kuarsa

Kecepatan

aliran filtrasi 0,30 m/h - - - 1,0 m/h

Panjang filter

dan ukuran

media (mm)

270 cm, 30 - 50

85 cm, 15 - 20

85 cm, 5 - 10

Bak pertama

diisi serat ijuk

sawit; kemudi

an krikil

16 - 25 mm

16-25

mm

400 cm, 15 - 25

15 cm, 5 - 15

Turbidity (NTU):

Air baku 40 - 500 - - - 5 - 50

Air sebelum

penyaringan 5 - 50 - - - 4 - 19

Coli tinja (#/ 100 ml):

Air baku >300* - - - - - - - - -

Air sebelum

penyaringan

<25* - - - - - - - - -

Pengurangan

turbidity 77% 87% 67% 39% 32%

*sebagai E.Coli

Sumber: Losleben,2008, Proyek Blue Nile Health.

Meskipun media filter halus paling efektif menghilangkan partikel, media

kasar adalah diperlukan untuk memungkinkan lebih banyak ruang endap untuk

penyimpanan padatan dan meringankan beban pembersihan saringan. Dengan

pemikiran ini, berbagai penelitian telah diselidiki efek yang berbeda terhadap

penghilangan ukuran partikel yang berbeda dari University College London

mengeksplorasi pretreatment perairan yang sangat keruh di India dengan matriks

filtrasi kerikil, meneliti akurasi model untuk memprediksi kinerja filtrasi

berdasarkan ukuran partikel. Di University of Notre Dame, HRF skala

laboratorium diselidiki apakah penghilangan lempung koloid dari Cascade

Mountain dapat ditingkatkan melalui penggantian media yaitu lime stones (batu

kapur) terlarut memberikan waktu endap dengan destabilisasi partikel tanah liat

melalui flokulasi dan sedimentasi(Losleben 2008).

8

Pengalaman praktis yang lain dengan roughing filter untuk pengolahan air,

telah diterapkan di banyak negara untuk pengolahan air minum (Onyeka Nkwonta

et.al, 2009). Pada bagian ini, gambaran singkat dari pengalaman di beberapa

negara dalam tabel 2.

Tabel 2 Penerapan roughing filter pada pengolahan air minum

Referensi Kecepatan

penyaringan Parameter uji

Persen

penghilangan

Pacini (2005), Sri Langka 1,20 m/h Iron and

Manganese

85% and 95%

Dome (2000), Sri Langka 0,3 m/h Algae and

Turbidity

95% and 90%

Mahvi (2004) 1,5 m/h Turbidit 90%

Ochieng and Otieno

(2004), Afrika

0,75 m/h Turbidity and

Algae

90% and 95%

Dastanaie (2007), Iran 1,8 m/h Turbidity, TSS

and Coliforms

63.4%, 89%

and 94%

Jayalath (1994), Sri Langka 1,5 m/h Colour and

turbidity

50% and 60%

Rabindra (2008) 1,0 m/h TSS and turbidity 95% and 95%

Mukhopadhay(2008), India 0,75 m/h Turbidity 75%

Sumber : Onyeka Nkwonta et.al, 2009

Pada penelitian dengan menggunakan horizontal flow roughing filter (Jafari

Dastanaie A.; et al, 2007), dipantau kualitas air outlet, parameter seperti total

padatan tersuspensi (TSS), kekeruhan, warna dan coliform fecal serta ion seperti

besi dan mangan yang dibandingkan antara air masuk dan keluar. Perbandingan

antara nilai-nilai parameter yang disebutkan di inlet dan outlet air diilustrasikan

dalam gambar 3 dan 4,fungsi keseluruhan dari filter dalam menghilangkan

kekeruhan dan TSS dapat diterima. Selain itu, besi, mangan dan penghilangan

warna sampai batas tertentu. Variasi pencemaran coliform di inlet dan outlet air

juga dipantau. Penghilangan mikroorganisme membaik dengan tingkat filtrasi

yang lebih rendah dan dengan ukuran yang lebih kecil pasir di unit filter.

Mengamati penghapusan total coliform lebih besar dari 98% untuk ukuran pasir

yang efektif 0,29 mm dibandingkan removal 96% untuk ukuran pasir 0,62 mm,

filter memiliki kedalaman dan laju filtrasi yang sama.

