Prosedur Desain Pengolahan Air Minum

Prosedur Desain Pengolahan Air Minum

Oleh Gede H. Cahyana

Air minum sudah dikenal sejak manusia ada di Bumi. Tentu saja, tak hanya untuk minum, tapi juga untuk kebutuhan lain seperti mandi, cuci, kakus. Khusus untuk minum, dikembangkan teknologi yang bervariasi cara dan kinerjanya. Desainnya berkembang dari yang sederhana, yaitu hanya memanfaatkan pasir di tepi sungai, sampai dengan teknologi membran. Yang disebut terakhir ini belum diterapkan oleh PDAM, kecuali di zone khusus seperti Zone Air Minum Prima (ZAMP). Tetapi faktanya, tidak semua ZAMP itu menerapkan teknologi membran. Ia hanya diterapkan oleh perusahaan air minum kemasan (amik) dan sekarang diterapkan juga oleh sebagian depot air minum kemasan ulang atau populer disebut air minum isi ulang.

Dalam tulisan ini, yang dibahas adalah teknologi pengolahan air minum untuk komunitas besar, misalnya permukiman, kawasan industri, dan kota. Dengan demikian, yang dibahas ialah teknologi konvensional yang lumrah diterapkan di PDAM, kawasan industri, dan pabrik. Agar tercapai tujuan pengolahannya, maka tahap awal dalam sistem pengolahan air minum tak lain daripada mendesain secara efektif dan efisien setiap unit operasi dan prosesnya. Begitu pula, desain yang dibuat harus fleksibel, mampu menangani keadaan air baku pada musim kemarau dan musim hujan. Desain juga wajib mampu menangani kondisi perubahan kualitas air jangka panjang, misalnya 20 tahun dan mampu mencapai tahap baku mutu yang dibuat pemerintah pada masa akan datang terutama berkaitan dengan perubahan baku mutu yang menjadi lebih ketat.

Minimal ada lima tahap dalam merencanakan (planning) dan mendesain (designing) IPAM (Instalasi Pengolahan Air Minum).

1. Karakterisasi sumber air dan kualitas air olahan.
2. Pradesain, yaitu membuat alternatif proses dan memilih proses yang final.
3. Detail desain pilihan tahap 3 di atas.
4. Konstruksi, pembangunan.
5. Operasi-rawat instalasi.

Untuk mencapai tujuan utama IPAM, yaitu menghasilkan air yang sesuai dengan standar kualitas air minum (drinking water quality standard) dengan harga murah dan mudah, maka perlu dipelajar unit operasi dan unit proses yang mendukungnya. Unit operasi ialah unit yang didominasi oleh fenomena atau gejala fisika (physical forces); unit proses lebih didominasi oleh fenomena kimia dan biologi (chemical, biological reaction). Istilah UO dan UP tersebut dapat dipertukarkan atau interchangeably dan merupakan kombinasi yang tak terpisahkan dalam suatu unit pengolahan. Sebagai contoh, pengurangan kekeruhan (turbidity) dengan koagulasi. Agar tercapai kualitas yang diinginkan, yaitu airnya jernih, maka selalu ditambahkan zat kimia (koagulan), lalu diaduk dan disebar (dispersi), dikuatkan floknya denga flokulasi dan terakhir diendapkan (sedimentasi).

Dalam desain, pada tahap tertentu akan dibuat sebuah deretan unit operasi dan proses atau urutan unit pengolah. Ini disebut process train, flow sheet, process or flow diagram, flow schematic, atau flow scheme. Ini pun bisa dilihat dalam gambar profil hidrolis yang biasanya dibuat setelah tahap rancangan setiap UO dan UP selesai. Di bawah ini diberi skema posisi air baku (raw water), IPAM, dan air olahan (air minum yang sesuai denga standar kualitas air minum menurut peraturan pemerintah. Perlu diingat juga, dalam setiap IPAM akan selalu dihasilkan air limbah dan sludge (lumpur). Keduanya harus diolah lagi atau disiapkan unit pengolahnya (penampungnya) dan jangan dibuang ke badan air (sungai, danau, waduk). Tetapi masih bisa dibuang di tanah yang cekung dengan tujuan mengurugnya (urugan).

Ada sejumlah komponen penting, meskipun tidak harus selalu tersedia, dalam sistem pengolahan air minum. Komponen ini menjadi bagian penting dalam setiap deretan proses pengolahan air. Yang pertama adalah intake (raw water intake). Ini merupakan bangunan untuk mengambil air dari sungai, danau, waduk, dll. Bentuknya ada yang sederhana seperti submerged intake pipe. Ada juga yang floating dan yang berbentuk tower-like structure yang bisa berisi intake gates, screens, control valves, pompa, dan chemical feeders. Submerged dan floating intake digunakan untuk debit kecil sedangkan tower-like intakes diterapkan untuk debit besar dan bisa menjadi bagian integral dari sebuah dam atau merupakan bangunan yang dibuat khusus.

