aplikasi filter dengan media tembikar dan marmer untuk

APLIKASI FILTER DENGAN MEDIA TEMBIKAR DAN
MARMER UNTUK PENGOLAHAN AIR TANAH DEKAT SUNGAI
THE APLICATION OF MARBLE CERAMICS FILTER FOR
NEAR THE RIVER GROUNDWATER TREATMENT
Abednego Dwi Tri Saputro dan Nieke Karnaningroem
Jurusan Teknik Lingkungan FTSP-ITS Surabaya
Abstrak
Air sungai rentan terhadap pencemaran yang dapat secara langsung berakibat pada penurunan kualitas air
tanah dekat sungai tersebut. Ini disebabkan karena intrusi air sungai yang masuk ke dalam tanah sekitar sehingga
kualitas air tanah tersebut terpengaruh. Berbagai macam zat pencemar dari limbah domestik maupun industri masuk ke
dalam air tanah tersebut, contohnya adalah Fe dan Mn, oleh karena itu pada penelitian ini dilakukan untuk menyisihkan
kandungan Fe dan Mn pada air tanah dekat sungai dengan menggunakan filter media batu marmer dan tembikar.
Variabel yang digunakan adalah diameter media marmer sebesar 1,5 cm, 1 cm, dan 0,5 cm, kemudian tinggi
media marmer 40 cm, 50 cm, dan 60 cm dan media tembikar menggunakan diameter 5-10 cm.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penyisihan Fe dan Mn menggunakan variabel di atas belum
efektif. Efisiensi penyisihan terbaik terdapat pada variasi filter dengan diameter 0,5 cm dan tinggi 60 cm dengan
efisiensi 39,64 % untuk Fe,dan 45,22 untuk Mn.
Kata kunci : Filter marmer, Filtrasi, Air Tanah, Besi, Mangan.
Abstract
The river water is vulnerable to contamination that may directly affect in a decrease of the quality of near the river
ground water. This may caused due to intrusion of river water into the soil around so that groundwater quality is
affected. Various kinds of pollutants from domestic and industrial waste contaminate the groundwater, for example Fe
and Mn, therefore this research is done to reduce the rate of Fe and Mn in groundwater near the river by using the
marble-ceramics filter.
The variables that used in this study are the diameter of marble 1.5 cm, 1 cm, and 0.5 cm, then the height of
marble 40 cm high, 50 cm, 60 cm and ceramic using 5-10 cm diameter.
1
Based on research, the removal of Fe and Mn using the variables above has not been so effective. The best
removal efficiency variation present in the filter with a diameter of 0.5 cm and 60 cm high with 39.64% efficiency for
Fe, and 45.22 for Mn.
Keywords : Marble filter, Filtration, Ground Water, Iron, Mangan
1. PENDAHULUAN
Dalam pemenuhan kebutuhan air untuk aktifitas sehari-hari, masyarakat bisa memanfaatkan
air tanah sebagai air bersih dikarenakan air tanah pada umumnya sudah cukup baik untuk air bersih
dari segi fisik, kimia maupun bakteriologisnya. Tetapi tidak sedikit pula dijumpai air tanah yang
telah tercemar atau tidak memenuhi parameter yang ditentukan terutama air tanah dekat sungai
karena air sungai dapat masuk kedalam air tanah saat level air tanah lebih rendah daripada level air
sungai yang biasa disebut intrusi air sungai ke dalam air tanah. Hal ini disebabkan adanya
pencemaran air permukaan yang dilakukan baik oleh masyarakat sekitar tepi sungai maupun
industri yang membuang limbah sisa hasil produksi secara langsung ke sungai. Beberapa contoh
parameter yang masih belum bisa terpenuhi dalam air tanah dekat sungai adalah kandungan besi
serta mangan. Kandungan besi dan mangan pada air tanah sering dijumpai terlalu tinggi dari baku
mutu yang ditetapkan dalam Peraturan Menteri Kesehatan No : 492/Menkes/Per/IV/2010 Tanggal
19 April 2010, bahwa parameter yang diijinkan dari kandungan besi dan mangan adalah 0,3 mg/l