Secara finansial, mengingat efisiensi penyisihan dari pencemaran coliform,

total padatan tersuspensi (TSS), mangan, kekeruhan, warna dan besi masing-

masing, sistem ini telah menunjukkan hasil yang meyakinkan. Hasil yang dicapai

dalam penelitian ini menunjukkan bahwa horisontal roughing filtrasi dapat

dianggap murah dan efisien pada proses pengolahan pendahuluan air permukaan

yang digunakan sebagai pasokan air. Selanjutnya, sebagai kasus dalam penelitian

ini dapat dipertimbangkan untuk pasokan air tidak mengandung polutan utama

untuk memnuhi kebutuhan masyarakat skala kecil.

9

Table 3 Karakteristik dari suatu percobaan horizontal-flow roughing filter

Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007

Table 4 Efisiensi pengilangan parameter partikel melalui penyaringan

Parameter Unit Inlet Outlet Removal Efficiency

%

Turbidity NTU 3.528 1.29 63.4

Color mg/L 0.8 0.6 20

Iron mg/L 0.083 0.07 15.6

Manganese mg/L 0.0417 0.015 64

TSS mg/L 18.93 1.95 89.7

Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007

Sistem ini dapat diajukan sebagai sistem pengolahan total, di mana

diperlakukan air keluar dari filter dapat dikirimkan ke jaringan distribusi setelah

pasca klorinasi sederhana. Menurunkan tingkat filtrasi sebesar 1 m/jam atau

bahkan kurang dan meningkatkan panjang filter disarankan untuk mendapatkan

efisiensi yang lebih dalam penghilangan kasus keberadaan polusi lagi. Menjaga

paket ini di dalam ruangan sangat dianjurkan untuk mencegah ketidaknyamanan

yang disebabkan oleh angin, curah hujan, dan lainnya.

Parameter

Debit

aliran

Kecepatan

aliran Kedalaman Lebar

Panjang bak/saluran

Kesatu Kedua Ketiga

Unit

Value

L/det

3.5

mtr/jam

1.8

mtr

2

mtr

5

mtr

3

mtr

2.30

mtr

1.80

Gambar 3 Nilai turbidity air yang melewati bagian inlet dan outlet

Sumber : Jafari Dastanaie A.; et al, 2007

10

Gambar 4 Nilai total suspended solid (TSS) air yang melewati

bagian inlet dan outlet (Jafari Dastanaie A.; et al, 2007)

Aplikasi di Eropa, Instalasi Pengolahan Air (Waterworks) dari Dortmund,

Jerman (Wagelin,Martin et al,1993) menghidupkan kembali proses filter roughing

aliran horisontal 50-70 m panjang yang dipasang di cekungan tanah liat yang

dipadatkan, diisi dengan kerikil kasar dari 32-64 mm. Kira-kira ini. 1 m tidur

dalam filter diisi/ditutupi oleh lapisan krikil setebal 40 cm dari ukuran 8-16 mm

kerikil. HFRF mengurangi kekeruhan sebesar 85% dan memungkinkan mencapai

5 kali lebih lama beroperasi penyaringandan diterus dengan filter pasir lambat.

Selain proses penghilangan padatan berbagai macam material terjadi, 90 sampai

99% bakteri dihilangkan, 15% dari angka DOC lebih dari 50% dari konsentrasi

logam berat.

Tabel 5 Aplikasi horizontal flow roughing filter di Eropa

Sistem

Penyediaan

Air Bentuk Membujur

Kecepatan

filtrasi

(vp)

Ukuran

gravel/krikil

(dg)

Dortmund,

Germany

15-20 mtr/jam dg 1 = 32-64 mm

dg2 = 8-16 mm

Graz,

Austria

14-18 mtr/jam dg = 8-32 mm

Aesch,

Swizerland

5-10 mtr/jam dg = 50-80 mm

Developing

countries

0,5-20 mtr/jam dg 1 = 12-18 mm

dg 2 = 8-12 mm

dg 3 = 4-8 mm

Sumber : Wagelin, Martin et al, 1993

11

Mekanisme filtrasi lebih lanjut yaitu penahanan padatan tersuspensi oleh

RF, prosesnya agak kompleks mencakup sedimentasi adsorpsi dan biologi serta

kegiat an biokimia. Pada dasarnya, seperti yang diilustrasikan pada gambar 5

dibawah, partikel padatan harus diangkut kepermukaan dan tetap melekat pada

permukaan media yang sebelumnya diubah proses biologi dan biokimia, terakhir

yang penting untuk menghilangkan kotoran yang larut.