Komponen kedua ialah pompa. Unit ini biasanya dipasang di bangunan sadap atau intake. Gunanya untuk menaikkan air dari sungai atau danau ke ketinggian tertentu lalu dialirkan secara gravitasi. Head pompanya sama dengan jumlah head statis, friction losses dan minor losses. Pompa yang digunakan adalah sentrifugal, baik yang suspended, submerged, atau yang dry-well centrifugal pumps.

Yang ketiga, raw water conveyance atau transmisi, transportasi. Gunanya untuk mengalirkan air dari sumber ke IPAM. Biasanya IPAM berada di dalam atau di dekat kota sehingga perlu pipa atau saluran yang panjang. Kota Bandung misalnya, memperoleh air baku dari air Sungai Citarum sejauh 38 km dari IPAM-nya di Jln. Badak Singa. Salurannya berupa pipa. Contoh yang lain adalah PAM Jakarta yang memperoleh air baku dari kanal Tarum Barat di sepanjang Kali Malang, Bekasi. Hal yang penting dalam menentukan saluran dan jalurnya adalah topografi, available head, material konstruksi, ekonomi, dan kualitas airnya. Bentuk-bentuk salurannya: kanal, flume, grade aquiduct, grade tunnel, pipa atau kombinasinya.

Yang keempat, flow measurement. Pengukuran debit air baku dan air olahan sangat penting untuk operasi instalasi, kendali proses, billing (tarif air), dan record keeping. Alat ini bisa dipasang di dalam pipa air baku, pipa insuk distribusi setelah pompa servis, atau di sejumlah lokasi di dalam instalasi. Jumlahnya pun bisa lebih dari satu, sesuai dengan keperluan instalasi. Secara umum, debit dapat diukur di dalam pipa bertekanan dan di dalam saluran terbuka. Debit yang melewati pipa bertekanan diukur dengan mechanical or differential head meters seperti venturi meter, flow nozzles, atau orifice meter. Adapun yang lewat saluran terbuka menggunakan weir atau venturi-type flume seperti Parshal flume.

Sistem IPAM

Pada masa sekarang ini, terutama di kota-kota besar dan kota yang sarat dengan kawasan industri, kualitas air baku sudah sangat tercemar. Pencemar organik dan anorganik ini menjadi masalah utama dalam pengolahan air minum. Setelah pengolahan pun, yaitu sebagai efek sampingnya, selalu muncul sludge (lumpur) yang mesti dibuang dengan aman. Bisa juga di-recovery lagi untuk memperoleh, misalnya, alum, besi, kalsium, magnesium, dll.

IPAM, terutama pengolahan lengkap (complete treatment) selalu disusun atas beberapa UO dan UP. Karena demikian banyaknya unit-unit pengolah itu, maka seleksi yang tepat merupakan kunci sukses pengolahannya. Selain itu, seleksi yang tepat akan menghemat biaya investasi, juga ongkos operasi dan rawatnya. Atau, kalaupun mahal, tetapi sepadan dengan kualitas air olahannya yang juga sangat bergantung pada kualitas air bakunya. Begitu pun sebaliknya, salah dalam proses seleksi dapat mengubah proses pengolahan secara besar-besaran dan memboroskan uang.

Apa saja yang berpengaruh dalam proses seleksi UO dan UP dalam desain IPAM? Memang, memilih unit pengolah yang tepat bukanlah tugas yang mudah. Banyak faktor yang harus dipertimbangkan sehingga tidak sesimpel yang diperkirakan. Yang berpengaruh dalam seleksi tersebut adalah:

1. Kualitas air minum. Ini bergantung pada kondisi dan potensi perubahan air baku dalam jangka panjang dan juga perubahan menurut musim (kemarau, hujan).
2. Yang juga diperhatikan adalah topografi dan kondisi lokasi, tata guna lahan, dan syarat-syarat hidrolis.
3. Evaluasi sistem keseluruhan.
4. Fleksibilitas dan kemudahan operasinya.
5. Kemudahan dalam upgrade kalau air bakunya berubah dan standar kualitas air minum pun berubah pada masa datang.
6. Ketersediaan personal untuk operasi-rawat instalasi, mesin-mesin, dan zat kimia.
7. Mampu menangani ketika terjadi beban puncak hidrolis.
8. Mudah dalam pembangunannya.
9. Murah biaya pembangunannya dan murah pula operasi-rawatnya.

Oleh sebab itulah, perlu laboratorium dan studi-studi instalasi untuk mendapatkan parameter desain yang cocok untuk jenis air tertentu. Studi itu meliputi: bench-scale di lab., pilot plant testing, dan plant-scale simulation testing.

                                                                                                                                            

Apakah inti sistem pengolahan air minum? Kalau dijawab secara singkat, bisa dikatakan bahwa pengolahan air minum ialah reduksi (eliminasi) zat yang tak diperlukan. Kejadian atau fenomena dalam unit pengolahnya bisa berupa gejala fisika, reaksi kimia, atau biologi atau kombinasi ketiganya. Zat yang dieliminasi atau direduksi dapat berupa ion, molekul, atau padatan (solid), baik dari golongan zat organik maupun anorganik. Hanya saja, pada saat ini, seperti diungkap di atas, kondisi air baku (sungai, danau, waduk) sudah sangat tercemar sehingga seolah-olah air baku untuk air minum kita sudah berasal dari air limbah. Lihat saja Citarum, warnanya hitam pekat di beberapa ruasnya. Padahal air sungai ini menjadi sumber air minum untuk beberapa daerah di hilirnya.