dan 0,1 mg/l. Sedangkan dalam penelitian ini dijumpai air tanah pada daerah dekat kali Surabaya
mengandung Fe sebesar 1,09 mg/l dan kandungan Mn sebesar 2,82 mg/l ini sudah melebihi nilai
baku mutu yang ditetapkan dan dapat mengganggu kesehatan manusia apabila langsung dikonsumsi
sebagai air minum tanpa adanya pengolahan. Kandungan besi dalam jumlah besar pada air dapat
merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Kadar Fe
yang lebih dari 1 mg/l akan menyebabkan terjadinya iritasi pada mata dan kulit dan kandungan Mn
yang berlebih akan menyebabkan air berwarna coklat kehitaman.(Taufan, 2010)
2
Untuk itu perlu adanya pengolahan air tanah untuk memperbaiki kualitasnya, terdapat
beberapa alternatif pengolahan. Filter dengan media butiran batu marmer (CaCO3,CaO) adalah
teknologi pengolahan air yang bisa mengatasi permasalahan tersebut karena filter dengan media
butiran batu marmer (CaCO3,CaO) memiliki fungsi sebagai penghilangan besi dan mangan namun
kurang efektif (Godimchuk, 2003), maka dalam penelitian ini untuk menambah efisiensi kinerjanya
perlu ditambahkan media tembikar untuk menyaring endapan yang terbentuk. Filter ini mudah
didapat dan masyarakat tepi sungai dapat mengaplikasikannya. Dalam penelitian ini akan digunakan
ketinggian 40cm, 50cm, dan 60cm untuk media batu marmer, dan dengan penambahan media
tembikar diharapkan mampu menambah efisiensi kinerja filter dalam mereduksi bahan pencemar
lainnya.
Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui variasi unit filter yang paling besar efisiensinya
serta effluent dari masing-masing unit filter apakah akan memenuhi baku mutu yang ditetapkan
yaitu Peraturan Menteri Kesehatan RI No : 492/Menkes/Per/IV/2010 Tanggal 19 April 2010.
2. PROSEDUR DAN PERSIAPAN PENELITIAN
Persiapan awal yang dilakukan pada penelitian ini yaitu membuat unit filter dengan ukuran
panjang, lebar, dan tingginya adalah 20 cm x 20 cm x 100 cm, unit filter terbuat dari kaca (Gambar
4.1). Kemudian untuk media filter yang dilakukan adalah mempersiapkan media batu marmer yang
sudah dalam bentuk butiran kemudian dilakukan pengayakan sesuai diameter yang dibutuhkan
dalam penelitian ini. Untuk media tembikar sudah dalam bentuk pecahan berukuran 5 cm sampai 10
cm. Kedua media tersebut disusun dalam unit filter dengan media tembikar di bawah dan media
batu marmer di atasnya. Kemudian untuk air sampel yang digunakan adalah air sumur yang dekat
dengan aliran sungai Kali Surabaya. Sampel yang digunakan untuk penelitian ini biasanya
dimanfaatkan oleh warga untuk kegiatan mencuci, mandi, dan kegiatan komersial. Kegiatan
pengambilan sampel dilakukan 5 kali dalam sehari yaitu pada jam 07.00 WIB, 10.00 WIB, 13.00
3
WIB, 16.00 WIB, dan 19.00 WIB, ini dilakukan untuk mengetahui dan memantau kualitas air
sumur dalam sehari pada waktu efektif pemakaian air.
3. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Penelitian yang telah dilakukan kemudian menghasilkan data yang selanjutnya dianalisa
dengan menggunakan tabel maupun grafik untuk mempermudah dalam proses analisa data.
Kemudian dapat memberikan gambaran secara umum mengenai pola efisiensi dari desain unit filter
yang telah ditetapkan dan hubungannya variasi yang telah digunakan. Kemudian dilakukan
pembahasan mengenai data yang telah diperoleh.
Penelitian ini juga mengacu pada literatur-litaratur yang berhubungan dan data-data yang
dihasilkan diharapkan dapat membuktikan teori yang ada pada literatur-literatur tersebut sehingga
penelitian ini dapat berjalan dengan baik.
