uji kinerja pengolahan air siap minum dengan proses ...

Nusa Idaman Said : Uji Kinerja Pengolahan Air Siap Minum Dengan … JAI Vol 5. No. 2 2009

144

UJI KINERJA PENGOLAHAN AIR SIAP MINUM DENGAN PROSESBIOFILTRASI, ULTRAFILTRASI DAN REVERSE OSMOSIS (RO)

DENGAN AIR BAKU AIR SUNGAI

Nusa Idaman Said

Pusat Teknologi Lingkungan, BPPTeknologiJl. MH. Thamrin No. 8 Jakarta Pusat

Abstract

Water is a very basic need for humans, especially for cooking and drinking. With therapid growth of population in particular need of clean water for the community alsoincreased in numbers. The problem is with the poor quality of raw water for drinkingwater, then in addition to expanding its production costs, the result is often less good.One of the problems or issues that are often found in drinking water in the world thesedays that is the emergence of compounds called Trihalomethanes or THMs abbreviated,as a side effect of the disinfection process with a chlorine gas or hypochloritecompounds.Currently, to removal organic pollutants, ammonia, detergents, odor and other micropollutants in drinking water, PAM is usually used by the process of manufacturingprocesses using adsorbsi Powder Active Carbon Adsorption, continued with physicalsprocessing is the process of coagulation, flocculation, sedimentation and disinfection withchlorine. With increasingly high prices of powdered activated carbon, coagulant andflocculant chemicals, then the cost of treating drinking water to be increasing.To solve the problem above, one alternative is to develop clean water treatmenttechnologies using a combination of biofiltration and ultrafiltration process, and toproduce drinking water to proceed with processing using the process of reverse osmosis.Within the combination of biofiltration, ultrafiltration and reverse osmosis processes totreat the river water can be produced the drinking water with a very good quality withoutthe use of chemicals for coagulation-flocculation process, and operational costs arerelatively low.

Key words : Air siap minum, biofiltrasi, ultrafiltrasi, reverse osmosis

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

sumber air baku yang tercemar baiksecara alami ataupun oleh buangan akibataktifitas kegiatan manusia misalnya buanganrumah tangga maupun industri adalah penyebabterbentuknya senyawa trihalometanes (THMs),baik secara langsung atau tidak langsung.Senyawa precursors trihalomethane adalahSenyawa-senyawa yang secara potensial dapatmenyebabkan terjadinya THMs. Salah satuprecursor THMs adalah senyawa humus (Humicand Fulvic Substances) yang secara alamiterbentuk akibat proses pelapukan daun-daunyang gugur atau sisa tumbuh-tumbuhan yangtelah mati oleh aktifitas mikroorganisme. Airlimpasan hujan (Run Off) membawa senyawahumus dari daerah hutan atau pertanian,kemudian air limpasan tersebut masuk kesungai pada bagian hulu, kemudian akanterbawa ke bagian hilir. Di samping itu, air limbahyang berasal dari buangan domestik maupunindustri sebagian diolah di pusat pengolahan

limbah dan sebagian lagi yang tidak terolahmasuk ke badan sungai. Air limbah baikdomestik maupun industri mengandung zatorganik yang besar.

Air sungai yang mengandung precursorTHMs ini, kemudian diolah untuk dijadikan airminum masyarakat di daerah hilir. KemudianSenyawa precursor THMs tersebut bereaksidengan senyawa khlor yang digunakan untukproses disinfeksi sehingga terbentuklah senyawatrihalomethanes dan senyawa halogen organiklainnya (JICA : "Water Supply EngineeringVOL.I”).

Selain itu, dengan semakin besarnyakandungan ammonia dalam air baku makaammonia akan bereaksi dengan khlormembentuk senyawa khloramine yangmempunyai daya disinfeksi yang lebih rendah.Sebagai akibatnya konsumsi senyawa khloryang digunakan akan bertambah besar, dandengan semakin besarnya konsentrasi khloryang digunakan maka kemungkinan akanterbentuknya THMs juga semakin besar. Dengansemakin besarnya konsentrasi senyawa amoniakdalam air baku, maka amoniak akan bereaksi


145

dengan khlor menjadi khloramine yang dayadesinfeksinya lebih lemah. Hal ini akanmengakibatkan konsumsi khlor akan menjadilebih besar sehingga biaya operasi menjadi lebihtinggi.

Saat ini, untuk menghilangan polutanorganik, amoniak, deterjen, bau dan polutanmikro lainnya di dalam air minum, PAM biasanyamenggunakan proses pengolahan denganproses adsorbsi dengan menggunakan KarbonAktif Bubuk, dilanjutkan dengan pengolahansecara fisika yaitu dengan proses koagulasi,flokulasi, sedimentasi serta disinfeksi dengankhlorine. Dengan semakin mahalnya hargakarbon aktif bubuk serta bahan kimia untukkogulan dan flokulan, maka biaya pengolahan airminum menjadi menjadi semakin meningkat.Untuk menanggulangi masalah tersebut diatas,salah satu pemecahannya adalah denganmengembangkan teknologi pengolahan airbersih menggunakan kombinasi prosesbiolfiltrasi dan proses ultrafiltrasi.

Untuk mengurangi kadar senyawaorganik, deterjen dan amoniak di dalam air bakuair minum maka air sungai harus diolah terlebihdahulu melalui suatu pengolahan pendahuluansebelum masuk ke unit pengolahan. Salah satualternatif yakni menggunakan proses biologisdengan sistem biofilter tercelup yang diisidengan media penyangga dari bahan plastik tipesarang tawon. Selanjutnya dilakukan pengolahanlanjutan dengan teknologi ultrafiltrasi yang dapatmenyaring partikel dengan ukuran 0,01 mikron.

Dengan sistem kombinasi biofiltrasi danultrafiltrasi mempunyai beberapa kelebihanantara lain : Penggunaan proses biofiltrasi dapat

menghilangkan senyawa polutan yang tidakbisa dihilangkan dengan proseskonvensional misalnya, zat organik,amoniak, deterjen, pestisida, dll. Senyawatersebut dapat diuraikan dengan prosesbiologis secara alami (natural).

Tanpa menggunakan bahan koagulan danflokulan. Dalam hal ini bahan yangdigunakan hanya larutan kaporit untukmendapatkan konsentrasi sisa klor yangcukup agar tidak terjadi rekontaminasi.

Dengan proses ultra filtrasi dapat dihasilkanair olahan dengan kualitas yang sangat baikdan stabil.

Bentuknya lebih kompak sehingga luas areayang dibutuhkan lebih kecil.

Sangat fleksibel jika ada penambahankapasitas.

Teknologi pengolahan air sistem osmosabalik (reverse osmosis) banyak dipakai dibeberapa negara seperti Amerika, Jepang,Jerman dan Arab. Teknologi ini banyak dipakaiuntuk memasok kebutuhan air tawar bagi kota-

kota tepi pantai yang langka sumber airtawarnya.

Keunggulan teknologi membran osmosabalik adalah kecepatannya dalam memproduksiair, karena menggunakan tenaga pompa,sedangkan kelemahannya adalah penyumbatanpada selaput membran oleh bakteri dan kerakkapur atau fosfat yang umum terdapat dalam airpayau. Untuk mengatasi kelemahan pada unitpengolah air osmosa balik selalu dilengkapidengan unit anti pengerakkan dan antipenyumbatan oleh bakteri. Sistem membranreverse yang dipakai dapat berupa spiral wound.Membran ini mampu menurunkan kadar garamhingga 95-98%. Air hasil olahan sudah bebasdari bakteri dan dapat langsung diminum.

Dengan menggunakan kombinasi prosesbiofiltrasi, ultrafiltrasi dan reverse osmosis untukmengolah air sungai dapat dihasilkan air olahanair siap minum dengan kualitas yang sangat baiktanpa menggunakan bahan kimia untuk proseskoagulasi-flokulasi dengan biaya operasionalyang relatif rendah.

1.2. Tujuan

Pembangunan percontohan (pilot plant)unit pengolahan air sungai menjadi air siapminum dengan kombinasi proses biofiltrasi,ultrafiltrasi dan reverse osmosis (RO) serta sertauji performance pengoperasian alat.

1.3. Metodologi

Metodologi penelitian meliputi :

ProsesDisain

: Meliputi perencanaan prosespengolahan yang akandigunakan disesuaikandengan kondisi air baku,lokasi serta perancanganalat serta disain tata letakalat.

