Optimasi Limpasan Air Limbah Ke Kali Surabaya (Segmen Sepanjang – Jagir)

Dengan Programma Dinamis

Thesis Oleh:Alfan Purnomo (3307201003)

Pembimbing:Dr. Ir. Nieke Karnaningroem, MSc.

Latar Belakang

• Kali Surabaya sebagai sumber air baku PDAM

• Kualitas air sungai harus memenuhi baku mutu yang berlaku

• Kelas 1 (PP 82 Th 2001)

• Kelas B (SK Gub Jatim No. 413 Th 1987)

• Berbagai sumber air limbah membuang limbahnya ke Kali Surabaya

• Terdapat PDAM Ngagel di Segmen Jagir yang mengambil air sungai sebagai air baku

Optimasi Limpasan

Air Limbah ke Kali

Surabaya

Tujuan & Manfaat Tujuan:

Mengidentifikasi daya tampung Kali Surabaya. Optimasi limpasan air limbah yang dibuang ke Kali

Surabaya.

Manfaat: Sebagai acuan dalam menentukan pembuangan limbah ke

Kali Surabaya . Sebagai upaya dalam menjaga kualitas air Kali Surabaya .

Ruang Lingkup Penelitian Lokasi studi merupakan Kali Surabaya dengan segmen

Sepanjang – Jagir. Parameter yang diukur dalam penelitian ini yaitu DO, suhu,

BOD, dan COD. Variabel yang digunakan pada penelitian ini antara lain:

Baku mutu sungai berdasarkan PP 82 Tahun 2001: Kelas I, Kelas II dan Kelas III.

Segmen sungai: Sepanjang – Gunung Sari dan Gunung Sari – Jagir. Debit sungai: debit maksimum dan debit minimum.

Optimasi yang dilakukan adalah optimasi konsentrasi zat pencemar organik (BOD dan COD) yang mampu ditampung oleh sungai berdasarkan kemampuan sungai.

Lokasi titik sampling dalam penelitian ini mendekati lokasi titik sampling dari Perum Jasa Tirta (PJT).

Kali Surabaya

Kelud & Semeru

East Java

IndonesiaLuas DAS : 12.000 km 2 (25% Jatim)

Populasi (2003) : 15.5 juta (43% Jatim)

Curah hujan : 2,000 mm/ tahun

Potensi air : 12 miliar m3/tahun

Panjang sungai : 320 km East Java

Brantas River Basin

Gambaran Kondisi Lokasi Penelitian

SEPANJANG JAGIR

Domestik

Industri

PDAM Ngagel

Pintu Air Gunung Sari

Daya Tampung Daya tampung beban pencemaran air adalah kemampuan air

pada suatu sumber air, untuk menerima masukan beban pencemaran tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi cemar (Kep MenLH No.110 tahun 2003)

Terdapat 2 metode yang dianjurkan dalam penentuan daya tampung di dalam Kep MenLH No.110 tahun 2003 yaitu : Neraca Massa Streeter Phelps

Programma Dinamis Programma Dinamis merupakan sebuah pemecahan

masalah dengan cara menguraikan solusi menjadi tahapan sedemikian sehingga solusi dari persoalan dapat dipandang dari serangkaian keputusan yang saling berkaitan

Suatu problem diselesaikan secara bertahap dalam tahap–tahap (stage) sehingga disebut sebagai Multistage programming

Pendekatan Programma Dinamis Programma Dinamis Maju

Programma Dinamis Mundur

Tahap 1 Tahap 2 Tahap n……..

f1(s1,x1) f2(s2,x2) ...... fn(sn,xn)

Tahap n ………. Tahap 1Tahap 2

f1(s1,x1)f2(s2,x2)......fn(sn,xn)