Sedangkan dari penelitian pendahuluan diketahui bahwa kandungan Fe dan Mn dalam
sampel berturut-turut adalah 1,09 mg/l dan 2,82 mg/l. Kadar tersebut telah melebihi batas dalam
baku
mutu
yang
telah
ditetapkan
yaitu
Peraturan
Menteri
Kesehatan
RI
No
:
492/Menkes/Per/IV/2010 Tanggal 19 April 2010 yang menyebutkan bahwa kandungan Fe dan Mn
idak boleh melebihi 0,3 mg/l untuk Fe dan 0,4 mg/l untuk Mn.
Penggunaan batu marmer(CaCO3.CaO) sebagai media filter ini didasakan pada penelitian
yang ada bahwa batu marmer dapat menurunkan kadar Fe dan Mn dalam air melalui proses
pertukaran ion yang terjadi pada permukaan media marmer sehingga Fe dan Mn terlarut yang
bereaksi dengan permukaan batu marmer akan berubah menjadi bentuk endapan. Melalui variasi
media marmer dalam diameter 1,5 cm, 1 cm, 0,5 cm dan tinggi 40 cm, 50 cm, dan 60 cm dalam
penelitian ini, diharapkan dapat diperoleh tingkat efisiensi penyisihan yang baik sehingga nantinya
dapat diaplikasikan langsung pada masyarakat dalam bentuk unit filter skala rumah tangga.
4
3.1 HASIL ANALISA
Berikut adalah data yang dihasilkan dari seluruh rangkaian penelitian. Dalam data tersebut
terlihat pengaruh dari variasi desain unit filter terhadap efisiensi penyisihan kadar Fe dan Mn.
Penelitian tersebut dilakukan sebanyak mungkin untuk dapat melihat grafik penurunan efisiensi
pengolahan unit filter yang nantinya dapat dijadikan sebagai acuan apabila diterapkan untuk skala
rumah tangga.
Gambar 3.1 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Fe pada Diameter 1,5 cm
Gambar 3.2 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Mn pada Diameter 1,5 cm
5
Gambar 3.3 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Fe pada Diameter 1 cm
Gambar 3.4 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Mn pada Diameter 1 cm
Gambar 3.5 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Fe pada Diameter 0,5 cm
6
Gambar 3.6 Perbandingan Efisiensi Penyisihan Mn pada Diameter 0,5 cm
Pada Gambar 3.1 sampai 3.6 terlihat adanya perbedaan kecenderungan atau tren pada
masing – masing variasi ketinggian, terlihat pula bahwa pada variasi ketinggian media 40 cm
efisiensi penyisihan Fe dan Mn lebih rendah daripada variasi ketinggian media 50 cm dan 60 cm.
Ini terjadi karena ketinggian media berpengaruh pada lamanya waktu kontak air dengan media
sehingga semakin tinggi media filter maka semakin lama waktu kontak dengan air sehingga
efisiensinya akan semakin baik.
Efisiensi paling baik dicapai pada variasi media marmer dengan diameter 0,5 cm dan
ketinggian 60 cm yaitu untuk penyisihan Fe sebesar 69,30 % dengan efluen mengandung kadar Fe
sebanyak 0,07 mg/l untuk penyisihan Mn efisiensinya sebesar 72,84 % dengan efluen mengandung
kadar Mn sebanyak 0,27 mg/l, ini dicapai ketika kandungan Fe dan Mn dalam air sampel
mengalami penurunan kadar Fe dan Mn yang signifikan, ini terjadi karena pada air tanah
mengalami fluktuasi kandungan mineral yang tidak dapat diduga, sehingga beban unit filter lebih
ringan dan efisiensi semakin besar. Namun pada kondisi sampel air rata-rata, efisiensi penyisihan
untuk Fe dan Mn berturut-turut adalah 39,64% dan 45,22% dan kandungan Fe dan Mn mencapai
0,38 mg/l dan 1,31, maka dalam air efluen masih belum memenuhi baku mutu yang ditetapkan yaitu
0,3 mg/l untuk Fe dan 0,4 mg/l untuk Mn.