Pengadaanperalatan

: Meliputi pengadaanperalatan sesuai denganspesifikasi teknis.

PerakitanPeralatan

: Merakit peralatan menjadiunit paket pengolahan sesuaidengan rancangan prosesserta membuat sistemkontrol proses.

InstalasiAlat

: Meliputi pengerjaanpemasangan peralatan,perpipaan serta pemasanganinstalasi listrik di lokasi.

PengujianAlat

: Meliputi persiapan yaknipengadaan air baku serta Ujicoba pengoperasian alat .

AnalisaHasil

: Pengujian hasil pengolahanair secara laboratorium.


146

1.4. Lokasi Penelitian

Lokasi kegiatan pembangunanpercontohan unit pengolahan air sungai menjadiair siap minum adalah di Pesantren SukaHideung, Kabupaten Tasikmalaya, Propinsi JawaBarat.

2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Mekanisme Penguraian SenyawaPolutan Di Dalam Proses Biofiltrasi

Di dalam reaktor biofilter, mikroorganismetumbuh melapisi keseluruhan permukaan media.Pada saat operasi, air yang mengandungsenyawa polutan mengalir melalui celah mediadan kontak langsung dengan lapisan massamikroba (biofilm). Biofim yang terbentuk padalapisan atas media dinamakan zoogleal film,yang terdiri dari bakteri, fungi, alga, protozoamengatakan bahwa sel bakterilah yang palingberperan dan banyak dipakai secara luas didalam proses pengolahan air buangan, sehinggastruktur sel mikroorganisme lainnya dapatdianggap sama dengan bakteri 10).

Proses yang terjadi pada pembentukanbiofilm pada air limbah sama dengan yang terjadidi lingkungan alami. Mikroorganisme yang adapada biofilm akam mendegradasi senyawaorganik yang ada di dalam air. Lapisan biofilmyang semakin tebal akan mengakibatkanberkurangnya difusi oksigen ke lapisan biofilmyang dibawahnya hal ini mengakibatkanterciptanya lingkungan anaerob pada lapisanbiofilm bagian atas 10). Mekanisme yang terjadipada reaktor melekat diam terendam adalah 5) : Transportasi dan adsopsi zat organik dan

nutrien dari fasa liquid ke fasa biofilm Transportasi mikroorganisme dari fasa liquid

ke fasa biofilm Adsorpsi mikroorganisme yang terjadi dalam

lapisan biofilm Reaksi metabolisme mikroorganisme yang

terjadi dalam lapisan biofilm, memungkinkanterjadinya mekanisme pertumbuhan,pemeliharaan, kematian dan lysis sel.

Attachment dari sel, yaitu pada saat lapisanbiofilm mulai terbentuk dan terakumulasisecara kontinu dan gradual pada lapisanbiofilm.

Mekanisme pelepasan (detachment biofilm)dan produk lainnya (by product).

Proses awal pertumbuhan mikroba danpembentukan lapisan film pada mediamembutuhkan waktu beberapa minggu, yangdikenal dengan “proses pematangan”. Padaawalnya tingkat efisiensi penjernihan sangatrendah yang kemudian akan mengalamipeningkatan dengan terbentuknya lapisan film 7)

Pertumbuhan mikrooorganisme akan terusberlangsung pada slime yang sudah terbentuksehingga ketebalan slime bertambah. Difusimakanan dan O2 akan berlangsung sampaiketebalan maksimum. Pada kondisi ini, makanandan O2 tidak mampu lagi mencapai permukaanpadat atau bagian terjauh dari fase cair. Hal inimenyebabkan lapisan biomassa akan terbagimenjadi dua bagian, yaitu lapisan aerob danlapisan anaerob. Jika lapisan biofilm bertambahtebal maka daya lekat mikroorganisme terhadapmedia penyangga tidak akan kuat menahangaya berat lapisan biofilm dan akan terjadipengelupasan lapisan biomassa. Kolonimikroorganisme yang baru sebagai prosespembentukan lapisan biofilm akan terbentukpada bagian yang terkelupas ini. Pengelupasandapat juga terjadi karena pengikisan berlebihancairan yang mengalir melalui biofilm. Mekanismeproses yang terjadi pada sistem biofilter secarasederhana dapat ditunjukkan seperti padaGambar 1 6).

Gambar 1 : Mekanisme proses di dalam sistembiofilm

Pada proses aerobik efisiensi akan menurundengan bertambahnya lapisan maksimum dansemakin tebalnya lapisan anaerob. Walaupunlapisan biomassa mempunyai ketebalanbeberapa milimeter tetapi hanya lapisan luarsetebal 0,05-0,15 mm yang merupakan lapisanaerob. Hasil penelitian yang telah dilakukansebelumnya menegaskan bahwa penghilangansubstrat oleh lapisan mikroba akan bertambahsecara linier dengan bertambahnya ketebalanfilm sampai dengan ketebalan maksimum,penghilangan tetap konstan denganbertambahnya ketebalan lebih lanjut 11).Ketebalan lapisan aerob diperkirakan antara0,06 – 2 mm. Ketebalan kritis berkisar antara0,07 – 0,15 mm yang tergantung padakonsentrasi substrat 11) .


147

2.2. Teknologi Membrane di DalamPengolahan Air

Perkembangan teknologi dalampengolahan air telah berkembang demikianpesatnya, yang mana diharapkan dapat menjadijawaban untuk sebagian dari permasalahan yangada dalam pengolahan air bersih. Salah satuteknologi yang dikembangkan adalah teknologipenyaringan atau filtrasi dengan menggunakanmembran.

Teknologi menggunakan membransebenarnya bukanlah suatu teknologi yang baruditemukan, karena membran itu sendiri telahdigunakan semenjak lebih dari 50 tahun yanglalu. Adapun jenis membran yang tersedia saatini dibagi menjadi 4 kelompok besar disesuaikandengan ukuran dari tingkat penyaringan atausering disebut dengan istilah ‘Filtration degree’,Tingkat-tingkat penyaringan yang dimaksudadalah sebagai berikut 9) : Mikro Filtrasi (Micro Filtration ,MF). Ultrafiltrasi (Ultra Filtration,UF). Nano Filtrasi (Nano Filtration, NF). Osmosis Balik (Reverse Osmosis, RO).Distribusi ukuran partikel yang dapat dipisahkansesuai dengan tingkatan proses filtrasi dapatdilihat pada Gambar 2.

Gambar 2 : Distribusi ukuran partikel yang dapatdipisahkan sesuai dengan tingkatan proses

filtrasi.

Selain ukuran pori, membran jugadikelompokkan berdasarkan besarnya beratmolekul partikel kotoran yang dapat dipisahkan.Batas berat molekul yang dapat dipisahkan olehsuatu membran disebut batas berat molekulmembran.

Batas berat molekul membran (molecularweight cutoff, MWCO) adalah ukuran darikarakteristik pemisahan dari suatu membrandalam istilah berat atom (massa), sebagai lawandari ukuran pori-pori, biasanya diukur dalamDalton. Satu Dalton adalah unit massa yangbesarnya sama dengan 1/12 massa atomkarbon-12 (yaitu satu satuan massa atom(atomic mass unit, amu) biasanya digunakansebagai satuan untuk mengukur batas beratmolekul (MWCO) yang dapat dipisahkan olehmembran ultrafiltrasi (UF), membran nanofiltration (NF) atau membran reverse osmosis(RO). Ukuran diameter pori dan batas beratmolekul yang dapat dipisahkan oleh beberapajenis membran dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 : Ukuran diameter pori dan batas beratmolekul yang dapat dipisahkan oleh beberapa

jenis membran.

Tipe Filtrasi Ukuran Partikel Berat Molekul(Dalton)

Mikro Filtrasi > 0,1µm > 500.000

Ultra Filtrasi 0,01 – 0,1 µm 1000 – 500.000

Nano Filtrasi 0,001 – 0,01 µm 100 - 1000

ReverseOsmosis

< 0,001 µm < 100

Sesuai dengan nama dan tingkatan daritipe filtrasi diharapkan akan didapatkan airolahan dengan tingkat kualitas tertentu pula.Misalnya dengan menggunakan prosespenyaringan ultra filtrasi (UF) dengan derajadpenyaringan sekitar 0,1 sampai 0,01 micron,diharapkan sebagian besar dari padatantersuspensi (suspended material) akan tersaring.Dengan menggunakan proses penyaringanosmosis balik (reverse osmosis, RO) dapatdigunakan untuk mengolah air laut menjadi airtawar.

