TUGAS PEMODELAN TEKNIK LINGKUNGAN

ANALISIS KUALITAS SUNGAI DERAS MENGALIR DENGAN PARAMETER BOD (BIOLOGICAL OXYGEN DEMAND) DAN DO (DISSOLVED OXYGEN)

KELOMPOK 11. AISYAH AMINI RIZA ADELIA (082.09.001) (082.09.016)

2.

DOSEN PEMBIMBINGIr. SAMSU HADI, MSc Ir. RAMADHANI YANIDAR, MT

JURUSAN TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS ARSITEKTUR LANSEKAP & TEKNOLOGI LINGKUNGAN UNIVERSITAS TRISAKTI JAKARTA 2011

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Air merupakan sumberdaya alam yang mempunyai fungsi sangat penting bagi kehidupan manusia dan mahluk hidup lainnya serta sebagai modal dasar dalam pembangunan. Air permukaan yang ada seperti sungai banyak dimanfaatkan untuk keperluan manusia seperti tempat penampungan air, alat transportasi, mengairi sawah dan keperluan peternakan, keperluan industri, perumahan, sebagai daerah tangkapan air, pengendali banjir, ketersediaan air, irigasi, tempat memelihara ikan dan juga sebagai tempat rekreasi (Hendrawan, D. 2005). Secara langsung maupun tidak langsung sungai mempunyai fungsi ganda yaitu untuk keperluan hidup dan sebagai tempat pembuangan bahan-bahan sisa Banyaknya industri-industri yang berkembang menimbulkan dampak yang negatif bagi lingkungan. Limbah cair yang dihasilkan oleh industri secara langsung dibuang kedalam lingkungan perairan. Akibatnya perairan yang semula memiliki kualitas air yang baik tercemar dan dapat membahayakan kehidupan biota yang ada didalamnya serta secraa tidak langsung mengganggu kehidupan manusia. Berdasarkan pada sumbernya, bahan pencemar dapat dibedakan atas pencemaran yang disebabkan oleh alam dan pencemaran oleh kegiatan manusia. Bahan pencemar di perairan dapat berasal dari sumber buangan yang dapat diklasifikasikan sebagai sumber titik (point source discharge) dan sumber menyebar (diffuse source). Sumber titik adalah sumber pencemaran terpusat seperti yang berasal dari air buangan industri maupun domestik dan saluran drainase. Sedangkan sumber menyebar polutan yang masuk ke perairan seperti run off atau limpasan dari permukaan tanah permukiman atau pertanian. Pendugaan pencemaran sungai dapat dilakukan dengan melihat pengaruh polutan terhadap kehidupan organisme perairan dan lingkungannya. Unit penduga adanya pencemar tersebut diklasifikasikan dalam parameter fisika, kimia dan biologi. Adapun parameter pencemara yang umumnya diuji yaitu parameter BOD (Biological Oxygen Demand) yaitu menggambarkan kebutuhan oksigen yang diperlukan oleh mikroorganisme untuk mendegradasi bahan organik yang terdapat diperairan. Dan parameter DO (Dissolved Oxygen) yaitu kadar oksigen yang terdapat dalam suatu perairan.