Kerangka Penelitian (1)Optimasi Limpasan Air Limbah Ke Kali Surabaya

(Segmen Sepanjang – Jagir)Dengan Programma Dinamis

Persiapan Penelitian

o Alat Sampling Kualitas Air

o Penentuan Titik Sampling

o Bahan Kimia untuk analisa parameter

Tinjauan Pustaka

A

Kerangka Penelitian (2)

Pengumpulan DataData Primer:• Data konsentrasi parameter:

COD, BOD, DO, dan Temperatur• Debit sungai

Data Sekunder:• Data limpasan air limbah • Data kualitas air

Pengolahan DataPrediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan

Regresi Linear

Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

A

Pengolahan DataOptimasi dengan Metoda Programma Dinamis

SEGMEN 1 SEGMEN 2

Pengumpulan DataPembagian Segmen Kali Surabaya

(Sepanjang – Jagir)

SEPANJANG JAGIRGUNUNG SARI

Lokasi Titik Sampling

Keterangan:

1. Sepanjang2. Gunung Sari3. JagirTitik Sampling

1

23

Limbah Industri

Limbah Domestik

KualitasAir Sungai

Pengumpulan Data Setiap Segmen

START

INPUT DATA

Prediksi kualitas air sungai

Fuzzy Linear

MSE ≈ 0Korelasi Regresi Linear

MSE ≈ 0KorelasiData Sekunder

Programma Dinamis

Konsentrasi BOD yang dapat dibuang ke Sungai

Konsentrasi COD yang dapat dibuang ke Sungai

END

Ya

Tidak

Ya

Tidak

AlgoritmaPenelitian

Diagram Alur Optimasi

Baku Mutu Sungai Kelas I

Baku Mutu Sungai Kelas III

Baku Mutu Sungai Kelas II

Optimasi LimpasanAir lImbah

Debit Rendah

Debit Besar

Debit Sedang BOD air limbah yang dapat dibuang

DO Kecil

DO Tinggi

DO Sedang

Pengolahan Data, Analisa dan Pembahasan Dalam prediksi kualitas, digunakan program

komputer pada setiap metoda. Metoda Fuzzy Linear MATLAB 7 Metoda Regresi Linear MINITAB 14

Hal yang akan dianalisa dan dibahas yaitu : Prediksi kualitas air Kali Surabaya Optimasi limpasan air limbah ke Kali Surabaya

Batasan-batasan Programma Dinamis Batasan kualitas air sungai didasarkan pada

PP 82 Tahun 2001 Parameter yang digunakan sebagai acuan

adalah BOD Variabel yang digunakan adalah Debit dan

DO

Pengumpulan Data Sekunder

Lokasi TahunBOD (mg/L) COD (mg/L) DO (mg/L)

Debit (m3/detik)

Baku mutu min maks

Baku mutu min maks

Baku mutu min maks min maks

Sepanjang 2006

2

2,8 8,4

10

7,4 42,3

6

0,2 4,3 10,8 130,4

2007 1,9 22,8 10,8 49 1,7 4,2 8,6 78,6

Gunungsari 2006 2,7 7,6 5,9 60,4 2,2 4,2 11,5 142,7

2007 1,8 11,5 10,9 50,8 1,6 3,7 11,5 81,5

Jagir 2006 2,3 11 8,8 56 0,8 3,1 0,29 92,83

2007 2 12,3 8,5 48,7 1,1 2,9 1,92 54,5

Pengumpulan Data PrimerLokasi

Sampling Parameter Satuan Baku mutu*

Periode Sampling1 2 3 4

Sepanjang DO mg/L 6 4,1 2,88 2,85 2,88BOD mg/L 2 17,4 23 26,5 19,63COD mg/L 10 28,48 42,42 38,38 33,33Suhu oC Dev. 3 27 30 29 29,5

Gunung Sari DO mg/L 6 4,15 2,8 2,68 3,3BOD mg/L 2 18,33 25,25 17,38 18,13COD mg/L 10 26,6 33,24 32,26 24,18Suhu oC Dev. 3 28 29,5 30 30