2.2.1. Mikro Filtrasi

Mikro filtrasi menggunakan membranmikroporous yang mempunyai ukuran pori efektifberkisar antara 0,07 – 1,3 µm (mikron), danumumnya mempunyai ukuran pori aktual 0,45µm 3). Ukuran partikel yang dapat dihilangkandengan proses mikro filtrasi berkisar antara 0.05sampai 1 µm. Aliran melalui membranmikroporus dapat terjadi dengan menggunakanyang tekanan rendah, tetapi umumnya untukaplikasi pengolahan air minum atau air limbahdilakukan dengan memberikan sedikit tekananuntuk meningkatkan produksi (fluks). Membranmikro filtrasi dapat menyaring ataumenghilangkan partikel dengan ukuran sampai0,1 – 0,2 µm. Dalam hal ini mikro filtrasi dapat


148

digunakan untuk menghilangkan kekeruhan,alga, bacteria, cysta giardia, oocystacryptosporodium dan seluruh material padatan.Mikro fltrasi sering juga digunakan untukmenghilangkan padatan tersuspensi atau koloiddi dalam air limbah.

2.2.2. Ultrafilrasi

Ultrafiltrasi (UF) merupakan prosespemisahan menggunakan membran denganukuran pori-pori berkisar antara 0,1-0,001 µm(mikron). Biasanya, membran UF akanmenghilangkan kotoran dari zat yangmempunyai berat molekul tinggi, material koloid,serta molekul polimer organik atau anorganik.Zat organik dengan berat molekul rendah danion ion seperti natrium, kalsium, magnesiumklorida, serta sulfat tidak dapat dipisahkan olehMembran UF. Karena hanya zat dengan beratmolekul tinggi yang dapat dihilangkan ataudipisahkan, maka perbedaan tekanan osmotik dipermukaan Membrane UF diabaikan.

Tekanan operasi rendah sehingga cukupuntuk mencapai tingkat fluks yang tinggi darimembran ultrafiltrasi. Fluks membran UFdidefinisikan sebagai jumlah air yang disaringatau diproduksi per satuan luas permukaanmembran per satuan waktu. Umumnya fluksdinyatakan sebagai galon per meter persegi perhari (GFD) atau sebagai meter kubik per meterpersegi per hari. Membran ultrafiltrasi (UF) dapatmemiliki fluks sangat tinggi tetapi dalam banyakaplikasi praktis fluks bervariasi antara 50 sampai200 GFD pada tekanan operasi sekitar 50 psig.Sedangkan, membran reverse osmosis (RO)hanya memproduksi antara 10-30 GFD pada200-400 psig.

Ultrafiltrasi, seperti reverse osmosis,adalah proses pemisahan secara aliran lintas(cross-flow). Air yang akan diolah dialirkansecara tangensial ke sepanjang permukaanmembran, sehingga menghasilkan dua aliran.Aliran air yang yang masuk dan meresapmelalui membran disebut aliran air olahan(permeate). Jumlah dan kualitas air olahan akantergantung pada karakteristik membran, kondisioperasi, serta kualitas air bakunya. Aliranlainnnya yakitu aliran air buangan (reject) ataudisebut concentrate, dimana di dalam aliran airbuangan mengadung zat atau kotoran yang telahdipisahkan oleh membran sehinggakonsentrasinya menjadi lebih pekat. Oleh karenaitu di dalam pemisahan secara aliran silang(cross-flow), membran itu sendiri tidak bertindaksebagai kolektor ion, molekul, atau koloid tetapihanya bertindak sebagai penghalang.

Di dalam proses penyaringan denganmenggunakan filter konvensional, mediapenyaring atau filter cartridge, hanya

menghilangkan padatan tersuspensi denganmenjebak kotoran dalam pori-pori media filter.Oleh karena itu filter ini bertindak sebagaideposit dari padatan tersuspensi dan harussering dibersihkan atau diganti. Filterkonvensional umumnya digunakan untukpengoalahan awal sebelum proses pengolahandengan sistem membran, yaitu untukmenghilangkan padatan tersuspensi yang relatifbesar, sedangkan proses penyaringan denganmembran digunakan untuk menghilangkanpartikel dan padatan terlarut.

Di dalam proses ultrafiltrasi, untukbeberapa aplikasi, tidak menggunakan filtrasiawal (prefilter) sehinnga modul ultrafiltrasidigunakan untuk memisahkan padatantersuspensi atau material emulsi koloid. Berbagaibahan telah digunakan untuk membranultrafiltrasi secara komersial, tetapi yang palingbanyak dipakai adalah polysulfone dan selulosaasetat.

2.2.3. Nano Filtrasi(NF)

Nano berarti satu per milyar. Satunanometer (1 nm) sama dengan 10-9 m = 10-3 µm(mikron). Nanofiltration (NF) adalah filtrasimembran cross-flow. Dalam air yangmengandung campuran beberpa jenis ion, ionmonovalen cenderung menembus (melewati)membran sedangkan jenis ion divalen ataumultivalent sangat mungkin akan dipisahkanpada antar muka (interface) membran. Olehkarena beberapa jenis ion, yakni ion monovalendapat masuk melalui membran, perbedaanpotensial kimia antara kedua larutan lebih kecilmaka memerlukan daya pendorong yang lebihrendah.

Oleh karena itu, tekanan operasi NanoFiltrasi (NF) hanya berkisar antara 7 – 40 bar.Membran NF umumnya dicirikan olehkemampuan untuk memisahkan jenis iondivalen, umumnya magnesium sulfat (MgSO4)atau kalsium klorida (CaCl2). Oleh karenaterdapat banyak variabilitas di dalam aplikasi NF,retensi MgSO4 umumnya berkisar antara 80%hingga 98%. Nano-filtrasi umumnya dipilih untukpemisahan apabila aplikasi reverse osmosis(RO) dan ultrafiltrasi bukanlah pilihan yang tepat.Nanofiltration dapat digunakan untuk aplikasipemisahan mineral (demineralization),penghilangan warna, dan desalinasi.

2.2.4. Osmosis Balik (Reverse Osmosis)

Apabila dua buah larutan dengankonsentarsi encer dan konsentrasi pekatdipisahkan oleh membran semi-permeable,maka larutan dengan konsentrasi yang encerakan terdifusi melalui membran tersebut masuk


149

ke dalam larutan yang pekat sampai sampaiterjadi kesetimbangan konsentrasi. Fenomenatersebut dikenal sebagai proses osmosis. Jika airtawar dan air asin dipisahkan dengan membransemi-permeable, maka air tawar akan terdifusike dalam air asin melalui membran tersebutsampai terjadi kesetimbangan.

Daya pengggerak (driving force) yangmenyebabkan terjadinya aliran difusi air tawar kedalam air asin melalui membran semi-permeabletersebut dinamakan tekanan osomosis.Besarnya tekanan osmosis tersebut tergantungdari karakteristik membran, temperatur air, dankonsentarsi garam yang terlarut dalam air.Tekanan osmotik normal air laut yangmengandung TDS 35.000 ppm dan suhu 25o Cadalah kira-kira 26,7 kg/cm2, dan untuk air laut didaerah timur tengah atau laut Merah yangmengandung TDS 42,000 ppm , dan suhu 30 0C,tekanan osmotik adalah 32,7 kg /m2. Apabilapada suatu sistem osmosis tersebut, diberikantekanan yang lebih besar dari tekananosmosisnya, maka aliran air tawar akan berbalikyakni dari dari air asin ke air tawar melaluimembran semi-permeable, sedangkangaramnya tetap tertinggal di dalam larutangarammya sehingga menjadi lebih pekat. Prosestersebut dinamakan osmosis balik (reverseosmosis).

Keunggulan proses osmosis balik antaralain yakni pengopersianya dilakukan pada suhukamar, tanpa instalasi pembangkit uap, mudahuntuk memperbesar kapasitas, sertapengoperasian alat relatif mudah. Teknologi inisangat cocok untuk digunakan di wilayah dimanatidak terdapat atau sedikit sekali sumber airtawar misalnya untuk daerah pesisir dan pulau-pulau kecil.

2.3. Pengolahan Air Minum dengan ProsesBiofiltrasi dan Ultra Filtrasi

Dengan menggabungkan proses biofiltrasiseperti yang telah dilakukan pada percobaan diatas dengan teknologi membran ultra filtrasi (UF)maka akan didapatkan suatu alternatif teknologipengolahan air minum yang dapat menurunkankandungan zat organik dan amoniak tanpamenggunakan bahan kimia seperti pada proseskonvesional. Ilustrasi proses pengolahan airminum dengan kombinasi proses biofiltrasi danproses ultra filtrasi dapat dilihat seperti padaGambar 3.

