ITS-Undergraduate-10103-Paper

1

PENGARUH ROUGHING FILTER DAN SLOW SAND FILTER

DALAM PENGOLAHAN AIR MINUM DENGAN AIR BAKU DARI

INTAKE KARANGPILANG TERHADAP PARAMETER

BIOLOGIS

INFLUENCE OF USING ROUGHING FILTER AND SLOW SAND

FILTER FOR DRINKING WATER TREATMENT USING RAW

WATER FROM INTAKE OF KARANGPILANG OBSERVED BY

BIOLOGYCAL ANALYSIS

Dita Endah Khumalasari* dan Wahyono Hadi*

Jurusan Teknik Lingkungan-FTSP-ITS

*email: [email protected]

** email: [email protected]

Abstrak

Pengolahan air yang digunakan Perusahaan Daerah Air Minum (PDAM) Karangpilang masih menerapkan sistem

konvensional, sehingga memerlukan unit pengolahan yang lebih banyak seperti prasedimentasi, flashmix, slow mix,

dan sedimentasi. Pada saat musim hujan, kekeruhan air baku akan meningkat, hal ini menyebabkan kebutuhan

koagulan semakin banyak sehingga pengolahan air menjadi semakin mahal. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui

alternatif pengolahan yang lebih efektif dan meminimalisasi penggunaan bahan kimia khususnya yang efisien untuk

menurunkan kandungan total coli dan faecal coli dengan rangkaian unit Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter

(SSF). Penelitian ini menggunakan rangkaian unit RF yang terdiri dari empat variasi media kerikil yaitu 25; 19; 16; 1

mm kemudian unit SSF dengan diameter rata-rata pasir kali sebesar 0,25 mm. Penelitian ini juga terbagi atas tiga

variasi filtration rate yaitu sebesar 0,125; 0,25; 0,5 m3/m2.jam. Dari penelitian diperoleh hasil terbaik penurunan

jumlah bakteri total coli dan faecal coli pada unit RF variasi filtration rate sebesar 0,25 m3/m2.jam dimana efisiensi

rata-rata sebesar 88,23% dan 85,59% serta pada unit SSF variasi filtration rate sebesar 0,125 m3/m2.jam dimana

efisiensi rata-rata sebesar 99,95% dan 99,96%

Kata kunci: Roughing Filter,Slow Sand Filter,Total Coli, Faecal Coli

Abstract

Water treatment in PDAM Karangpilang still applies conventional systems, thus requiring more processing units, such

as pre sedimentation, flashmix, slowmix, and sedimentation. During the rainy season, the turbidity of raw material

increases, causing more coagulant demand so that water treatment become expensive. This research aims to find more

effective water treatment system to minimize the use of chemicals, especially to reduce total coli and feacal coli.

Roughing Filter (RF) and Slow Sand Filter (SSF) are utilized in this research. This research used RF unit consisting of

four variations of gravel media 25; 19; 16; 10 mm and SSF units with an average diameter of sand is 0.25 mm. The

research also divided into three variations of filtration rate 0.125; 0.25; 0.5 m3/m2.hour. The research obtained the best

result of total coli and faecal coli reduction on RF unit variations filtration rate of 0.25 m3/m2.hour, where the average

of efficiency are 88.23% and 85.59%, respectively. While SSF units variation filtration rate of 0.125 m3/m2.hour, where

the average of efficiency are 99,95% and 99.96%, respectively.

Kata kunci: Roughing Filter,Slow Sand Filter,Total Coli, Faecal Coli

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

2

1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Peningkatan jumlah penduduk menjadikan daerah sepanjang aliran sungai sebagai prioritas

lokasi melakukan aktivitas seperti tempat tinggal, mencuci, mandi, bahkan sebagai tempat

pembuangan sampah. Disamping menerima buangan limbah domestik, sungai masih harus

menampung beban buangan limbah non domestik dari industri. Hal inilah yang menyebabkan

pengolahan air minum menjadi mahal. Beberapa mata air terkadang memang sudah memenuhi

syarat kualitas air minum, tetapi jarak yang jauh menghambat proses distribusi dan beban biaya

perpipaan yang mahal. Keterbatasan ini mengakibatkan perlunya suatu pengolahan air minum

dengan pengembangan dari berbagai alternatif yang dapat diterapkan, efektif, efisien, murah dan

layak untuk diterapkan dengan rangkaian unit Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter (SSF).