1.2 Studi Literatur Air merupakan penentu kesinambungan hidup di bumi karena air selain dikonsumsi juga digunakan dalam berbagai aktivitas kehidupan seperti memasak, mandi, mencuci, dan sebagainya. Di sisi lain, air mudah sekali terkontaminasi oleh bahan-bahan pencemar sehingga dapat mengganggu kesehatan makhluk hidup (Darmono, 2001). Untuk dapat melakukan penanggulangan pencemaran terhadap lingkungan air sungai diperlukan konsep-konsep tentang sifat fisik-kimia zat pencemar dan perilakunya pada badan air tempat terjadinya kontaminasi. Air permukaan khususnya sungai sebenarnya memiliki kemampuan mengatasi masalah pencemaran yang terjadi. Mekanisme ini, disebut self purification yaitu upaya pemurnian air dari zat pencemar yang terkandung di dalamnya oleh proses alamiah tanpa adanya pengaruh aktivitas manusia atau salah satu kemampuan lahan basah dalam menyimpan air. Diakrenakan seiring dengan perkembangan zaman yang semakin modern, beban pencemaran yang dikeluarkan melebihi ambang batas daya dukung lingkungan perairan sehingga kemampuan sungai untuk self purification menjadi terganggu. Dari karakteristik limbah yang masuk keperairan akan dapat diketahui tingkat pencemaran yang terjadi. Karakteristik limbah dibedakan dalam beberapa parameter sebagai berikut (Nemerow, 1971): a. Parameter Fisik Dinyatakan dalam nilai-nilai suhu, kekeruhan (SiO2), zat padat terlarut (SS), warna, bau, rasa, dan daya hantar listrik. b. Parameter kimia Terbagi menjadi 2 macam jenis pencemar: Pencemar organik (biodegradable) dinyatakan dalam Pencemar anorganik dinyatakan dalam kelarutan ion-ion nilai BOD dan COD. dan zat toksik seperti calsium, arsen, cianida, mercury, besi, tembaga, magnesium, atau dalam bentuk oksidator seperti amoniak, nitrit, sulfit, chlor, dan sebagainya. Untuk optimasi pengelolahan kualitas lingkungan tidak saja memanfaatkan alternatif metode pengendalian kualitas yang menimbulkan implikasi ekonomis berupa ongkos pengolahan, tetapi juga dengan mempertimbangkan kapasitas alamiah untuk asimilasi terhadap beban pencemar organik yang masuk (Liebman dan Lynn, 1968). Zat pencemar organik yang terkandung didalam limbah terdiri dari unsur-

unsur hidrogen, karbon, nitrogen, dan sering juga mengandung belerang, fosfor dan besi. Dengan adanya zat organik pada limbah dengan proses biokimia, zat organik teroksidasi yang dilakukan oleh mikroorganisme dengan mengambil oksigen yang terkandung pada perairan tempat terjadinya kontaminasi dan pada limbah sendiri. Kandungan oksigen akan menurun dibandingkan sebelum ada limbah. Jumlah kebutuhan oksigen yang diperlukan untuk menguraikan zat organik dinamakan BOD (Biological Oxygen Demand). Bila BOD didalam perairan tinggi, maka persediaan oksigen terlarut (DO) didalamnya menurun. Antara BOD dan DO terjadi hubungan fungsi berbanding terbalik. Meskipun kelarutan oksigen selalu menurun dipakai untuk oksidasi zat organik (proses deoksigenasi), secara alamiah terdapat mekanisme untuk mengganti oksigen yang berkurang dengan proses reoksigenasi (penambahan oksigen). Proses reoksigenasi akan menjadi lebih besar bila luas kontak permukaan antara air tercemar dan atmosfer semakin luas. Aktifitas deoksigenasi dan reoksigenasi secara serentak, sebagai penjumlahan dari kedua aktifitas tersebut menghasilkan suatu pola kelarutan oksigen (disolved oxygen sag) yang dirumuskan oleh Streeter Phelps.

BAB II DEFINISI PERMASALAHAN Pada hulu Sungai Deras Mengalir terdapat dua jenis industri yang masing-masing terletak di kiri dan kanan sungai. Adapun kecepatan sungai rata-rata yaitu 25 m/menit dengan kedalaman sungai yaitu 2,3 m dan sekitar 40 km ke hilir terdapat kawasan rekreasi dimana salah satumya terdapat rekreasi pemancingan ikan. Dari kedua industri tersebut masing-masing mengeluarkan limbah cair yang dibuang kebadan sungai. Setelah dilakukan pengujian beberapa parameter kualitas air, diperoleh hasil yaitu sbb : No. 1. 2. 3. 4. Parameter Debit BOD COD Suhu Satuan Liter/menit mg/liter mg/liter o C Sungai 330.000 5 8 20 Effluen IPAL A 160.000 120 4,5 23 Effluen IPAL B 200.000 240 2,5 25

Gambar penampang sungai Deras Mengalir dan lokasi IPAL industri A dan B.IPAL A

Sungai Deras Mengalir

IPAL B

40 Km

Kawasan Rekreasi

Skenario untuk Analisis Kebijakan adalah sbb: a. Apabila daerah hilir sekitar 40 Km dari lokasi pembuangan limbah tetap dipertahankan untuk dimanfaatkan sebagai kawasan rekreasi, hal apa saja yang perlu dilakukan pengelola IPAL? b. Apabila hal tersebut pada point a tidak dapat dilakukan, rekomendasikan lokasi daerah yang dapat dimanfaatkan untuk kawasan rekreasi Anda diminta melakukan simulasi model dengan berbegai nilai untuk parameter suhu, BOD dan DO effluent sebelum merekomendasikan pengelolaan kualitas sungai tersebut.