Air baku dari saluran intake dipompa kereaktor biofilter dengan menggunakan pompa airbaku. Reaktor biofilter diisi dengan mediabiofilter dari bahan plastik tipe sarang tawon. Didalam reaktor biofilter tersebut senyawa polutanyang ada di dalam air baku misalnya zat organik,amoniak, zat besi, mangan, deterjen dan

senyawa polutan lain dapat diuraikan secarabiologis. Selain itu padatan tersuspensi yang adadi dalam air baku dapat diendapakan. Air yangkeluar dari biofilter selanjutnya di tampung kebak penampung, selanjutnya dipompa ke mikrofilter yang dapat menyaring kontoran sampai 10-50 mikron. Dari mikro filter, air dialirkan ke unitultra filtrasi yang dapat menyaring sampaiukuran 0,01 mikron.

Gambar 3 : Ilustrasi proses pengolahan airminum dengan kombinasi proses biofilter dan

proses filtrasi membrane.

Unit ultra filtrasi menggunakan modulmembrane tipe hollow fiber. Air yang keluar dariunit ultra filtrasi dilairkan ke bak penampung airolahan sambil diinjeksi dengan larurtan kaporituntuk proses disinfeksi dan selanjutnya dialirkanke sistem distribusi. Dengan sistem kombinasibiofiltrasi dan ultra filtrasi mempunyai beberapakelebihan antara lain adalah : Penggunaan proses biofiltrasi dapat


Tanpa menggunakan bahan koagulan danflokulan. Dalam hal ini bahan yangdigunakan hanya larutan kaporit untukmendapatkan konsentrasi sisa klor yangcukup agar tidak terjadi rekontaminasi.




3. PILOT PLAT UNIT PENGOLAHAN AIRSUNGAI MENJADI AIR SIAP MINUMDENGAN PROSES BIOFILTRASI,ULTRAFILTRASI DAN REVERSEOSMOSIS (RO)

3.1. Fungsi


150

Untuk memenuhi kebutuhan air bersih atauair minum bagi masyarakat misalnya pesantrendimana belum terdapat infra struktur penyediaanair bersih.

3.2. Air Baku Yang Dapat Diolah

Kategori air yang dapat diolah adalah : Air permukaan yang keruh, misalnya air

sungai, air danau, air genangan hujan dll. Air tanah misalnya air sumur, mata air, air

yang mengandung zat besi, mangan, zatkapur, magnesium dll.

Persyaratan air baku adalah sebagai berikut : Air baku adalah air tawar atau air payau

(TDS maksimum 1000 mg/l). Air baku bukan air limbah. Air baku tidak tercemar oleh limbah industri

atau limbah B3.

3.3. Kapasitas Alat

Kapasitas Pengolahan :Air Siap Minum : 15 liter /menit = 25.000 liter perhari.Air Bersih : 125 m3/hari.Air Baku : Air sumur atau air tanah, air sungai.Kualitas air Olahan : Standar DEPKES RI dandapat langsung diminum, yaitu KeputusanMenteri Kesehatan R.I. No. 907 Tahun 2002Tentang Syarat-syarat dan Pengawasan KualitasAir Minum.

3.4. Proses Pengolahan

Proses pengolahan yang digunakanadalah kombinasi proses biofiltrasi, ultrafiltrasidan reverse osmosis. Secara garis besar prosespengolahan yang digunakan dapat dilihat padaGambar 4 dan gambar 5 (Lampiran).

Air baku yang berasal dari sungai dipompake unit reaktor biofiltrasi yang di dalamnya diisidengan media plastik tipe sarang tawon. Reaktorbiofilter diisi dengan media biofilter dari bahanplastik tipe sarang tawon. Dengan adanya mediapalstik sarang tawon tersebut maka padapermukaan media tersebut akan tumbuh lapisanfilm mikroorganisme (biofilm) yang akanmenguraikan polutan yang ada di dalam airbaku. Di dalam reaktor biofilter tersebut senyawapolutan yang ada di dalam air baku misalnya zatorganik, amoniak, zat besi, mangan, deterjendan senyawa polutan lain dapat diuraikan secarabiologis. Selain itu padatan tersuspensi yang adadi dalam air baku dapat diendapakan. Air yangkeluar dari biofilter selanjutnya di tampung kebak penampung antara.

Dari bak penampung antara air selanjutnyadipompa ke mikro strainer yang dapat menyaringkotoran padatan sampai 50 mikron sambil

diinjeksi dengan larutan kaporit untuk membunuhkuman dan mencegah terjadinya biofouling. Darimikro strainer air dialirkan ke unit ultra filtrasiyang dapat menyaring sampai ukuran 0,01mikron. Unit ultra filtrasi menggunakan modulmembran tipe hollow fiber. Air yang keluar dariunit ultra filtrasi dialirkan ke bak penampung airbersih dan selanjutnya dialirkan ke sistemdistribusi untuk digunakan untuk keperluan airbersih (mandi, cuci, dan lain-lain).

Sebagian dari air bersih hasil olahanproses ultrafiltrasi, selanjutnya diolah untukmenjadi air siap minum. Air dari bak penampungair bersih dipompa ke filter multi media sambildiinjeksi dengan larutan kalium permanganat.Injeksi kalium permanganat berfungsi untukmengoksidasi zat besi atau mangan yang ada didalam air serta mengoksidasi zat organik yangada di dalam air. Selanjutnya zat besi ataumangan yang telah teroksidasi disaring denganfilter multi media yang di dalamnya diisi denganmedia mangan zeolit dan karbon aktif.

Filter multi media berfungsi untukmenghilangkkan zat besi dan mangan di dalamair baku yang telah teroksidasi serta untukmenghilangkan bau dan mikro polutan lain yangada di dalam air. Dari filter multi media, airdialirkan ke filter penukar kation untukmenghilangan kandungan zar kapur danmagnesium yang ada di dalam air. Selanjutnyadialirkan ke unit mikro filter yang dapatmenyaring padatan sampai ukuran 1 mikron.Dari unit mikro filter air selanjutnya dialirkan keunit reverse osmosis (RO),

Unit reverse osmosis (RO) menggunakanmodul membrane (tap water membrane) tipethin film composite. Dengan penyaringan reverseosmosis secara teknis bakteri sudah dapatdisaring. Dari unit reverse osmosis, air dialirkanke unit sterilisator ultraviolet untuk membunuhmikroba yang mungkin belum sempat tersaringoleh membrane RO. Air yang keluar dari unitsterilisator ultra violet adalah air olahan yangsiap minum langsung tanpa dimasak dan dapatlangsung dibotolkan.

3.5. Keunggulan

Dengan sistem kombinasi biofiltrasi danultrafiltrasi mempunyai beberapa kelebihanantara lain yakni : Penggunaan proses biofiltrasi dapat


Tanpa menggunakan bahan koagulan danflokulan. Dalam hal ini bahan yang


151

digunakan hanya larutan kaporit untukmendapatkan konsentrasi sisa klor yangcukup agar tidak terjadi rekontaminasi.




Dapat dioperasikan dengan sederhana danhandal, manual flushing dilakukan sesuaikebutuhan dengan indikator pressure gauge.

Biaya investasi yang ekonomis.

3.6. Spesifikasi Teknis

Spesifikasi teknis peralatan unitpengolahan air minum dengan proses biofiltrasi–ultrafiltrasi dan reverse osmosis dengankapasitas pengolahan air bersih 100 m3/hari danair siap minum 15 liter /menit atau sekitar25.000 liter per hari dapat dilihat pada Tabel 2.

Tabel 2 : Spesifikasi Teknis Peralatan.