Gambar 5 Pemisahan partikel pada RF,Sandec - SKAT, 1996

Klasifikasi Tipe Filter RF Tipe filter RF diklasifikasikan menjadi beberapa tipe filter, ukuran media filter

serta filtration rate/laju filtrasi seperti disajikan pada Tabel 3 :

Tabel 6 Klasifikasi Media Filter, Sandec – SKAT, 1996

Tipe Filter Ukuran Material Filter

dia [mm]

Laju Filtrasi vF [m/h]

rock filter > 50 1 – 5

roughing filter 20 – 4 0,3 – 1,5

rapid sand filter 4 – l 5 – 15

slow sand filter 0,35 – 0,15 0,1 – 0,2

Sumber : Sandec – SKAT, 1996

Roughing Filter umumnya terletak di instalasi pengolahan dan digunakan

sebagai proses pretreatmen (pengolahan pendahuluan). Filter ini dapat

dioperasikan baik sebagai filter upflow, downflow atau horizontal-aliran. Fraksi

kerikil yang berbeda dari RF dipasang seadanya baik dikompartemen yang

terpisah dan dioperasi secara seri, atau kerikil ukuran berbeda ditempatkan

dalam lapisan yang sama.

Aliran air baku membawa partikel / turbiditas menerobos poros diantara media/ krikil

Terjadi Pelekatan partikel pada permukaan media yang dilalui

Pelekatan terus seiring aliran terjadi proses biokima perubahan bentuk seperti lapisan lendir

12

Gambar 6 RF tipe aliran dari atas, Sandec - Skat, (1996)

Gambar 7 RF tipe aliran dari bawah,

sumber:Sandec - Skat, (1996)

Horisontal-Flow Roughing Filter (HRF)

Panjang filter HRF tak terbatas dan tata letak sederhana adalah keuntungan

utama dari horizontal flow roughing filter. Umumnya, struktur dangkal tidak

menciptakan masalah struktural, dan panjang filter tidak terbatas pada beberapa

meter. Selanjutnya, tata letak sederhana tidak memerlukan struktur hidrolik

tambahan dan instalasi seperti pada aliran vertikal roughing filter. Air

baku berjalan dalam arah horizontal dari kompartemen masuk, melalui

serangkaian bahan saringan berbeda dipisahkan oleh dinding berlubang, ke outlet

filter seperti Gambar 8, Sandec - Skat, 1996.

Gambar 8 Horisontal-Flow Roughing Filter,

Sumber:Sandec - Skat, (1996)

13

Tabel 7 Ukuran gravel, panjang Bangunan HRF

Unit/Bak Ukuran

gravel Simbol Panjang

12 - 18 mm L1 2 - 4 m

8 - 12 mm L2 1 - 3 m

4 - 8 mm L3 1 - 2 m

Pedoman perancangan HRF diatas :

………………………....(1)

………………………..(2)

.………………………………………………(3)

…………………………….…………. (4)

Bahan filter berkisar ukuran antara 4 dan 20 mm, dan biasanya didistribusi

kan sebagai fraksi kasar, sedang dan halus dalam tiga kompartemen penyaring

berikutnya.Untuk mencegah pertumbuhan ganggang difilter, tingkat air yang

disimpan dibawah permuka an bahan filter dengan pipa buangan ditempatkan di

outlet filter. Filtrasi pada horizontal flow roughing filter berkisar antara 0,3 dan

1,5 m /jam. Telah didefinisikan disini sebagai beban hidrolik (m³ /jam) per unit

area bagian vertical (m2) filter. Panjang filter tergantung pada kekeruhan air

baku dan biasanya terletak dalam waktu 5 sampai 7 meter. Dengan kompartemen

filter yang panjang, horisontal-flow roughing filter dapat menangani kekeru

han dengan singkat pada puncak kekeruhan 500 sampai 1.000 NTU.

Secara kuantitatif jumlah air yang dipindahkan (pemindahan air) dapat

diukur menggunakan hukum Darcy terutama pada kondisi jenuh dengan

penekanan pada keterhantaran hidrolik jenuh (Ks). Dengan demikian terdapat

hubungan keterhantaran hidrolik jenuh dengan permeabilitas. Dalam hukum

Darcy keterhantaran hidrolik jenuh adalah konstanta yang menunjukkan

Penjelasan simbol :

dg mm gravel size ΔH cm maximal headloss

H m filter depth Q m3/h flow rate

L123 m filter length Qd m3/h drainage rate

W m filter width vF m/h filtration

A m2 filter cross-

section area

vd m/h drainage rate

14

hubungan linier antara 2 variabel yaitu kecepatan aliran air dan gradient

hidrolik (Kemala, 2007).