7
Efisiensi paling buruk terdapat pada unit filter dengan variasi media marmer diameter 1,5
cm dan ketinggian 40 cm dengan efisiensi penyisihan untuk Fe adalah sebesar 24,31% dan untuk
Mn sebesar 26,62% dan kandungan efluen untuk Fe dan Mn adalah sebesar 0,49 mg/l dan 0,83 mg/l
dan ini juga belum mampu memenuhi baku mutu yang ditetapkan dalam Peraturan Menteri
Kesehatan RI No : 492/Menkes/Per/IV/2010 Tanggal 19 April 2010.
Pada pernyataan di atas dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi dan semakin kecil media
marmer maka efisiensi penyisihannya akan semakin besar, ini dikarenakan semakin tinggi media
marmer maka akan semakin besar waktu kontak antara air dengan media filter dan semakin kecil
media marmer maka akan semakin besar luas permukaan media marmer.
Pada penelitian ini dilakukan analisa pada air sampel sebanyak mungkin untuk melihat tren
atau kecenderungan penurunan efisiensi pada unit filter serta untuk melihat titik breakthrough pada
unit filter, dimana unit filter sudah mengalami kemampuan maksimalnya dalam kinerjanya.
Dari analisa data di atas dapat disimpulkan bahwa penyisihan kandungan Fe dengan
menggunakan unit filter media marmer ini lebih efektif pada media ketinggian 60 cm namun masih
belum maksimal. Proses penyisihan Fe dan Mn menggunakan prinsip pertukaran ion yaitu suatu
proses dimana ion-ion yang terjerap pada suatu permukaan media filter ditukar dengan ion-ion lain
yang berada dalam air. Apabila suatu molekul bermuatan menyentuh suatu permukaan yang
memiliki muatan berlawanan maka molekul tersebut akan terikat secara kimiawi pada permukaan
tersebut. Pada kondisi tertentu molekul-molekul ini dapat ditukar posisinya dengan molekul lain
yang berada dalam air yang memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk diikat. Dengan demikian
maka proses pertukaran dapat terjadi.Seperti halnya yang terjadi yang terjadi penelitian ini. Pada
permukaan batu marmer terjadi presipitasi dari ion Fe dan Mn terlarut menjadi endapan Fe(OH)2
dan Mn(OH)2 yang menempel pada media batu marmer (CaCO3,CaO), dengan reaksi sebagai
berikut :
8
CaO + H2O
Ca(OH)2
Ca(OH)2 + FeSO4
,
Fe(OH)2 + CaSO4,
(Godimchuk, 2003)
Ini sesuai dengan dengan prinsip reaksi kimia pertukaran ion yaitu :
nR-A+ + Bn+
R-nBn+ + nA+
Dari reaksi di atas dapat dijelaskan bahwa kapur (CaO) yang menempel pada batu marmer
akan bereaksi dengan air (H2O) dan membentuk endapan Ca(OH)2, kemudian endapan Ca(OH)2
akan terjadi pertukaran ion dengan FeSO4 yang terdapat dalam air baku. Sulfat (SO4) masih terdapat
dalam air baku, dapat dilihat pada lampiran, sehingga memungkinkan terjadi pertukaran ion
tersebut. Produk dari pertukaran ion tersebut adalah endapan Fe(OH)2 yang menempel pada
permukaan media batu marmer dan CaSO4 terlarut dalam air dan terbawa sampai effluen. Peristiwa
pertukaran ion tersebut dapat terjadi karena SO42- akan bereaksi kuat dengan Ca2+ daripada dengan
Fe2+.
Efisiensi penyisihan yang terlalu kecil disebabkan oleh adanya unsur-unsur pengganggu
yang terdapat dalam sampel air, kandungan unsur secara lengkap terdapat dalam lampiran. Dari
lampiran terlihat bahwa kandungan amoniak turun banyak, ini menunjukkan bahwa amoniak lebih
kuat untuk bereaksi dengan SO42- daripada dengan Fe dan Mn.