1. Pompa BiofiltrasiTipe : Pompa celup/ submersibleMerek : HCP Model F-05AFKapasitas : 0,1 -0,22 m3/menitBahan : Polimer atau Stainless steelTotal Head : 8 – 11,5 mListrik : 0,5 KW, 220 VDiameter Outlet : 2 “Jumlah : 1 unit

2. Reaktor BiofiltrasiMaterial : Figerglass (FRP)Volume : 9000 literWaktu Tinggal : 2 – 3 jamDimensi Bak : 150 cm x 300 cm x 220 cmPerlengkapan : Bak penenang, ruang lumpur

dan kran penguras lumpur.Jumlah : 1 unit

3. Media Sarang TawonMaterial : PVC sheetKetebalan : 0,15 – 0,23 mmLuas Spsesifik : 150- 200 m2/m3

Diameter lubang : 3 cm x 3 cmWarna : bening transparan.Porositas Rongga : 0,98Volume media : 3,24 m3

4. Bak Penampang AntaraVolume : 5000 literBahan : Polyethylene (PE)Kapasitas : 0,1 -0,22 m3/menitJumlah : 1 unit

5. Pompa Feed UltrafiltrasiMerk : CNPKapasitas : 100-120 liter per menitBahan : Stainless steel

Head : 30 m. Tekanan maks : 3 BARListrik : 0,5 KW, 220 VJumlah : 1 unit

6. Mikro StrainerDiameter : 8 “Tinggi : 60 cmKapasitas : 6 – 8 m3 per jamDiameter pori : 75 micronBahan : Stainless SteelJumlah : 1 unit

7. Unit Ultra Filtration ( UF )Merek : -Membrane : Hollow FiberMateial : Hydrophilic modified Poly

Acrylonitrile (PAN)Housing membrane : Stainless SteelDimensi membrane : Dia. 4 “ panjang 40 “Derajad Filtrasi : 0.10 – 0.01micronJumlah membrane : 10 unitBack wash : OtomatisAccessories : 4 buah Solenoid valve

kontrol dengan timerSkid : Carbon SteelKapasitas Total : 140 -180 m3 per hariJumlah : 1 set

8 Pompa Back Wash UltrafiltrasiMerek : CNPKapasitas : 100-120 liter per menitBahan : Stainless steelHead : 30 m. Tekanan maks : 3 BARListrik : 0,75 KW, 220 VJumlah : 1 unit

9 Pompa DosingTipe : Chemtech 100/030Tekanan : 7 BarsKapasitas : 4.7 lt/hourHead : SANDiafragma : HypalonJumlah : 1 unit

10 Chemical TankVolume : 50 literDimensi : ø 50 cm, H 60 cmMaterial : Polyethylene (PE)Jumlah : 1 unit

11 Pompa Feed ROMerk : Grundfos atau yang setaraKapasitas : 100-120 liter per menitBahan : Stainless steelTekanan : 4 BarDaya : 500 watt, 220 voltJumlah : 1 unit

12 Multimedia FilterKapasitas : 4-5 m3 per jamBahan : PVCDimensi : Dia. 16 " , Tinggi : 120 cmTekanan Maks. : 5 BarMedia : Pasir slika, mangan zeolit dan

karbon aktifInlet/outlet : 1 "Jumlah : 1 unit


152

13 Cartridge FilterMerek : Pro CleanInlet/outlet : 1 “Kapasitas : 4 - 5 m3 per jamFitration Degree : 1 micronJumlah : 2 unit

14 Pompa Tekanan TinggiMerk : Flint & Walling F&W or EqualKapasitas : 4 - 5 m3 per jamBahan : Stainless steelTekanan maks : 15 BARMotor : 2KW; 220Volt; 50Hz; 2900 RPMJumlah : 1 unit

15 Unit ROModel : CF 20TKapasitas : 20 m3 / hariTipe Membran : Filmtec BW 4040Raw Water : Air PayauTotal Dissolved Solid : < 3.000 ppmTekanan air masuk : Minimum 1 barTekanan Operasi : 10 – 20 barsTemperatur Operasi : Maximum 40 0CToleransi Kadar besi : Maximum 0.01 ppmToleransi Kadar mangan : Max. 0.01 ppmToleransi kadar Khlorin : Max. 0.01 ppmTipe elemen : Thin Film CompositeKelengkapan :

Product Flow meter Reject flow meter Inlet presure gauge Operating presure gauge Pre filter pressure gauge Reject pressure regulator Solenoid valve

Jumlah : 1 unit

16 Ultraviolet SterilizerKapasitas : 20 m3 per hariBahan : Stainless SteelListrik : 40 watt 220 voltBahan : Stainless SteelJumlah : 1 unit

17 Rangka atau skidBahan : Stainless Steel dan Aluminium.Jumlah : 1 unitJumlah : 1 set

18 Tangki PenampungBahan : Stainless SteelVolume : 500 literJumlah : 2 unit

19 Perpipaan Sistem (paket)Jumlah : 1 paket

20 Sistem Automatic Control dan KelistrikanBox Panel : MildsteelPanel Type : Outdoor, relay konvensionalAccessorie : Conductivity meter,

selectorswitch , Manual-auto,Volt – Ampere meter

3.7. Hasil Uji Coba Alat

3.7.1. Penyisihan Senyawa Organik

A. Efisiensi Penyisihan Zat Organik didalam Reaktor Biofilter

Setelah proses pembiakan mikroba telahstabil, debit air diatur agar waktu tinggal hidrolis(WTH) di dalam reaktor menjadi 4 (jam), 3 (tiga)jam, 2 (dua) jam dan 1 (satu) jam, untukmengetahui pengaruhnya terhadap efisiensipenyisihan senyawa organik. Hasil penelitianditunjukkan seperti pada Gambar 6.

Keterangan :Temperatur Air : 30 – 35,2 0C ; pH air : 6,5 – 7,5

Gambar 6 : Pengaruh Waktu Tinggal PenelitianTerhadap Penurunan Konsentarsi Zat Organik

Serta Efisiensi Penyisihan Pada Proses Biofilter

Dari hasil penelitian tersebut terlihatbahwa setelah waktu tinggal diubah menjadiempat jam efisiensi penyisihan zat organikberkisar antara 88% hingga 90%, dengan rata-rata efisiensi 89,53%. Nilai efisiensi yang stabildicapai 1-2 hari setelah waktu tinggal dirubah.Hasil yang sama juga terjadi setelah waktutinggal diubah menjadi tiga jam, dua jam dansatu jam, yakni efisiensi penyisihan zat organikturun dan perlahan–lahan efisiensi penyisihanzat organik menjadi stabil setelah 1-2 harioperasi pada setiap WTH. Hal ini disebabkankarena mikro-organisme memerlukan waktuadaptasi terhadap perubahan beban organikyang masuk ke dalam reaktor.

Dari hasil tersebut diketahui bahwasemakin pendek waktu tinggal hidrolis yaitu dari4 jam menjadi 1 jam, efisiensi rata-ratapenyisihan zat organik (KMnO4) pada kondisistabil juga menjadi semakin kecil yakni dari89,53% menjadi 68,53%.

Hal ini disebabkan semakin singkatnyawaktu kontak antara bahan organik denganmikroorganisme pada lapisan biofilm, sehingga


153

semakin sedikit kesempatan mikroba untukdapat memanfaatkan zat organik tersebut untukproses metabolisme tubuhnya.

B. Penyisihan Zat Organik (KMnO4) padaUnit Ultrafiltrasi

Hasil penelitian penyisihan zat organikdengan Membran Ultrafiltrasi dapat dilihat padaGambar 7.

Gambar 7 : Efisiensi Penyisihan Zat OrganikPada Unit Ultrafiltrasi

Secara teori ultrafiltrasi tidak dapat menyaringzat organik yang terlarut, tetapi dapatmemisahkan zat organik yang berada dalambentuk padatan tersuspensi. Efisiensi penyisihanzat organik di dalam Ultra Filtrasi bervariasi, danberkisar antara 75% – 7,1%. Fluktuasi yangsangat signifikan ini disebabkan karena efisiensiunit ultrafiltrasi hanya dapat menyisihkan zatyang berbentuk padatan, namun jika jika terjadipenyisihan terhadap zat yang bukan padatanhanya berkisar antara 1-2 mg/L yangberlangsung stabil, dan juga bergantung padaefisiensi penyisihan pada unit biofilter yangmempengaruhi total efisiensi kedua unit tersebut.Secara umum hasil yang didapat sangat baik,hal ini terlihat dari hasil analisis laboratoriummenunjukan konsentrasi zat organik yangdiperoleh berkisar antara 2 – 17,82 mg/L, dan itutelah memenuhi standar yang telah ditetapkansesuai dengan Keputusan Menteri KesehatanNo. 907 tahun 2002 tentang Syarat-Syarat danPengawasan Kualitas Air Minum, yangmenetapkan kadar maksimum zat organik(KMnO4) yang diizinkan adalah 10 mg/L.