BAB III PENYELESAIAN DAN HASIL 1. Lo adalah konsentrasi awal pada sungai Deras Mengalir setelah diberi masukan limbah dari IPAL industri A dan B. Sehingga diperoleh niali BOD dan DO yang untuk mengetahui kualitas air sungai berdasarkan parameter tersebut. Rumus : Lo = Qs.Cs + Qa.Ca + Qb.Cb / (Qs+Qa+Qb) Keterangan : Lo = Konsentrasi awal (mg/l) Qs,a,b = debit aliran pada s (sungai), a (effluen IPAL A) dan b (effluen IPAL B) Cs,a,b = Konsentarasi pada s (sungai), a (effluen IPAL A) dan b (effluen IPAL B) Penyelesaian :

- Lo (BOD) = ((330.000 l/men x 5 mg/L) + (160.000 l/men x 120 mg/L)+ (200.000l/men x 240 mg/L)) / (330.000 l/men + 160.000 l/men + 200.000 l/men) = 99,8 mg/L

- Lo (DO) = ((330.000 l/men x 8 mg/L) + (160.000 l/men x 4,5 mg/L)+ (200.000l/men x 2,5 mg/L)) / (330000 l/men + 160000 l/men + 200000 l/men) = 5,6 mg/L

2. Untuk menghitung koefisien deoksigenasi (Kd), terlebih dahulu mencari suhu (T)campuran setelah diberi masukan dari effluen IPAL industri A dan B. Rumus : Tc = Qs.Ts + Qa.Ta + Qb.Tb / (Qs+Qa+Qb) Keterangan : Tc = suhu campuran (oC) Qs,a,b = debit aliran pada s (sungai), a (effluen IPAL A) dan b (effluen IPAL B) Ts,a,b = Suhu pada s (sungai), a (effluen IPAL A) dan b (effluen IPAL B) (m/menit) Penyelesaian : T campuran = Qs.Ts + Qa.Ta + Qb.Tb / (Qs+Qa+Qb) = ((330000 l/men x 20 oC) + (160000 l/men x 23 oC)+ (200000 l/men x 25 oC)) / (330000 l/men + 160000 l/men + 200000 l/men) = 22,14 oC

3. Kd merupakan suatu konstanta penurunan kelarutan oksigen dalam perairan. Sehingganilai yang ada menunjukkan kualitas perairan tersebut. Nilai Kd utk T= 20oC yaitu berdasarkan 0,05 -0,2/hari. Nilai Kd20 yang digunakan yaitu 0,05 karena dianggap kualitas dari sungai masih baik. Rumus : Kd = Kd20 x 1,047(T-20) (Linsley, 1991) Penyelesaian : Kd = K d 20 x 1,047(T-20) = 0,05/hr x 1,047(22,14-20) = 0,06 /hari = 0,002299/jam

4. Ka merupakan konstanta penambahan oksigen dari lingkungan dimana nilaidipengaruhi oleh turbulensi arus. Rumus : Ka = 3,93 x (v0.5/H1,5) Penyelesaian : Ka = 3,93 x (v0.5/H1,5) = 3,93 x (250,5/2,31,5) = 5,63/hari = 0,23/jam

5. DO s pada suhu 22,14oC = 8,83 mg/LDos atau DO sag didapatkan dari literatur dimana pada suhu 22,14oC nilai DO sag(DO jenuh) adalah 8,83 mg/L. 6. Nilai BOD Rumus : L = Lo e-kdt Penyelesaian : L = Lo x e-kdt = 99,8 x e-0,002299 x 25 = 94,21t (jam) Lo(mg/ l)