Jagir DO mg/L 6 4,7 2,85 2,68 3,4BOD mg/L 2 17,13 24,88 13,75 18,63COD mg/L 10 26,6 36,3 32,26 32,26Suhu oC Dev. 3 28 30 29,5 29,5

Daya Dukung Sungai

Segmen Daya Dukung Beban Sungai

Sepanjang -Gunung Sari 6.808,32 – 8.899,2 59.232,38 – 117.914,4

Gunung Sari -Jagir 13.910,4 – 18.144 120.881,38 – 229.068

Daya Dukung = Debit Sungai x Baku Mutu

Daya Tampung Sungai

Daya tampung sungai telah terlampaui apabila defisit oksigen yang terjadi di sungai (Dc) lebih besar daripada defisit oksigen pada titik kritis (Dall)

Segmen Dall Dc

Sepanjang -Gunung Sari 1,58 3,93 - 5,87

Gunung Sari - Jagir 1,52 3,75 - 5,14

Kondisi Kali SurabayaSegmen

Sepanjang – Gunung SariSegmen

Gunung Sari – Jagir

Daya Dukung & Daya Tampung

Tercemar

Plotting Time Series DataSegmen Sepanjang – Gunung Sari

Index

BOD

(m

g/L)

454035302520151051

25

20

15

10

5

0

48

47

46

45

44

43

42

41

40

39

38373635

343332

31302928

27

2625

24

23

2221

2019

18

17

16

1514

13

12

1110

9

876

543

2

1

Time Series Plot of BOD (mg/L)

Index

DO

(m

g/L)

454035302520151051

4

3

2

1

0

4847464544

4342

41

40

39

38

3736

353433

3231

30

2928

27

26

25

24

23

2221

20

19

1817

16

15

14

131211

1098

7

6

54

3

2

1

Time Series Plot of DO (mg/L)

Index

Deb

it (

m3/

deti

k)

454035302520151051

160

140

120

100

80

60

40

20

0

48

47

46454443

4241

40

39

38

37

363534333231

3029

28

27

2625

24

23

22212019

1817

16

15

14

13

121110987

65

4

3

21

Time Series Plot of Debit (m3/detik)

Index

COD

(m

g/L)

454035302520151051

60

50

40

30

20

10

0

48

4746

45

44

43

4241

40

39

38

37

3635

34

33

3231

30

29

2827

26

25

24

23

22

21

2019

18

17

16

15

14

13

1211

10

9

876

5

4

3

2

1

Time Series Plot of COD (mg/L)

Plotting Time Series DataSegmen Gunung Sari - Jagir

Index

BO

D

70635649423528211471

14

12

10

8

6

4

2

7271

70

69

68

67

66

65

64

63

62

61

60

5958

57

56

55

54

5352

51

50

49

48

47

46

45

4443

42

41

40

39

38

37

36

3534

33

32

3130

29

28

27

2625

24

23

22

21

20

19

18

17

16

15

1413

1211

109

87

654

3

21

Time Series Plot of BOD

Index

DO

70635649423528211471

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0

72

71

70

69

686766

65

64

63

62

61

6059

58

57

56

5554

53

5251

50

4948

47

46

45

4443

424140

39

383736

35

34

3332

3130

29282726

25

2423

222120

1918

17

16

15

14

1312

11109

87

6

54

3

2

1

Time Series Plot of DO

Index

De

bit

70635649423528211471

160

140

120

100

80

60

40

20

0

72

71

70

69

68676665646362

61605958

57

565554

53

52

51

50

49

4847464544434241403938373635

34

33

3231

302928

27

26

25

24

23

22212019

1817

16

15

14

13

121110987

65

4

3

21

Time Series Plot of Debit

Index

COD

70635649423528211471

60

50

40

30

20

10

0

72

71

70

69

68

67

66

65

64

63

62

61

605958

57

56

55

54

53

52

51

50

49

48

47

4645444342

4140

39

38

37

36

35

34

3332

31

30

29

28

27

26

25

24

2322

21

20

19

1817

16

15

14

13

1211

10

9

87

6

5

43

2

1

Time Series Plot of COD

Prediksi Metoda Fuzzy Linear (Sepanjang – Gunung Sari)Fungsi Variabel Nama Himpunan