9
Gambar 3.7 Foto Permukaan Media Marmer dengan Menggunakan Mikroskop Elektron
Pada Penelitian ini dilakukan analisa menggunakan mikroskop elektron yang dikenal dengan
SEM (Scanning Electron Microscope), analisa ini untuk mendukung teori bahwa terdapat endapan
(Fe(OH)2)yang menempel pada permukaan media marmer dengan melihat permukaan media
dengan perbesaran sampai 5000 kali.
Dari gambar 3.7 di atas terlihat adanya endapan berbentuk bulat yang menunjukkan bahwa
hasil dari reaksi pertukaran ion membentuk endapan yang menempel pada permukaan media. Pada
analisa ini endapan terlihat kurang jelas karena perbesaran pada mikroskop kurang maksimal karena
ada kendala pada setting alat pada waktu analisa dilakukan.
4. KESIMPULAN
Dari data pada analisa dan pembahasan dapat diambil kesimpulan yaitu :
1. Kadar Fe dan Mn dalam sampel air setelah dilewatkan dalam unit filter adalah untuk Fe
berkisar antara 0,38 mg/l sampai 0,54 mg/l dengan efisiensi antara 19,05 % - 39,64 % dan
untuk Mn berkisar antara 1,31 mg/l – 2,54 mg/l dengan efisiensi antara 22,05 % - 45,22 %
dan belum mampu mencapai nilai baku mutu yang telah ditetapkan dalam Peraturan Menteri
Kesehatan RI No : 492/Menkes/Per/IV/2010 Tanggal 19 April 2010 yaitu untuk Fe adalah
0,3 mg/l dan Mn adalah 0,4 mg/l.
10
2. Didapatkan variasi media marmer paling efektif untuk menyisihkan kadar Fe dan Mn yaitu
media marmer dengan diameter 0,5 cm dan tinggi 60 cm, yang memiliki efisiensi penyisihan
maksimum sebesar 39,64 % untuk Fe dan 45,22 % untuk Mn.
DAFTAR PUSTAKA
Al- Layla, M. A., S. Ahmad, S. J. Middle brooks. 1977. “Water Supply Engineering Design”. 2nd
edition. Ann Arbor Science. Michigan: USA.
Firmansyah, A., 1993, Laporan Kerja Praktek di PD. Pabrik Batu dan Semen tahan api loka
Surabaya, Jurusan Teknik Kimia Fakultas Teknologi Industri ITS.
Godimchuk A. Yu., Reshetova A.A.2003. Study of Precipitation Processes of Heavy Metals on
Natural Minerals. SSE “High Voltage Research Institute at Tomsk Polytechnic
University”. Tomsk. Russia
Hartomo, A.C. 1994. Mengenal Keramik Modern. Andi offset, Jogjakarta.
Kusuma, W.P. 2009. Pekerjaan Konstruksi Unit Intake, Aerator, dan PrasedimentasiIPAM
Karang Pilang III Surabaya. Jurusan Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Sipil dan
Perancanaan ITS.
Huisman, L., dan W. E. Wood. 1974. “Rapid Filtration Part 1”. Dept of Civil Engineering. Dept
University of Technology Deflt.
Mangkoediharjo, S. 1985. Penyediaan Air Bersih, Teknik Penyehatan-FTSP kampus ITS Keputih
Sukolilo Surabaya
Rahmantyo, S., 2007. Identifikasi dan Analisa Resiko Sebagai Jaminan Kualitas Air Bersih
Pada Sistem Distribusi Air Bersih Instalasi PDAM Ngagel III Surabaya dengan
Metode Fault Tree Analysis. Laporan Tugas Akhir (S1). Jurusan Teknik Lingkungan,
FTSP - ITS Surabaya
11
Reynold, T. D., 1982. “Unit Operations and Processes in Environmental Engineering”. 2nd
edition, PWS, USA.
Sawyer, C.N and P.L., Mc Carty, 1978. “Chemistry for Environmental Engineering”. 3rd ed. Mc
Graw Hill Kogakusha Ltd. : 405 - 486 pp.
Soemirati, Slamet. “Kesehatan Lingkungan”, Jurusan Teknik Lingkungan-ITB-Bandung,1994
12