Simulasi hidrolika untuk kualitas air :: Kajian klorinasi dalam sistem jaringan pipa

RABIUL, Muhammad, Dr.Ir. Radianta Triatmadja

2006 | Tesis | S2 Teknik Sipil (Mag. Pengelolaan Sumberdaya Air)

Manajemen penyediaan air minum sekarang ini dituntut bekerja lebih keras dalam memberikan pelayanan kepada konsumen. Seiring berjalannya waktu, kesadaran akan manfaat air yang berkualitas semakin tinggi. Mewabahnya berbagai penyakit yang disebabkan oleh air menjadi salah satu alasan mengapa sebagian konsumen rela membayar lebih untuk mendapatkan air yang berkualitas. Disinfeksi merupakan suatu metode yang paling efektif dilakukan untuk tujuan mempertahankan kualitas air terutama penggunaan klorin sebagai disinfektan. Badan PBB WHO menyatakan sampai saat ini 98% dari keseluruhan proses disinfeksi masih menggunakan klorin. Sisa klorin harus dipertahankan dalam jaringan distribusi yaitu 0,2 – 5.0 ppm (mg/l). Klorinasi pada suatu jaringan distribusi pipa selama pengalirannya mengalami pengurangan (decay) akibat reaksi di dalam phasa bulk air, reaksi dengan dinding pipa dan korosi. Analisa laboratorium dan model matematika dilakukan untuk mengetahui proses kehilangan klorin dalam jaringan. Percobaan laboratorium dilaksanakan dengan dua cara analisa: Pertama, analisa bulk decay (kb) yaitu pembubuhan sejumlah klor dengan konsentrasi tertentu ke dalam wadah, didiami beberapa jam, tiap jam dianalisa kandungan klorinnya. Penurunan kandungan klorin tiap jam merupakan reaksi dengan kimia organik dan an-organik yang terdapat dalam air. Kedua, analisa wall pipe decay (kw) dilakukan dengan cara pengaliran sejumlah air yang telah dicampur klorin dengan konsentrasi tertentu pada kecepatan yang sangat lambat selama beberapa jam, tiap jam diukur konsentrasi klor-nya. Penurunan kadar klor di dalam air terjadi karena reaksi dengan korosi dan biofilm pada dinding pipa. Tabulasi hasil penelitian kedua analisa di atas kemudian diolah dan dianalisa untuk mendapatkan koefisien kb dan kw. Koefisien-koefisien tersebut kemudian dijadikan input data dengan WaterNet untuk simulasi pada jaringan yang sebenarnya. Hasil penelitian laboratorium untuk kb dan kw masing-masing adalah 0,0/ hari dan 0,178 m/hari. Simulasi dengan WaterNet terhadap sistem distribusi yang sebenarnya memberikan gambaran betapa kehilangan klor yang terjadi sangat tinggi pada jalur pipa yang panjang dan pada kecepatan yang rendah, terdapat 17 dari 75 node mengalami kekurangan sisa klorin yaitu < 0,2 mg/l, sehingga perlu dilakukan simulasi jaringan alternatif untuk mempertahankan sisa klor. Setelah dilakukan dua skenario simulasi jaringan alternatif, yaitu klorinasi tambahan dan perubahan diameter pipa, skenario terakhir ternyata memberi respon yang baik karena dari enam lokasi klorinasi tambahan yang direncanakan, hanya tersisa satu lokasi saja yang memerlukan injeksi tambahan. Perubahan diameter pipa disarankan tehadap 21 dari 97 ruas pipa, sedangkan klorinasi tambahan disarankan terhadap satu titik distribusi untuk meningkatkan konsentrasi pada beberapa titik distribusi di hilirnya. Bagaimanapun, desain hidrolika dan manajemen pengelolaan yang diterapkan secara langsung mempengaruhi kualitas air sistem distribusi perpipaan.

Drinking water supply management nowadays is challenged to put more efforts in supplying water for the consumers. Recent development shows increasing awareness for water quality. Extensive spread of waterborne diseases is one of the reasons why people are willing to pay more for healthy water. Disinfection, especially using chlorine, is the most effective method for maintaining water quality. WHO discloses that up to now, chlorine is used for 98% of disinfecting process. Remaining chlorine content in water should be maintained between 0.2 to 5.0 ppm (mg/l). Chlorine concentration within a distribution pipe network is decayed due to reaction occurred in the water bulk phase, reaction to the pipe wall as well as corrosion. Laboratory analysis and mathematical model were used for identifying chlorine decaying process in the network. Laboratory experiments were taken for two types of analysis: bulk decay and pipe wall decay analysis. The bulk decay analysis (kb) was carried out by adding chlorine at a certain concentration into a container for several hours. Then, chlorine concentration was analyzed each hour. Hourly decreasing chlorine concentration was actually a reaction between chlorine and organic substances existed in the water. Wall pipe decay (kw) analysis was taken by flowing low speed water at a certain concentration of chlorine for several hours. Chlorine concentration was measured every hour. Hourly decreasing chlorine concentration was due to its reaction to wall pipe corrosion and bio film. Tabulation on both experiments was also analyzed in order to obtain kb and kw coefficients, which are used as data inputs using WaterNet for the actual network simulation. Results of the study show that kb and kw are 0.0/day and 0.178 m/day, respectively. The WaterNet simulation results applied for the actual distribution system show significant chlorine decay in long and low speed pipe. There are 17 nodes out of 75 nodes with deficient remaining chlorine, which is <0.2 mg/l. This condition indicates the need for alternative network simulation to maintain remaining chlorine concentration as required. Between the two scenarios of alternative simulation, which are additional chlorination and changing the pipe diameter, the later scenario provides better respond. It is indicated by the facts that out of six planned locations for additional chlorination, only one location that shows the need for additional injection. Changing the pipe diameter is suggested for 21 out of 97 pipes. Additional chlorination is suggested for one distribution point to increase the concentration at several distribution points on the downstream. However, applied hydraulics design and management will directly influence water quality within the piping distribution system.

Kata Kunci : disinfeksi, decay, konsentrasi, node, disinfection, concentration