FuzzySemesta

Pembicaraan (Unit) Domain (Unit)

Input

DORendah

[0,2 - 4,3][0,2 - 1,75]

Sedang [1 - 3,5]Tinggi [2,75 - 4,3]

DebitKecil

[10,7 - 142,7][10,7 - 50]

Sedang [25 - 125]Besar [100 - 142,7]

Output

BODRendah

[1,8 - 22,8][1,8 - 8]

Sedang [4 - 20]Tinggi [16 - 22,8]

CODRendah

[5,9 - 60,4][5,9 - 30]

Sedang [17,5 - 52,5]Tinggi [40 - 80,8]

Prediksi Metoda Fuzzy Linear (Gunung Sari - Jagir)Fungsi Variabel Himpunan Fuzzy Semesta Pembicaraan

(Unit) Domain (Unit)

Input

DORendah

[0,8 - 4,2][0,8 - 2]

Sedang [1,25 - 3,75]Tinggi [3 - 4,2]

DebitKecil

[0,29 - 142,7][0,29 - 50]

Sedang [20 - 120]Besar [90 - 142,7]

Output

BODRendah

[1,8 - 13,3][1,8 - 6]

Sedang [4 - 12]Tinggi [10 - 13,3]

CODRendah

[5,9 - 60,4][5,9 - 25,9]

Sedang [15 - 50]Tinggi [39,1 - 60,4]

Prediksi Metoda Regresi Linear (Sepanjang – Gunung Sari)

Prediksi Metoda Regresi Linear (Gunung Sari - Jagir)

Perbandingan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear

Nilai MSE Fuzzy Regresi

BOD 35,3605 11,1292

COD 285,6767 101,2554Nilai MSE Fuzzy Regresi

BOD 8,78 7,69

COD 147,2 64,99

SegmenGunung Sari - Jagir

SegmenSepanjang - Gunung Sari

Grafik Hasil Prediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear

Index

Dat

a

454035302520151051

25

20

15

10

5

0

Variable

Prediksi Reg. BOD

BODPrediksi Fuzzy BOD

Time Series Plot of BOD, Prediksi Fuzzy BOD, Prediksi Reg. BOD

Index

Dat

a

454035302520151051

60

50

40

30

20

10

0

Variable

Prediksi Reg. COD

CODPrediksi Fuzzy COD

Time Series Plot of COD, Prediksi Fuzzy COD, Prediksi Reg. COD

SEGMEN SEPANJANG – GUNUNG SARI

Grafik Hasil Prediksi dengan Metoda Fuzzy Linear dan Regresi Linear

SEGMEN GUNUNG SARI - JAGIR

Index

Dat

a

70635649423528211471

14

12

10

8

6

4

2

Variable

BOD prediksi regresi

BODBOD prediksi Fuzzy

Time Series Plot of BOD, BOD prediksi Fuzzy, BOD prediksi regresi

Index

Dat

a

70635649423528211471

60

50

40

30

20

10

0

Variable

COD prediksi regresi

CODCOD prediksi Fuzzy

Time Series Plot of COD, COD prediksi Fuzzy, COD prediksi regresi

Alur Programma Dinamis

Baku Mutu Sungai Kelas I

Baku Mutu Sungai Kelas III

Baku Mutu Sungai Kelas II

Optimasi LimpasanAir lImbah

Debit Rendah

Debit Besar

Debit Sedang BOD air limbah yang dapat dibuang

DO Kecil

DO Tinggi

DO Sedang

TAHAP BTAHAP A

Penentuan batasan dan konstanta penguraian zat organik

Penentuan Konsentrasi

Pencemar yang Dapat Dibuang

Konsentrasi BOD dan COD yang Dapat Dibuang

Jenis Industri

*Baku Mutu

Segmen Sungai

Hasil Optimasi Terbesar

BOD COD BOD (mg/L) COD (mg/L)