3.7.2. Penyisihan Senyawa Amoniak

A. Penyisihan Amonia, Nitrit, dan Nitrat didalam Reaktor Biofilter

Setelah proses pembiakan mikroba telahstabil, debit air diatur agar waktu tinggal hidrolis(WTH) di dalam reaktor menjadi 4 (empat) jam, 3

(tiga) jam, 2 (dua) jam dan 1 (satu) jam, untukmengetahui pengaruhnya terhadap efisiensipenyisihan ammonia, nitrit dan nitrat. Padawaktu tinggal 4 jam dilakukan pengambilansampel setiap hari selama 6 hari. Pada waktutinggal 4 jam ini Efisiensi penyisihan amoniaturun menjadi 77% dari 78 % pada hari pertamasampel. Setelah itu efisiensi mulai stabil di harike 2 sampai hari ke 6, dengan efisiensi 74-75%.

Pada saat operasi dengan waktu tinggal 3jam dilakukan pengambilan sampel setiap hariselama 7 hari. Dengan waktu tinggal 3 jamterjadi penurunan efisiensi penyisihan amoniakmenjadi 73 % pada hari pertama, dan pada hariberikutnya efisiensi penyisihan amonia stabilpada kisaran 69-70 %. Untuk waktu tinggal 2 jamdilakukan pengambilan sampel setiap hariselama 7 hari. Pada waktu tinggal 2 jam terjadipenurunan efisiensi amonia menjadi 68% dan dihari kedua efisiensi turun kembali menjadi 65%,sebelum akhirnya menjadi satbil dengan efisiensi62%.

Untuk waktu tinggal 1 jam dilakukanpengambilan sampel setiap hari selama 7 hari.Pada waktu tinggal 1 jam terjadi penurunanefisiensi amonia menjadi 61% pada hari pertamasampel. Pada hari berikutnya efisiensi mulaistabil dengan efisiensi penyisihan sebesar 55%.Dari hasil penelitian tersebut terlihat bahwasetelah waktu tinggal diubah menjadi empat jamefisiensi penyisihan amonia sekitar 74-75%. Halyang sama juga terjadi setelah waktu tinggaldiubah menjadi tiga jam, dua jam dan satu jam,yakni efisiensi penyisihan amoniak turun sekitar5-6%, yaitu 69-70% pada waktu tinggal 3 jam,62-65% pada waktu tinggal 2 jam, dan 55%pada waktu tinggal 1 jam.

Dari penelitian yang telah dilakukantampak bahwa efisiensi penyisihan amoniakstabil pada hari ke ke 3 - 7 hari operasi, hal inidisebabkan karena mikroba membutuhkanadaptasi setiap terjadi perubahan waktu tinggal.Dari hasil tersebut diketahui bahwa semakinpendek waktu tinggal hidrolis yaitu dari 4 jammenjadi 1 jam, efisiensi penyisihan amonia padakondisi stabil juga menjadi semakin kecil. Hal inidisebabkan semakin singkatnya waktu kontakantara bahan organik dengan mikroba padalapisan biofilm,

Hasil Efluen yang dikeluarkan oleh unitbiofiltrasi sangat baik karena berada di bawahstandar air minum sesuai dengan KepMenkesNomor 907/Menkes/SK/VII/2002 tentang syarat-syarat dan pengawasan kualitas air minum. Hasilpenelitian ditunjukkan seperti pada Gambar 8.

Penurunan konsentrasi amoniak di dalamair menyebabkan konsentrasi nitrit dan nitrat didalam air olahan menjadi lebih besar. Perubahankonsentrasi Nitrit dan Nitrat sebelum dansesudah pengolahan ditunjukkan seperti pada


154

Gambar 9 dan 10. Peningkatan konsentrasi nitratdisebabkan karena amonia dioksidasi menjadinitrit, selanjutnya nitrit akan berubah menjadinitrat.

0

1

2

3

4

5

6

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Hari

Am

on

ia (

Mg

/L)

0102030405060708090

Efi

sien

si (

%)

Inlet (mg/l) Outlet Biofilteroutlet ultrafiltrasi efisiensi pada biofilterEfisiensi Total

TD 6 jam TD 4 Jam Td 3 jam TD 2 jam TD 1 jam

Gambar 8 : Kurva efisiensi penyisihan Amonia

Gambar 9 : Kurva hubungan amonia dan nitrit didalam Biofilter

Gambar 10 : Kurva hubungan amonia dan nitratdi dalam Biofilter

Dilihat dari gambar diatas konsentrasi nitritlebih kecil daripada konsentrasi nitrat hal inidisebabkan karena nitrit ialah senyawa transisidalam perubahan amonia menjadi nitratsehingga konsentrasinya meningkat ketikaterjadi penurunan amonia. Senyawa inidihasilkan dari suatu proses oksidasi amonia,

tetapi sifatnya tidak stabil karena pada kondisiaerobik selama nitrit terbentuk dengan cepatnitrit dioksidasi menjadi nitrat oleh bakterinitrobacter, oleh karena itu senyawa nitritditemukan dalam jumlah yang kecil.

Peningkatan konsentrasi nitrat dapatdisebabkan adanya oksigen yang dialiri secaraterus menerus ke dalam reaktor, sehingga dapatmenyebabkan pembentukan nitrat, seperti reaksidibawah ini :

NO2- + 1/2O2 NO3--

NH4+ + 2O2 NO3-- + 2H+ + H2O

Dilihat dari penurunan konsentrasiamoniak dan peningkatan konsentrasi nitratmenunjukkan bahwa di dalam biofilter terjadiproses nitrifikasi. Bakteria yang terlibat dalamproses ini adalah bakteri autotrof yang berperandalam proses nitrifikasi, sedangkan bakteriheterotrof berperan dalam penguraian bebanorganik. Walaupun bakteri autotrof berperandalam proses nitrifikasi, proses ini dapat jugaterjadi dengan adanya bakteri heterotrof. Bakteriheterotrof menggunakan substrat organiksebagai sumber energinya, sedangkan bakteriautotrof menggunakan senyawa CO2 dan HCO3-

sebagai sumber energi yang diperoleh dari hasiloksidasi bakteri heterotrof 10).

Proses nitrifikasi yang terjadi adalah suatuproses konversi dari amonia menjadi nitrit yangkemudian menjadi nitrat yang dilakukan olehbakteri autotropik dan heterotropik 5).Pengubahan amonia menjadi nitrit dilakukanoleh bakteri nitrosomonas dan selanjutnya nitrityang terbentuk diubah menjadi nitrat oleh bakterinitrobacter. Proses nitrifikasi oleh kedua jenisbakteri di atas berlangsung dalam keadaanaerob sehingga memerlukan konsentrasi oksigenyang cukup untuk sumber energi dalammenunjang proses metabolisme, dan jugaproses nitrifikasi merupakan suatu proses aerobsehingga keberadaan oksigen sangat pentingdalam proses ini 2). Kebutuhan oksigendinyatakan yang dalam Konsentrasi DO jsangatpenting bagi nitrifikasi, sehingga oksigen harus didistribusikan dengan baik ke dalam reaktor dantidak boleh kurang dari 2 mg/l 4). Dari penelitianyang dilakukan kadar oksigen tersuplai denganbaik dengan konsentrasi DO di biofilter rata-rata5,3 mg/l dan di outlet ultrafiltrasi 5,1mg/l.

Pada proses nitrifikasi pH optimum yangdiinginkan adalah 7,2 - 7,8. pH yang berkisar 7,2– 7,8 sangat bagus bagi petumbuhan bakteriNitrobacter 4). Dari penelitian diketahui terjadipenurunan pH karena dihasilkannya H+ padaproses nitrifikasi, namun pH efluen yangdihasilkan di unit biofilter masih terdapat dalamentang pH yang sesuai bagi nitrifikasi, yaitu rata-


155

rata 7-7,5. Dan suhu yang dibutuhkan untukbakteri nitrifer berkisar antara 8-30o C, dan untukoptimum suhu yan diperlukan adalah sekitar 30o

C 4) Dari data yang di dapat suhu di reaktorbiofiltrasi berkisar antara 29-30oC, Ini merupakansuhu yang optimum bagi proses nitrifikasi.Sedangkan di unit ultrafiltrasi tidak terjadipenurunan atau kenaikan suhu.