1.2.Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang yang telah disampaikan, dapat disusun beberapa permasalahan

sebagai berikut:

1. Berapa jumlah total coli dan faecal coli yang dapat diturunkan oleh tiap rangkaian unit

2. Berapa jumlah total coli dan faecal coli yang dapat diturunkan dari variasi filtration rate

yang diberikan

3. Bagaimana pengaruh filtration rate terhadap pola pencucian pada unit RF dan SSF

1.3.Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Menentukan dan membandingkan kemampuan efisiensi penurunan jumlah total coli dan

faecal coli terhadap rangkaian unit yang terdiri dari prasedimentasi, RF, RSF, dan SSF

2. Mengetahui pengaruh filtration rate terhadap jumlah total bakteri coli dan faecal coli

3

3. Menentukan periode pencucian terhadap unit RF, RSF, dan SSF

4. Menentukan pengaruh rangkaian unit RF dan SSF terhadap pengolahan air baku

1.4.Teori

Filter lambat biasanya berbentuk empat persegi panjang dengan kedalaman 2,5 – 4 dan

dibangun sebagian di bawah permukaan tanah. Untuk menghemat tempat, dindingnya dibangun

secara vertikal dan terbuat dari batu, batu bata, atau beton. Pada dasar filter terdapat sistem

underdrain, yang terdiri dari lantai dari beton yang berpori atau gabungan pipa yang berpori,

mengelilingi dan tertutup oleh tumpukan kerikil yang mendukung media pasir. Di atas sistem

underdrain adalah media pasir itu sendiri, dengan ketebalan 0,6 – 1,2 m, diatasnya terdapat air baku

dengan kedalaman 1 – 1,5 m. Air memasuki filter, kemudian mengalir ke bawah melewati media.

Air baku memiliki kedalaman 1 – 1,5 m di atas media selama 3 – 12 jam, tergantung dari kecepatan

filtrasinya (Huisman, 1974). Partikel yang tersuspensi mulai terendapkan selama filter beroperasi

Pada permukaan pasir, terdapat lumpur tipis yang menutupi pasir, dan terdapat banyak zat organik,

yang dikenal sebagai schmutzdecke, atau filter skin, yang akan dilewati air sebelum air melewati

media. Beberapa warna dihilangkan dan banyak dari partikel yang tersuspensi tersaring. Adsorpsi

hampir terjadi pada semua bagian permukaan media. Antar butiran terdapat celah yang totalnya

40% dari volume filter. Air melewati permukaan butiran kemudian tiba – tiba melambat karena

melewati pori dari butiran ini, sehingga hasilnya jutaan dalam waktu 1 menit proses sedimentasi

terbentuk di mana partikel terkecil mengendap di atas butiran pasir sebelum air mengalir semakin

ke bawah. Karena itu selama air melewati setiap media, bakteri dan virus terbawa dan kontak

dengan permukaan butiran tanah, yang mana bakteri dan virus tersebut akan menempel karena mass

attraction atau gaya listrik. Permukaan media menjadi terlapisi oleh lapisan yang lengket, hampir

sama komposisinya dengan schmutzdecke namun tanpa alga. Lapisan ini mencapai kedalaman 40

cm (kedalaman filter), berbeda kedalaman berbeda pula dominan kehidupan mikroorganismenya,

4

dengan aktivitas kehidupan terbesar terdapat pada permukaan, di mana tersedia banyak makanan.