25 99.8

27 99.8

30 99.8

50 99.8

100 99.8

500 99.8

100 0 99.8

115 0 99. 8

125 0 99.8

135 0 99. 8

145 0 99.8

L (mg/l)

94.2 93.7 93.1 88.9 79.2 31.6 10.0 7.0 5.64 4.4 1 8 3 5 9 1 1 9 8 7. Nilai Defisit (D) yaitu pengurangan oksigen dari nilai jenuhnya, menyatakan jumlah oksigen yang telah terpakai untuk oksidasi zat organik. Rumus : D = [(Kd.Lo)/(ka-kd)]. (e-Kdt e-Kat) Penyelesaian : D = [(Kd.Lo)/(ka-kd)]. (e-Kdt e-Kat) = [(0,002299/jam x 99,8 mg/l)/(0,23/jam 0,002299/jam)]x[e-0,002299x1-e-0,23x1] = 0,20

3.56

t (jam)D

1

10

25

27

30

50

100

500

1000

1150

1250

1350

1450

0.20

0.87

0.93

0.93

0.92

0.88

0.78

0.31

0.10

0.07

0.06

0.04

0.04

8. Nilai DO Rumus : L = Dos - D Penyelesaian : L = Dos-D = 8,83 mg/l 0,20 mg/l = 8,63 mg/l t (jam) L 1 8.63 10 7.96 25 7.90 27 7.90 30 7.91 50 7.95 100 8.04 6 500 8.51 7 1000 1150 1250 1350 1450 8.73 1 8.76 8.77 8.79 8.79

9. Skenario, pada jarak 40 Km akan dibangun kawasan rekreasi. Jarak 40 Km ditempuh dalam waktu: t = s/v = 40.000 m / 25 m/men = 1600 men = 27 jam

10. Baku Mutu Kelas III (utk rekreasi, pertamanan, pertanian) PP No. 82 th 2001tentang pengelolaan kualitas air dan pengendalian pencemaran air. Parameter DO Satua n mg/L BM min.3

BOD

mg/L

6.00

Berdasarkan hasil, pada jarak 40 km (ditempuh pada waktu 27 jam) maka tempat tersebut tidak dapat digunakan sebagai tempat rekreasi karena nilai BOD masih jauh berada di atas baku mutu yang ditetapkan yaitu 93,78 mg/L, maka jarak yang direkomendasikan adalah di lokasi 1250 jam maka berada pada jarak: s=vxt = 1500 m/jam x 1250 jam = 1875000 m = 1875 Km di Hilir Pada waktu 1250 jam, air limbah yang mengalir tiba di jarak 1875 Km, pada jarak tersebut diketahui dari hasil analitik, konsentrasi BOD pada perairan yaitu 5,64 mg/L dan konsentrasi DO yaitu 8,77 mg/L. Nilai tersebut sudah sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan oleh peraturan yang berlaku untuk air Kelas III, sehingga pada jarak tersebut diperbolehkan dibangun kawasan rekreasi. 11. Grafik BOD, D dan DO Dari hasil perhitungan diatas maka dapat dibuat suatu grafik dimana antara nilai konsentrasi antara suatu parameter dengan waktu dapat digambarkan sehingga akan menunjukkan apakah terjadi penurunan atau malah sebaliknya justru terjadi penurunan.

Grafik 1. Konsentrasi BOD campuran

Grafik 2. Penurunan Konsentrasi Oksigen (D)

Grafik 3. Konsentrasi Oksigen Terlarut (DO)

Dari gambar grafik yang didapat maka dapat diketahui sistem dekomposisi BOD pada sungai Deras Mengalir merupakan sistem terbuka. 12. Sistem Dinamik, model yang dihasilkan:

13. Grafik BOD, D, dan DO Grafik yang terbentuk merupakan hasil dari simulasi-simulasi yang direncanakan. Berikut merupakan grafik simulasi yang drencanakan.

Grafik 4. Penurunan Konsentrasi BOD

Grafik 5. Defisit Oksigen

Grafik 6. Konsentrasi Oksigen terlarut

14.