B. Penyisihan Amonia, Nitrit dan Nitrat UnitUltrafiltrasi

Membran ultrafiltrasi ialah teknologi untukmenyaring padatan tersuspensi. Dimana unit inidapat menyaring sampai 0,01 mikron, sehinggasenyawa yang terlarut dan senyawa yang ukuranpartikelnya kurang dari 0,01 mikron tidak dapattersaring. Hasil penelitian ditunjukkan sepertipada dan Gambar 11.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Hari

Am

on

ia (

Mg

/l)

00.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Efi

sien

si (

%)

Inlet Ultrafiltrasi Outlet Ultrafiltrasi Efisiensi Ultrafiltrasi

TD 6 jam TD 4 jam TD 3 Jam TD 2 Jam TD 1 jam

Gambar 11 : kurva Efisiensi penyisihan amoniapada ultrafiltrasi

Dari hasil terlihat bahwa tidak terjadipenurunan konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrathal ini disebabkan karena amonia bukanmerupakan padatan, tetapi merupakan senyawayang terlarut. Dan hal ini juga disebabkan olehsenyawa amonia, Nitrit, Nitrat menempel padapadatan sehinnga ikut tersaring bersamapadatan. Hal ini dapat dilihat dari Gambar 11dimana jumlah konsentrasi amonia di inlet unitultrafiltrasi sama dengan di outlet unit ultrafiltrasi.

3.7.3. Penyisihan Zat Besi (Fe)

A. Efisiensi Penyisihan Besi (Fe) di dalamReaktor Biofilter

Berdasarkan hasil percobaan tersebut diatas dengan menggunakan proses biofilterdengan media plastik tipe sarang tawon dapatjuga menghilangkan besi yang ada di ada airdengan cukup baik. Konsentrasi zat besi yangada di dalam air sungai selama percobaanberkisar antara 0,428 mg per liter sampai

dengan 0,833 mg per liter. Pengaruh waktutinggal hidrolik (WTH) terhadap penurunankonsentarsi zat besi selama percobaan secaralengkap ditunjukkan seperti pada Gambar 12.

Keterangan :Temperatur Air : 30 – 35,2 0C ; pH air : 6,5 – 7,5

Gambar 12 : Grafik Konsentrasi Zat BesiSebelum Dan Sesudah Pengolahan Serta

Efisiensi Penyisihan

Secara umum semakin kecil waktu tinggalhidrolik di dalam reaktor maka efisiensipenyisihan besi juga semakin kecil. Denganwaktu tinggal hidrolik (WTH) 4 jam efisiensipenyisihan zat besik berkisar antara 83,33 –84,27 %, untuk WTH 3 jam efisiensi penyisihanberkisar antara 76,23 – 77,25 %, untuk WTH 2jam efisiensi penyisihan 67,34 – 70,75 %,sedangkan untuk WTH 1 jam efisiensipenyisihan zat besi berkisar antara 58,35 –62,78 %.

B. Efisiensi Penyisihan Besi (Fe) UnitUltrafiltrasi

Secara teori ultrafiltrasi hanya dapatmenyisihkan zat yang berbentuk padatan sampaiukuran 0.01 mikron, Secara teori penyisihan dariunit ultrafiltrasi hanya dapat menyisihkan zatyang berbentuk padatan bukan yang terlarut.Secara keseluruhan proses penyisihan pada unitultrafiltrasi bergantung kepada penyisihan yangterjadi di unit biofilter. Hasil penelitianmenunjukan konsentrasi besi (Fe) di dalam airolahan yang diperoleh berkisar antara 0,24–0,028 mg/L, dan itu telah jauh dibawah standaryang telah ditetapkan oleh Keputusan MenteriKesehatan No. 907 tahun 2002 tentang Syarat-Syarat dan Pengawasan Kualitas Air Minum,yang menetapkan kadar maksimum besi (Fe)yang di izinkan adalah 0,3 mg/L. EfisiensiPenyisihan Besi (Fe) pada unit Ultrafiltrasi dapatdilihat pada Gambar 13.


156

Gambar 13 : Efisiensi Penyisihan Besi (Fe) PadaUnit Ultrafiltrasi

3.7.4. Penyisihan Mangan (Mn)

A. Efisiensi Penyisihan Mangan (Mn) didalam Reaktor Biofilter

Berdasarkan hasil percobaan tersebutdi atas dengan menggunakan proses biofilterdengan media plastik tipe sarang tawon dapatjuga menghilangkan mangan yang ada di ada airbaku dengan cukup baik. Konsentrasi manganyang ada di dalam air sungai selama percobaanberkisar antara 0,312 mg per liter sampaidengan 0,923 mg per liter. Pengaruh waktutinggal hidrolik (WTH) terhadap penurunankonsentarsi mangan selama percobaan secaralengkap ditunjukkan seperti pada Gambar 14.

Keterangan :Temperatur Air : 30 – 35,2 0C ; pH air :6,5 – 7,5

Grafik 14 : Grafik Konsentrasi Mangan SebelumDan Sesudah Pengolahan Serta Efisiensi

Penyisihan

Secara umum semakin kecil waktu tinggalhidrolik di dalam reaktor maka efisiensipenyisihan mangan juga semakin kecil. Denganwaktu tinggal hidrolik (WTH) 4 jam efisiensipenyisihan zat besik berkisar antara 83,25–84,69

%, untuk WTH 3 jam efisiensi penyisihanberkisar antara 76,25–78,54%, untuk WTH 2 jamefisiensi penyisihan 66.33–69.54%, sedangkanuntuk WTH 1 jam efisiensi penyisihan zat besiberkisar antara 57,25–61,35%.

B. Penyisihan Mangan (Mn) UnitUltrafiltrasi

Efisiensi Penyisihan Mangan (Mn) didalam unit ultrafiltrasi dapat dilihat pada Gambar15. Dari hasil tersebut dapat dilihat bahwaefisiensi penyisihan mangan di unit Ultrafiltrasiberkisar antara 11,88 – 64,95%. Secarakeseluruhan proses penyisihan pada unitultrafiltrasi bergantung kepada penyisihan yangterjadi di unit biofilter.

Gambar 15 : Efisiensi Penyisihan Mangan (Mn)Pada Unit Ultrafiltrasi

Secara umum dengan waktu tinggal 2 jamdi dalam reaktor biofilter konsentrasi mangan didalam air olahan telah dibawah 0,1 mg/l, dan halini telah memenuhi standar yang telah ditetapkanoleh Keputusan Menteri Kesehatan No. 907tahun 2002 tentang Syarat-Syarat danPengawasan Kualitas Air Minum, yangmenetapkan kadar maksimum mangan (Mn)yang di izinkan adalah 0,1 Mg/1.

3.7.5. Penyisihan TSS

A. Pengaruh Waktu Tinggal TerhadapEfisiensi Total Suspended Solid (TSS)

Total padatan tersuspensi adalah bahan-bahan tersuspensi (diameter >1μm) yangtertahan pada saringan millipore dengandiameter pori 0,45 – 1,58 μm. TSS terdiri ataslumpur dan pasir halus serta jasad-jasad renikterutama yang disebabkan oleh kikisan tanahatau erosi yang terbawa ke dalam badan air.Masuknya padatan tersuspensi ke dalamperairan dapat menimbulkan kekeruhan air.


157

Padatan tersuspensi yang tinggi akanmempengaruhi air karena, menghalangi danmengurangi penentrasi cahaya kedalam badanair. Kondisi ini akan mengurangi pasokanoksigen terlarut dalam badan air. padatantersuspensi akan mengurangi penetrasi cahayake dalam air, sehingga mempengaruhiregenerasi oksigen dan kekeruhan air jugasemakin meningkat.

Hasil analisis laboratorium yang dilakukanmenunjukan bahwa outlet yang diperoleh darisetiap sampel yang diambil pada setiap variasiwaktu tinggal yang dilakukan, dapat dilihatbahwa semakin kecil waktu tingga di dalambiofilter efisiensi penurunan TSS semakin kecil.Hasil analisis laboratorium secara lengkap dapatdilihat pada Gambar 16.

Keterangan : Temperatur Air : 30 – 35.2 0C ; pHair : 6.5 – 7.5

Gambar 16 : Grafik Konsentrasi TotalSuspended Solid (TSS) Sebelum Dan Sesudah

Pengolahan Serta Efisiensi Penyisihan

Dari grafik di atas dapat dilihat bahwaproses penyisihan suspended solid pada reaktorbiofilter dipengaruhi oleh waktu tinggal hidrolis.Penurunan konsentrasi TSS disebabkan olehkarena suspended solid mengendap danmenempel pada media biofilter, tanpadipengaruhi oleh aktivitas penyisihan olehmikroba yang terdapat pada media tersebut.