Semakin bertambahnya kedalaman semakin berkurangnya makanan sehingga terjadi kompetisi

memperebutkan bahan makanan. Bakteri lain yang dominan, menggunakan oksigen terlarut dan

mengekstrak nutrien kedalam bentuk larutan melewati filter. Akibatnya air baku yang memasuki

filter memuat bermacam – macam suspended solid, koloid, mikroorganisme, larutan garam mineral

yang mengalir sedalam 40 – 60 cm, menjadi air yang hanya memiliki kandungan beberapa garam

inorganik. Tidak hanya menghilangkan organisme yang berbahaya saja tapi juga melarutkan nutrien

yang mungkin membuat bakteri tumbuh. Dalam filter lambat mungkin memiliki kandungan

dissolved oxygen (DO) yang rendah dan mengandung karbon dioksida terlarut tapi dengan adanya

aerasi akibat terjunan air melalui weir dapat meningkatkan DO. Pada penelitian sebelumnya

ditemukan bahwa jumlah total bakteri direduksi antara 100 sampai 1000 kali dan jumlah Eschericia

coli direduksi antara 100 sampai 1000 kali dimulai dengan kualitas rata – rata air baku itu untuk

mengetahui keberadaan Eschericia coli dalam 100 ml air yang dihasilkan, hal ini merupakan

kualitas standar untuk air minum.

Adapun keuntungan kinerja unit saringan pasir lambat adalah menjaga turbidity minimal 10

NTU, menghilangkan bakteri coliform lebih dari 95%, lama filter operasi sebelum sand skimming

minimal 50 hari, mengurangi Total Organic Compound (TOC) lebih dari 10%. Cryptosporidium

oocysts dan Giardia cysts dapat dihilangkan lebih dari 99% dengan penyaringan menggunakan unit

slow sand filter (Ainsworth et al,1997).

Roughing Filter merupakan salah satu model dari pengendap dengan multi false bottom

berupa kerikil yang dapat memisahkan partikel tersuspensi secara efektif (Wegelin, 1996).

Roughing filter biasanya menggunakan kerikil dengan diameter yang berbeda-beda, pada bagian

mukanya menggunakan kerikil dengan diameter besar, pada bagian berikutnya menggunakan

kerikil dengan diameter yang lebih kecil, demikian seterusnya. Sehingga pada tiap bagian tersebut

menyaring padatan dengan diameter yang berbeda – beda pula.

5

Roughing filter merupakan pengolahan pendahuluan untuk menurunkan kekeruhan air di

mana air melewati bak dengan media yang kasar seperti kerikil atau gerabah. Roughing filter ini

sudah dipakai lebih dari 25 negara di antaranya Argentina, Bolivia, Madagaskar, Ghana, India,

Australia, dan sebagainya. Roughing filter kebanyakan digunakan sebagai pengolahan pendahuluan

untuk meremoval partikel dalam jumlah besar dan lebih sulit untuk menafsirkan peningkatan

efisiensi dari pengolahan berikutnya seperti filter lambat (Levine, et all., 1985). Filter pasir lambat

mengandung media dengan diameter 0,15 – 0,35 mm sementara roughing filter menggunakan

media dengan ukuran lebih besar dari 2,0 mm. Ketika mengolah air dengan turbiditas yang tinggi,

keuntungan slow sand filter adalah memiliki efisiensi yang tinggi dalam meremoval turbiditas

dengan konsekuensi lebih sering terjadi clogging. Untuk meminimalisasi frekuensi pembersihan

roughing filter dan memperlama masa operasi roughing filter, turbidity rata-rata air baku sebaiknya

antara 20 – 150 NTU (Okun dan Schlutz, 1996). Roughing filter sangat efektif digunakan sebagai

pengolahan air untuk menghilangkan partikel koloid tanpa penambahan bahan kimia.

Pada prisipnya tujuan pengujian air minum ialah untuk mengetahui ada tidaknya

mikroorganisme patogen (Dwijoseputro, 1978). Tingkat pencemaran oleh mikroorganisme di dalam

air dapat ditentukan dengan menggunakan mikroorganisme indikator (Trihadiningrum, 1995). Yang

dimaksud dengan mikroorganisme indikator adalah jenis mikroba yang kehadirannya dapat menjadi

petunjuk terdapatnya pencemaran oleh tinja, erat kaitannya dengan kemungkinan terdapatnya

patogen. Dua kelompok mikroorganisme, yaitu kelompok coliform dan kelompok streptococci tinja,