mg/L mg/L Kelas I

Kelas II

Kelas III

Kelas I

Kelas II

Kelas III

Minyak Goreng 100 350

Sepanjang –Gunung Sari 8,46 25,93 34,92 31,33 96,04 129,33Pemotongan

Hewan 100 250

Tahu 150 300

Minyak Goreng 100 350

Gunung Sari -Jagir 8,47 26,3 35,81 27,32 84,84 115,52Pemotongan

Hewan 100 250

Tahu 150 300

Kesimpulan 1 Daya tampung dari Kali Surabaya pada segmen

Sepanjang – Jagir sudah terlampaui Defisit oksigen Kali Surabaya segmen Sepanjang – Gunung

Sari pada kondisi BOD minimum dan DO maksimum (kondisi terbaik) dan pada kondisi BOD maksimum dan DO minimum (kondisi terkritis) adalah 3,93 – 5,87 mg/L sedangkan defisit oksigen pada titik kritis adalah 1,58 mg/L

Pada segmen Gunung Sari – Jagir, defisit oksigen yang terjadi pada kondisi BOD minimum dan DO maksimum (kondisi terbaik) dan pada kondisi BOD maksimum dan DO minimum (kondisi terkritis) adalah 3,75 – 5,14 mg/L sedangkan defisit oksigen pada titik kritis adalah 1,52 mg/L.

Kesimpulan 2a Konsentrasi BOD dari air limbah yang dapat

dibuang ke Kali Surabaya yaitu: Jika sungai dikehendaki menjadi kelas I maka

konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang – Gunung Sari adalah 8,46 mg/L dan 31,33 mg/L sedangkan pada segmen Gunung Sari – Jagir adalah 8,47 mg/L dan 27,32 mg/L.

Kesimpulan 2b Jika sungai dikehendaki menjadi kelas II maka

konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang – Gunung Sari adalah 25,93 mg/L dan 96,04 mg/L sedangkan pada segmen Gunung Sari – Jagir adalah 26,3 mg/L dan 84,84 mg/L.

Jika sungai dikehendaki menjadi kelas III maka konsentrasi BOD dan COD terbesar dari air limbah yang dapat dibuang untuk segmen Sepanjang – Gunung Sari adalah 34,92 mg/L dan 129,33 mg/L sedangkan pada segmen Gunung Sari – Jagir adalah 35,81 mg/L dan 115,52 mg/L.

Saran Penelitian Lanjutan Perlu dicoba mengkaji parameter zat

konservatif jenis logam yang terkandung di dalam air Kali Surabaya.

Perlu adanya kajian mengenai rencana pengelolaan air limbah di sekitar Kali Surabaya segmen Sepanjang – Jagir dengan mengacu pada BOD air limbah yang dapat dibuang ke Kali Surabaya.

Pengumpulan Data Kualitas Air Sungai

1/2 H1/2 H

1/3 L1/3 L Titik 2 Titik 1

SNI 6989.57:2008

Data kualitas air sungai Kali Surabaya selama 1-2 tahun dari Perum Jasa Tirta

Pengambilan sampel air sungai

Pengumpulan Data Limbah Industri Menentukan industri yang berpotensi

mencemari Kali Surabaya Data limpasan limbah industri didapatkan dari

dinas terkait

Pengumpulan Data Limbah Domestik Pendataan jumlah rumah dan fasilitas umum: Rumah dan fasilitas umum dalam radius 0,5 km

dari tepi sungai

Kualitas limbah domestik didasarkan pada baku mutu limbah domestik (KepMen LHNomor 112 Tahun 2003 )