B. Pengaruh Membran UltrafiltrasiTerhadap Penyisihan Total SuspendedSolid (TSS)

Total Suspended Solid (TSS) ataususpended solid merupakan padatan yangbervariasi dari yang berbentuk kasar hinggayang berbentuk koloid, dalam penelitian ini airbaku diambil langsung dari sungai, sehinggakemungkinan padatan berasal dari sedimenyang terdapat dipinggir sungai, seperti tanah,pasir, dan lain-lain. Ukuran dari Total SuspendedSolid (TSS) biasanya berkisar antara 0,45 – 1,58

μm. Maka dari itu dengan kemampuan dari unitultrafiltrasi yang mampu menyaring hinggamencapai senyawa yang berukuran 0.01 μm,maka Total Suspended Solid (TSS) yangterdapat dalam air baku penelitian dapattersaring dengan sempurna, dan hal tersebutdibuktikan dengan hasil penelitian yangdilakukan pada unit ultrafiltrasi yang mencapainilai efisiensi 100%. Dari hasil penelitiantersebut, maka air hasil pengolahan unitultrafiltrasi telah sesuai dengan baku mutu airminum. Efisiensi Penyisihan Total SuspendedSolid (TSS) Pada Unit Ultrafiltrasi dapat dilihatpada Gambar 17.

Gambar 17 : Efisiensi Penyisihan TotalSuspended Solid (TSS) Pada Unit Ultrafiltrasi

3.8.1. Hasil Uji Coba Biofiltrasi-Ultrafiltrasi-Reverse Osmosis (RO)

Hasil uji coba pengolahan air denganproses biofiltrasi, ultra filtrasi dan reverseosmosis dengan air baku air sungai dapatdihasilkan air olahan dengan kualitas yangsangat baik (air siap minum), tanpamenggunakan bahan kimia. Hasil analisakualitas air sebelum dan sesudah prosespengolahan dapat dilihat pada Tabel 3(LAMPIRAN). Biaya pengolahan air bersihdengan proses biofiltrasi dan ultrafiltrasi adalahsekitar Rp.500,- per m3. Biaya tersebut hanyauntuk biaya listrik dan bahan kimia dan belumtermasuk biaya operator).

4. KESIMPULAN

Dari hasil kegiatan dapat disimpulkanbahwa : Semakin kecil waktu tinggal hidrolis (WTH),

efisiesi penghilangan zat organik semakinkecil. Dengan kondisi waktu tinggal hidrolis 1jam efisiensi penghilangan zat organik 30,92% untuk waktu tinggal 2 jam efisiensi sebesar45,70 % sedangkan pada waktu tinggal 3 jam


158

sebesar 53,89 % dan pada waktu tinggal 4jam sebesar 64,27 %.

Dengan kondisi waktu tinggal hidrolis 1 jamefisiensi penghilangan zat organik 30,92 %untuk waktu tinggal 2 jam efisiensi sebesar45,70 % sedangkan pada waktu tinggal 3 jamsebesar 53,89 % dan pada waktu tinggal 4jam sebesar 64,27 %.

Dengan beban organik antara 0,2 – 1,5kg/m3.hari, hubungan antara beban organikdengan efisiensi penghilangan organikmenunjukkan hubungan yang linier denganpersamaan Y = 27,193 X + 66,866, dimana :Y= Efisiensi penghilangan senayawaOrganik (%).X = Beban organik (kg /m3media.hari).

Efisiensi penurunan amoniak berdasarkanvariasi waktu tinggal hidrolis 1-3 jam berkisarantara 48,74 % - 73,59 %. Pada pengolahandengan pengkondisian waktu tinggal hidrolis1 jam efisiensi penurunan sebesar 48,74%,untuk waktu tinggal 2 jam menunjukkanefisiensi sebesar 67,98 %, untuk waktutinggal 3 jam efisiensi sebesar 73,59 %.

Pengolahan pendahuluan dengan prosesbiofiltrasi pada kondisi waktu tinggal hidrolik(WTH) 1 – 4 jam, konsentrasi zat besi dapatditurunkan dengan efisensi penghilanganberkisar antara 20 % sampai dengan 74 %.

Dengan sistem kombinasi biofiltrasi dan ultrafiltrasi mempunyai beberapa kelebihan antaralain penggunaan proses biofiltrasi dapatmenghilangkan senyawa polutan yang tidakbisa dihilangkan dengan proses konvensionalmisalnya zat organik, amoniak, deterjen,pestisida, dll. Senyawa tersebut dapatdiuraikan dengan proses biologis secaraalami (natural).

Dengan kombinasi proses biofiltrasi dan ultrafiltrasi, pengolahan air minum dapat dilakukantanpa menggunakan bahan koagulan danflokulan. Dalam hal ini bahan yang digunakanhanya larutan kaporit untuk mendapatkankonsentrasi sisa khlor yang cukup agar tidakterjadi rekontaminasi.

Pengolahan air bersih dengan prosesUltrafiltrasi sangat efektif untukmenghilangkan kekeruhan air baku.

Pengolahan air dengan proses Ultrafiltrasitidak dapat digunakan untuk menghilangkanatau menurunkan konsentrasi TDS (total

disolved solids), artinya tidak dapatdigunakan untuk mengolah air asin menjadiair minum.

Kombinasi proses ultrafiltrasi dan reverseosmosis (RO) dapat digunakan untukmengolah air sungai atau air irigasi menjadiair siap minum dengan kualitas yang sanggatbaik dengan biaya relatif murah.

Proses pengoperasian peralatan mudah dandapat dioperasikan oleh operator dengantingkat pendidikan yang relatif rendah.

DAFTAR PUSTAKA

1. Anonim : Peraturan Menteri KesehatanNomor 907/Menkes/SK/VII/2002 tentangsyarat-syarat dan pengawasan kualitas airminum.

2. Benefield, Larry D. (1980). BiologicalProcess Design for Wastewater Treatment.United States of America: Prentice-Hall, Inc.

3. Bergman, R.A. 2005. Membrane Processes.In : Water Treatment Plant Design, 4Th

edition. New York, McGraw-Hill.4. Bitton G. (1994), ”Wastewater Microbiology”.

Wiley-Liss, New York.5. Grady, C.P.L and Lim, H.C.(1980).

“Biological Wastewater Treatment”, MarcelDekker Inc. New York.

6. Hikami, Sumiko (1992), “Shinseki rosohou niyoru mizu shouri gijutsu (Water Treatmentwith Submerged Filter)”, Kougyou YousuiNo.411, 12,1992.

7. Horan, N.J.(1990). “Biological WastewaterTreatment systems : Theory and Operation”.University of Leeds, England. John Wiley &Sons Ltd.

8. JICA:" Water Supply Engineering VOL.I ",Edited By Japan Water works Association.

9. Lin , Shun Dar (2007). Water andWastewater Calculation Manual. secondedition. Mc Graw-Hill Companies, New York.

10. Metclaf And Eddy (1991) , " Waste WaterEngineering”, Mc Graw Hill.

11. Winkler, M.A. 1981. Biological Treatment ofWastewater. John Willey and Sons, NewYork.


159

LAMPIRAN :

Gambar 4 : Diagram Pengolahan Air Siap Minum Dengan Kombinasi Proses Biofiltrasi, UltrafiltrasiDan Reverse Osmosis.

Proses Penyaringan pada Unit Ultrafiltrasi.Solenoid Valve 1 & 4 Buka; Solenoid Valve 2 & 3 Tutup

Proses Pencucian Balik pada Unit Ultrafiltrasi.Solenoid Valve 1 & 4 Tutup ; Solenoid Valve 2 & 3 Buka.

Gambar 5 : Skema Proses Penyaringan Dan Pencucian Balik Pada Unit Ultrafiltrasi.


160


161

FOTO PERALATAN

Gambar : Reaktor Biofiltrasi Dengan MediaPlastik Sarang Tawon.

Gambar : Media Plastik Sarang Tawon DiDalam Reaktor Biofilter.

Gambar : Unit Ultrafiltrasi Terpasang.

Gambar : Unit Reverse Osmosis (RO)Terpasang.

Sterilizer Ultraviolet.

Gambar : Produk Air Siap Minum Dalam BotolGalon.

Gambar : Air baku dan air olahan.

uji kinerja pengolahan air siap minum dengan proses ...

Documents

Transcript of uji kinerja pengolahan air siap minum dengan proses ...