Simulasi Simulasi Simulas Simulasi i4 5 40 20 IPAL A 100 60 BOD IPAL B 40.7 24.4 C Camp 5 5 IPAL A 3 4 DO IPAL B 5.1 6.1 C Camp 0.0031 0.0031 T=29 5 5 Dari simulasi-simulasi yang digunakan dengan mensimulaiskan nilai BOD, DO Jenis Simulasi 1 120 240 99.8 4.5 2.5 5.6 Simulas i2 100 220 89.3 5 3 5.1 Simulas i3 80 200 76.5 5 3 5.1

Berikut adalah nilai simulasi yang diberikan yaitu : Parameter

dan suhu maka dapat dinyatakan bila efiisiensi IPAL semakin besar dan menghasilkan effluent yang nilainya semakin kecil maka Konsentrasi BOD setelah pencampuran di sungai akan berkurang dengan bertambahnya waktu (dengan asumsi tidak ada pencemar lain /point source). Menurunya kandungan BOD juga dipengaruhi adanya perubahan suhu, dengan suhu yang meningkat didapatkan nilai Kd yang lebih besar dan mempengaruhi konsentrasi BOD di sungai. Simulasi-simulasi perlu dilakukan agar mengetahui tren yang terjadi bila nilai BOD, DO, suhu atau parameter lain nilainya berubah. Dengan melakukan simulasi maka dapat ditentukan kebijakan yang tepat dan sesuai serta dengan waktu yang relatif singkat bila dibandingkan dengan melakukan penelitian selama bertahun-tahun. Dari grafik yang terlihat, maka sistem dekomposisi BOD merupakan sistem terbuka. Grafik pun menunjukkan setiap terjadi penurunan konsentrasi BOD dan beberapa parameter lain seperti DO, maka grafik menunjukkan angka yang semakin

rendah. Dari grafik Defisit dan DO pada saat time 4, grafik terlihat datar, maka dapat diartikan bahwa nilai DO dan Defisit sudah konstan atau mencapai kondisi steady state. Dari hasil simulasi, maka simulasi ke-5 didapatkan nilai BOD yang paling kecil diantara nilai BOD pada simulasi sebelumnya yaitu 17, 798 mg/L (dapat dilihat pada gambar point 12). Pada simulasi terakhir yaitu simulasi ke-5 belum didapatkan nilai BOD yang sesuai dengan baku mutu yang ditetapkan oleh PP No. 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air Kelas III (Peruntukkan kawasan rekreasi) yaitu 6mg/L. Maka untuk memenuhi baku mutu tersebut dengan kisaran waktu 1-10 perlu dilakukan efisiensi IPAl yang lebih tinggi. Sedangkan untuk nilai DO pada simulasi terakhir didapatkan hasil 8,78 mg/L, konsentrasi tersebut masih memenuhi baku mutu yang ditetapkan yaitu minimal 3 mg/L.

BAB IV KESIMPULAN Dari perhitungan dan analisis yang telah dibahas, maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Kawasan rekreasi tidak dapat ditempatkan pada jarak 40 Km, namun sebaiknya dipindahkan pada jarak 1875 Km dari lokasi pembuangan limbah. 2. Sistem dari dekomposisi BOD baik yang dihitung secara analitik maupun menggunakan model sistem dinamik adalah Sistem terbuka 3. Dengan model sistem dinamik, diketahui effisiensi IPAL yang tinggi dan suhu mempengaruhi nilai konsentrasi BOD di sungai. 4. Diketahui nilai DO dan Defisit mengalami nilai yang tidak berubah (konstan) pada saat time 4.

DAFTAR PUSTAKA Danida. 2009. Panduan Memperkirakan Dampak Lingkungan Kualitas Air Permukaan. http: //google.co.id. (24 Juni 2011).

Darmono. 2006. Lingkungan Hidup dan Pencemarannya. Jakarta : Universitas Indonesia Press. Diana Hendrawan.2005. Kualitas air sungai dan situ di daerah DKI Jakarta. Jurnal Jurusan Teknik Lingkungan, Fakultas Arsitektur Lansekap dan Teknologi Lingkungan Universitas Trisakti.Masrevaneah,Anik. 2009. Model Aliran Polutan di Sungai Brantas. Agritek Vol. 17 No. 3. Nemerow, Nelson Leonard. 1991. Stream Lake Estuary and Ocean Pollution. Van Nostrand Reinhold, New York.