telah banyak digunakan dalam menentukan tingkat pencemaran mikrobial dalam air permukaan dan

air minum. Digunakannya mkroorganisme indikator guna mendeteksi pencemaran air disebabkan

oleh kurang sesuainya penggunaan mikroorganisme patogen untuk tujuan pemantauan. Salah satu

sebabnya adalah bahwa mikroorganisme patogen terdiri dari beberapa jenis, sehingga penggujian

untuk masing-masing jenis untuk tujuan menjadi tidak praktis. Selain itu pengujian langsung

mikroba patogen seringkali berakhir dengan kegagalan.

6

2. METODOLOGI

Pada penelitian ini digunakan reaktor terdiri dari unit prasedimentasi, Roughing Filter (RF),

Rapid Sand Filter (RSF), dan Slow Sand Filter (SSF). Air baku berasal dari limpasan bak aerasi

Karangpilang I yang dialirkan secara kontinyu ke rangkaian reaktor. Pada penelitian ini, digunakan

rangkaian unit RF yang terdiri dari empat variasi media kerikil yaitu 25; 19; 16; 1 mm. Unit RSF

dual media yaitu silika dan antrasit secara terpisah. Unit SSF dengan diameter rata-rata pasir kali

sebesar 0,25 mm.

Penelitian ini juga terbagi atas tiga variasi filtration rate yaitu sebesar 0,125 m3/m

2.jam

(variasi laju I ); 0,25 m3/m

2.jam (variasi laju II ); 0,5 m

3/m

2.jam (variasi laju III ) dimana masing-

masing variasi laju dilaksanakan selama 7 hari. Pengambilan sampel pada tiap variasi laju dapat

dijelaskan pada Tabel 1 berikut ini.

Tabel 1 Variasi Penelitian

Variasi

filtration

rate

(m3/m

2.jam)

Prasedimentasi Roughing

Filter

Rapid

Sand

Filter

Slow

Sand

Filter

0,125

0,25

0,5

Dari sampel-sampel yang telah diambil dilakukan analisa jumlah total coli dan faecal coli

menggunakan metode Most Probability Number (MPN), dimana tabel Hopkins (Standard Methods,

1998) sebagai acuan dalam menentukan jumlah kandungan total bakteri coli dan faecal coli.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN

Secara umum, unit RF efisien dalam menurunkan jumlah kandungan total coli dan faecal coli

karena roughing filter (RF) dilengkapi dengan media. Hal ini menjadikan proses yang terjadi di

dalamnya tidak hanya berupa proses fisik berupa sedimentasi, namun juga proses biologis (Dita,

7

2010). Efisiensi SSF lebih besar dibandingkan dengan RSF dikarenakan diameter rata-rata media

pada filter lambat yang lebih kecil mengakibatkan berbagai mikroorganime terjadi kontak dengan

media dan terjadi mekanisme pelekatan pada permukaan media dan lebih efektif dalam melakukan

proses penyaringan. Meskipun hal serupa terjadi di dalam RSF, namun diameter rata-rata media

RSF yang lebih besar mengakibatkan pori-pori antar media juga menjadi lebih besar sehingga

mikroorganisme masih mudah lolos saat dilakukan proses penyaringan.

Pada tahap kedua untuk variasi laju 0,25 m3/m

2.jam, tidak lagi digunakan unit RSF sebagai

pembanding pada SSF, karena pada penelitian ini terfokus pada kinerja RF dan SSF. Selain itu

penyaringan cepat adalah salah satu pengolahan yang memberikan efektifitas lebih rendah dalam

menurunkan kandungan bakteriologis dan reaksi-reaksi kimia dimungkinan kecil terjadi karena

proses penyaringan berjalan sangat cepat (Huisman, 1974). Mechanical streaning akan kurang

efisien karena pori antar partikel lebih besar. Bagaimanapun juga RSF sering dilengkapi dengan

rangkaian pengolahan pendahuluan berupa koagulasi, flokulasi, dan sedimentasi. Efisiensi RF

meningkat sebanding dengan peningkatan besarnya laju filtrasi (Dita, 2010). Hal ini dimungkinkan

karena semakin meningkatnya laju filtrasi maka periode pencucian terhadap unit RF semakin

sering. Pada penelitian ini pencucian terhadap variasi laju 0,25 m3/m

2.jam dilakukan setiap 3 hari

sekali. Setelah dilakukan pencucian maka efisiensi kinerja RF meningkat karena sebanding dengan

semakin banyaknya partikel tersuspensi yang tersaring maka proses absorpsi sekunder juga semakin

tinggi.