Kualitas Air Hasil Filtrasi

Parameter kualitas air yang diperhatikan dalam analisa aliran air dan bahan

terlarut melalui HRF yaitu kekeruhan dan angka permanganate/zat organik :

1) Parameter Kekeruhan

Turbiditas atau kekeruhan digunakan untuk menyatakan derajat kegelapan di

dalam air yang disebabkan oleh bahan-bahan yang melayang. Kekeruhan biasanya

terdiri dari partikel organik maupun anorganik yang berasal dari DAS (Daerah

Aliran Sungai). Kekeruhan erat sekali hubungannya dengan kadar zat tersuspensi

karena kekeruhan pada air memang disebabkan adanya zat-zat tersuspensi yang

ada dalam air tersebut. Zat tersuspensi yang ada dalam air terdiri dari berbagai

macam zat, misalnya pasir halus, tanah liat dan lumpur alami yang merupakan

bahan-bahan anorganik atau dapat pula berupa bahan-bahan organik yang

melayang-layang dalam air. Bahan-bahan organik yang merupakan zat tersuspensi

terdiri dari berbagai jenis senyawa seperti selulosa, lemak, protein yang

melayang-layang dalam air atau dapat juga berupa mikroorganisme seperti

bakteri, algae, dan sebagainya. Bahan-bahan organik ini selain berasal dari

sumber-sumber alamiah juga berasal dari buangan kegiatan manusia seperti

kegiatan industri, pertanian, pertambangan atau kegiatan rumah tangga.

Penunjukan kinerja HRF yang dirancang buat di Ghanasco Dam (Losleben,

2008) tampak gambar 11, dibuat rancangan untuk memenuhi kebutuhan 10.000

orang dimana kebutuhan utama air 7,5 L/pp/ hari, maka dirancang Debit Q =

75.000 L/day atau 3,12 m3/h, dibuat kecepatan aliran q = 1,6 m/jam dengan luas

penampang A = 1,95 m2 serta kedalaman z = 1 m dan lebar y = 2 m, media filter

dari krikil granit, pada musim hujan kadar kekeruhan air dam T = 700 NTU,

saluran HRF ditentukan dengan memvariasikan panjang (x) saluran menjadikan

hasil kekeruhan mencapai 20 NTU berarti penghilangan kekeruhan sama dengan

97%. Saluran ini memiliki proporsi yang media filter besar (50%), sedang (36%),

dan media kecil (14%) panjang desain saluran HRF, 45 m, seperti pada gambar10.

Gambar 9 Bendungan/Ghanasco Dam (kiri) dan Bagian tepian Ghanasco Dam

(kanan). Sumber: Losleben, 2008

15

Gambar 10 Dimensi Horisontal-Flow RF Ghanasco Dam,

Sumber: Losleben, 2008

Selain pertimbangan desain teknis, sebelum saluran ini HRF desain

dianggap sesuai, proses perencanaan partisipatif masyarakat dan pembangunan

disekitar perlindungan sumber, penggunaan air, pengolahan air harus dimulai dan

biaya total yang harus dihitung. Mengingat biaya yang murah dan desain yang

fleksibel, variasi HRF telah diimplementasikan di kamp pengungsi Sudan

menggunakan parit tanah dilapisi dengan kedap plastik, atau terpal plastik yang

sangat kuat ini bisa menjadi pilihan yang lebih murah di daerah pedesaan wilayah

utara Ghana. Ini juga akan bijaksana untuk menyelesaikan analisis biaya-manfaat

dan analisis multi-tujuan atau keberlanjutan pilihan pengolahan berbasis

masyarakat lainnya untuk air yang sangat keruh, seperti sumur bor atau koagulasi.

Penyelesaian kesehatan dasar survei sebelum pelaksanaan proyek dan beberapa

saat setelah intervensi akan memungkinkan kesimpulan yang bisa ditarik pada

sistem HRF-SSF berdampak pada pengurangan beban penyakit diare.

2) Parameter Zat Organik

Adanya zat organik dalam air menunjukan bahwa air tersebut telah tercemar

oleh kotoran manusia, hewan atau oleh sumber lain. Zat organik merupakan bahan

makanan bakteri atau mikroorganisme lainnya . Makin tinggi kandungan zat

organik didalam air, maka semakin jelas bahwa air tersebut telah tercemar.

