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