Pada tahap ketiga untuk variasi laju 0,5 m3/m

2.jam, tidak lagi digunakan unit prasedimentasi

sebagai pembanding pada RF, karena pada penelitian ini terfokus pada kinerja RF dan SSF.

Efisiensi SSF menurun sebanding dengan peningkatan besarnya laju filtrasi. Hal ini dimungkinkan

karena semakin meningkatnya laju filtrasi maka periode scrapping terhadap unit SSF semakin

sering dilakukan. Sehingga proses pembentukan lapisan schmutzdecke berlangsung kurang baik.

Hal ini diduga menyebabkan kondisi yang kurang ideal untuk mikroorganisme tumbuh dan melekat

8

secara sempurna terhadap media pasir untuk selanjutya terdegradasi. Sesuai dengan teori bahwa

debit yang terlalu besar akan menyebabkan tidak berfungsinya filter secara efisien (Hamdani,

2005). Hal ini berkaitan erat dengan tidak terjadinya proses filtrasi sempurna, akibat adanya aliran

air yang terlalu tinggi melewati lubang pori yang dapat menyebabkan ikut terbawanya partikel-

partikel halus yang akan disaring. Peristiwa lainnya yang mungkin terjadi akibat kecepatan aliran

air yang terlalu tinggi adalah terjadinya gerakan-gerakan butiran media yang akan menyebabkan

tertutupnya lubang pori. Peristiwa akhir ini akan mempercepat terjadinya clogging, sehingga proses

filtrasi terhenti. Hasil analisa untuk efisiensi penurunan jumlah faecal coli dan total coli untuk

variasi laju 0,125 m3/m

2.jam dapat dijelaskan secara lengkap pada Gambar berikut ini.

INLET

PRASEDIMENTASI

ROUGHING FILTER

SLOW SAND FILTER

RAPID SAND FILTER

%R = 68,10

%R = 99,96

%R = 83,06

%R = 64,51

Gambar 1 Efisiensi Penurunan Faecal Coli untuk Variasi Laju 0,125 m3/m

2.jam pada Rangkaian

Unit Penelitian

INLET

PRASEDIMENTASI

ROUGHING FILTER

SLOW SAND FILTER

RAPID SAND FILTER

%R = 19,94

%R = 99,95

%R = 99,14

%R = 81,73

Gambar 2 Efisiensi Penurunan Total Coli untuk Variasi Laju 0,125 m3/m

2.jam pada Rangkaian Unit

Penelitian

9

INLET

PRASEDIMENTASI

ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER

%R = 67,34

%R = 99,46%R = 85,59



Penelitian

INLET

PRASEDIMENTASI

ROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER

%R = 41,17

%R = 99,60%R = 88,23



Penelitian

INLETROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER

%R = 99,49%R = 87,57



Penelitian

INLETROUGHING FILTER SLOW SAND FILTER

%R = 99,55%R = 62,19



Penelitian

Berdasarkan data hasil penelitian dapat dilihat bahwa, variasi 2 memiliki rata – rata efisiensi

yang paling efisien untuk total coli dan faecal coli,. Maka untuk aplikasi di lapangan dapat memilih

variasi laju filtrasi 0,25 m3/m

2.jam, dengan mempertimbangkan dari segi ekonomi, operasional dan

10

pemeliharaan untuk perencanaan suatu instalasi pengolahan air minum. Grafik rata-rata efisiensi

penurunan parameter pada tiap variasi disajikan pada Gambar 7 berikut ini.