Lebih lanjut (Soewasti S.S, 1996) kadar zat organik yang berlebih dalam air

minum tidak diperbolehkan karena selain menimbulkan warna, bau, dan rasa yang

tidak diinginkan, juga mungkin bersifat toksik baik secara langsung maupun setel

ah bersenyawa dengan zat lain yang ada. Zat organik yang ada dalam air minum

dapat berasal dari alam atau sebagai dmpak dari kegiatan manusia. Yang berasal

dari alam misalnya asam humat (humic acid) dari daun dan batang pohon yang

membusuk; senyawa nitrogen (amina) dan senyawa sulfuric (merkaptan) yang

berasal dari mikroorganisme yang membusuk. Manusia dalam kehidupan sehari-

hari membuang limbah berupa tinja, limbah cair, limbah padat dan gas baik yang

berasal dari kegiatan rumah tangga maupun dari kegiatan pertanian/kehutanan,

industri, transportasi, pertambangan dansebagainya. Kegiatan pertanian/kehutanan

menghasilkan limbah organik berupa pestisida dan pupuk; industri mengeluarkan

limbah organik sesuai produk dan prosesnya; transportasi mengeluarkan hidro

karbon dan senyawa organic lain; kegiatan pertambangan juga menghasilkan

Q masuk

Q keluar

Air Baku

Air

filtr

at

16

limbah hidrokarbon dan senyawa organik lainnya. Di kota-kota besar, air minum

yang diterima konsumen melalui jaringan distribusi seringkali masih berwarna,

berbau dan berasa tidak sedap. Penyebabnya antara lain karena tingginya

kandungan organik dalam air baku baik pada kemarau panjang maupun musim

hujan serta banyaknya kebocoran pipa distribusi. Konsumen awan menilai

kualitas air dari penampilan fisik yaitu kekeruhan, warna, baud an rasa yang

langsung dapat dilihat/dirasakan tanpa bantuan analisis laboratorium. Meskipun

dari segi mikrobiologik air minum dari Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM)

lebih aman, amun banyak konsumen yang ahirnya memutuskan sambungan

dengan PDAM dan beralih ke air tanah atau mereka berlangganan air kemasan

untuk minum dan hanya menggunaan air dari PDAM untuk mandi dan cuci.

Keadaan seperti ini tentu tidak kita kehendaki. Oleh karena it perlu dcari cara

untuk menghilangkan atau menekan serendah mungkin kadar zat organik dalam

air minum.

Bilangan permanganat adalah jumlah mg KMnO4 yang diperlukan untuk

mengoksidasi zat organik yang terkandung didalam satu liter contoh air. Menurut

SNI-06-6989.22-2004, prinsip uji zat organik di dalam air dioksidasi dengan

KMnO4 direduksi oleh asam oksalat berlebih. Kelebihan asam oksalat dititrasi

kembali dengan KMnO4, reaksi kimia yang tejadi:

a) Reaksi oksidasi KMnO4 dalam kondisi asam, bila kandungan klorida dalam air

kurang 300 mg/liter sebagai berikut :

2 KMnO4 + 3 H2SO4 2 MnSO4 + K2SO4 + 5 On

Zat Organik dalam sampel air dioksidasi oleh larutan KMnO4 standar terukur

berlebih dalam suasana asam, sisa KMnO4 direaksikan dengan larutan C2H2O4

standar terukur berlebih. Sisa C2H2O4 dititrasi dengan larutan KMnO4 sampai

titik akhir (TA) tidak berwarna ke merah sangat muda.

b) Reaksi oksidasi KMnO4 dalam kondisi basa, bila kandungan klorida dalam air

lebih 300 mg/liter sebagai berikut :

2 KMnO4 + H2O 2 MnO2+ KOH + 3 On+ 3 H2O

Zat Organik dalam sampel air dioksidasi oleh larutan KMnO4 standar terukur

berlebih dalam suasana basa, sisa KMnO4 direaksikan dengan larutan C2H2O4

standar terukur berlebih dalam suasana asam. Sisa C2H2O4 dititrasi dengan

larutan KMnO4 sampai titik akhir (TA) tidak berwarna ke merah sangat muda.

c) Zat organik dapat dioksidasi dengan reaksi sebagai berikut :

C2H2O + On 2CO2 + H2O