Residu Pengolahan

Residu pengolahan adalah semua material yang disisihkan selama proses pengolahan dan sebanding dengan air yang diolah. Yang termasuk kelompok ini adalah material penyebab kekeruhan (turbidity) dan warna air, padatan organik dan anorganik, algae, bakteri, virus, dan presipitat kimia. Semua residu itu berasal dari koagulasi, presipitasi besi dan mangan, cuci filter (backwashing), softening (pelunakan air sadah), regeneration brines, dan air pencuci mikrostrainer. Volume air yang ikut terbuang dalam proses residu dan pemberihannya antara 3 – 10 persen dari air baku yang diolah. Konsentrasi padatan berkisar 0,1 – 4 persen, dan bergantung pada proses dan kualitas air bakunya. Patut diingat, residu ini TIDAK boleh dibuang ke sungai, danau, atau waduk. Malah residu ini sudah dimasukkan ke dalam limbah industri dan harus ditangani hati-hati, sesuai dengan peraturan yang berlaku.

Apa saja proses dan manajemen residu di atas? Ada beberapa yang dapat diterapkan seperti settling, thickening, conditioning, dewatering, drying, recovery, dan disposal. Memang, ada kalanya residu tertentu boleh dibuang ke sanitary sewer. Hanya saja, di Bandung ini, cara ini tidak diperbolehkan. Atau, bagaimana faktanya, apakah PDAM membuang sebagian atau seluruh residunya ke saluran air limbah domestiknya?  Logikanya, kalau PDAM berbuat demikian, maka IPAL Bojongsoang yang berada di area seluas 85 hektar itu akan cepat dangkal.

Bagaimana cara memilih proses pengolahan residu itu? Ini dipengaruhi oleh kondisi lokasi, misalnya luas lahan, jenis dan kualitas sludge, kondisi cuaca, biaya zat kimia, dan tipe disposal atau pembuangan akhir yang tersedia atau diadakan. Seleksi ini pun bergantung pada dimensi unit (size of plant), biaya konstruksi, harga peralatan (equipment), termasuk faktor operasional seperti zat kimia, listrik, pekerja, dan kelayakan. Opsi yang dipilih dari alternatif deretan proses pengolahan residu itu harus didasarkan pada keuntungan, manfaat dan pertimbangan keburukan setiap proses dan biaya proses secara keseluruhan.

Untuk memilih prosesnya, berikut ini wajib dipertimbangkan: (1) persyaratan lahan, (2) operasi di bawah kodisi cuaca yang buruk, (3) variasi debit olahan, (4) mudah dalam operasi-rawat, (5) kualitas lumpur dan supernatan.

Studi Keterolahan

Kualitas air pasti berbeda dari satu daerah dengan daerah lainnya. Oleh sebab itu, perlu studi awal yang menyangkut keterolahannya. Ini untuk mendukung desain yang tepat dan menetukan parameter operasi setiap unit proses dan deretan proses keseluruhan. Studi awal ini sangat dibutuhkan apabila akan dibuat instalasi baru, berbeda dengan yang sudah ada. Maka, seorang desainer harus memahami metodologi: (1) percobaan laboratorium untuk menilai keterolahan air baku sampai tingkat yang diinginkan, (2) prosedur lab. dan studi pilot-plant, (3) menerjemahkan data lab. ke dalam parameter desain dan operasi. Studi lab. bisa secara batch (curah) dan/atau reaktor aliran kontinyu. Cara jar test masih menjadi andalan. Cara klasik ini dapat menentukan dosis zat kimia yang tepat dan dapat menentukan kondisi terbaik koagulasi.

Pilot plant dapat lebih bagus lagi, mampu menentukan keterolahan untuk membuat parameter desain yang tepat, menguji zat kimia baru, optimasi dosis, mengevaluasi proses untuk meningkatkan kinerja instalasi dan hemat biaya. Secara umum, studi pilot plant digunakan untuk kondisi berikut ini: (1) menguji proses baru, (2) stimulasi proses, (3) prediksi kinerja proses, (4) mendata kinerja proses, (5) optimasi desain, (6) optimasi operasi untuk dosis kimia, periode reaksi, dll.

Yang harus diingat, studi pilot pasti bermanfaat dalam mendesain IPAM karena dapat meningkatkan kinerja instalasi, baik yang lama (eksisting) maupun yang baru (akan dibangun). Manfaat lainnya, dapat menghemat biaya operasi dan rawat instalasi. PAM swasta dan PDAM perlu mulai membiasakan diri melakukan pilot studi kalau ingin memperoleh untung dan laba yang signifikan. Demikian, semoga bermanfaat. *