Gambar 7 Rata-Rata Efisensi Penurunan Parameter pada Tiap Variasi

Apabila penelitian ini diterapkan di instalasi pengolahan air minum (IPAM) Karangpilang

yang memiliki luas lahan ± 4 Ha, maka perhitungan kebutuhan luas lahan untuk slow sand filter

pada tiap variasi laju disajikan pada Tabel 2 berikut ini.

Tabel 2 Perhitungan Kebutuhan Luas Lahan Slow Sand Filter tiap Variasi

Laju

Filtrasi

(m3/m

2.jam)

Q penelitian

(m3/jam)

Luas

Permukaan

SSF (ASSF)

Q

Karangpilang

Luas

Lahan

yang

dibutuhkan

(A)

0,125 0,045

0,36 m2

2000 L/s =

7200 m3/jam

5,76 Ha

0,25 0,09 2,8 Ha

0,5 0,18 1,4 Ha

Sumber : Hasil Perhitungan

0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%

100%

RF SSF RF SSF RF SSF

Variasi 1 Variasi 2 Variasi 3

Efis

ien

si (

%)

Parameter

Rata - Rata Efisiensi Penurunan Parameter pada Tiap Variabel

Total Coli

Faecal Coli

11

4. KESIMPULAN

Dari hasil analisa dan pembahasan penelitian ini, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1. Penurunan jumlah bakteri total coli dan faecal coli efisien dilakukan dengan rangkaian unit

Roughing Filter (RF) dan Slow Sand Filter (SSF)

2. Penurunan jumlah faecal coli dan total coli paling efektif pada unit RF terdapat pada variasi

filtration rate 0,25 m3/m

2.jam sedangkan pada unit SSF terdapat pada variasi filtration rate

0,125 m3/m

2.jam

3. Telah dibuktikan bahwa semakin kecil laju filtrasi, maka periode pencucian tiap unit semakin

lama

4. Rangkaian unit RF dan SSF dapat menekan penggunaan bahan kimia untuk penurunan

parameter biologis

DAFTAR PUSTAKA

Ainsworth et al, 1997. Water Treatment Processes and Practices. T Hall (Editor). Wiltshire : WRC

Swinden

AWWA,1998. Standar Methods for The Examination of Water and Wastewater 20th edition.

Washington DC

Dwidjoseputro, P. 1978. Dasar-Dasar Mikrobiologi. Djambatan : Jakarta

Galvis C. G. 1999. Development and Evaluation of Multistage Filtration Plants: an Innovative,

Robust and Efficient Water Treatment Technology. Centre for Environmental Health

Engineering (CEHE) : Guildford, UK

Hamdani, R.M. 2005. Tugas Akhir : Studi Penurunan Nilai Permanganat (PV), Kekeruhan dan

Coliform terhadap Air PDAM dengan Menggunakan Reaktor Komunal Upflow Slow Sand

Filter Media Tunggal. TL-FTSP-ITS

Huisman, L and Wood, W.E. 1974. Slow Sand Filtration. WHO : Geneva

12

Levine et al. 1985 in Lasleben, Tamar Rachelle. 2008. Pilot Study of Horizontal Roughing Filter in

Northern Ghana as Preteatment or Highly Turbid Dogout Water. Rice University :

Massuchessets

SNI 19-3957-1995. Metode Pengujian Jumlah Bakteri Koli Tinja dalam Air dengan Tabung

Fermentasi

SNI 06-4158-1996. Metode Pengujian Jumlah Total Bakteri Golongan Koli dalam Air dengan

Tabung Fermentasi

Schulz, C.R. and Okun, D.A. 1984. Surface Water Treatment for Communities in Developing

Countries. (Wiley - interscience). New York, NY, USA: Wiley; ITDG Publishing : London,

UK

Trihadiningrum, Yulinah. 1995. Mikrobiologi Lingkungan. TL-FTSP-ITS. Surabaya

Wegelin. M. 1996. Surface Water Treatment by Roughing Filter. Swiss Centre for Development

Cooperation in Technology and Management (SKAT), CH-9000 St. Gallen, Switzerland

Documents

ITS-Undergraduate-10103-Paper