Pemantauan efluen dan operasi harian IPAL: rencana pemantauan, sampel gabungan proporsional debit, uji lapangan, catatan operasi, grafik tren, diagnosis gangguan, dan pelaporan

Sebuah rumah sakit wajib melaporkan hasil uji efluen IPAL-nya setiap bulan. Selama setahun, hasilnya selalu di bawah batas izin. Lalu satu bulan, COD efluen tercatat hampir dua kali batas, dan pengelola diminta menjelaskan. Tidak ada yang dapat menjelaskan: petugas yang mengambil sampel bulan itu orang baru, catatan harian IPAL tidak ada, dan tidak ada yang tahu berapa debit hari itu.

Teknisi yang diminta membantu menelusuri apa yang terjadi. Sampel diambil dari bak kontrol yang airnya diam karena pompa keluaran sedang mati, sehingga yang terambil adalah air yang tertahan berjam-jam bersama endapan di dasar bak. Botol sampel dibawa ke laboratorium tanpa didinginkan, dua hari kemudian. Dan pada minggu yang sama, laundry rumah sakit mengganti deterjennya tanpa memberi tahu siapa pun. Mungkin efluen memang memburuk, mungkin sampelnya yang tidak mewakili; tanpa data lain, tidak ada yang dapat membuktikan yang mana. Bab ini menjelaskan cara memantau IPAL supaya pertanyaan seperti itu dapat dijawab dengan data.

Batas pembahasan

Bab ini membahas pemantauan efluen dan operasi harian IPAL dari sisi operator dan teknisi: tujuan, rencana pemantauan, debit, sampel, penanganan sampel, uji lapangan, catatan, efisiensi, tren, diagnosis, dan pelaporan. Parameter, frekuensi, dan batas yang wajib ditetapkan oleh izin dan peraturan yang berlaku; bab ini tidak menyalinnya, dan batas izin yang dipakai di contoh kerja hanya untuk berlatih, bukan baku mutu. Parameter mutu air dan sampel yang mewakili ada di Bab 1 tentang mutu air dan parameter yang diukur; sumber beban laundry dan sampel di IPAL laundry di Bab 17 · Laundry tentang limbah cair laundry dan IPAL; sampling dan ukuran sampel di Bab 6 · Data & Pengukuran tentang sampling; lembar periksa dan catatan lapangan digital di Bab 9 · Data & Pengukuran tentang lembar periksa dan catatan lapangan; instrumen mutu air di Bab 4 tentang instrumen kualitas air; karakteristik air limbah di Bab 16 tentang karakteristik air limbah; lumpur aktif di Bab 18 tentang lumpur aktif; gangguan berselang di Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang diagnosis gangguan berselang; ruang terbatas di Bab 11 · Keselamatan tentang ruang terbatas.

Tujuan dan rencana pemantauan

Untuk apa IPAL dipantau

Pemantauan (monitoring) adalah pengukuran dan pencatatan mutu dan keadaan IPAL secara teratur. Pemantauan mempunyai tiga tujuan yang berbeda, dan rencana yang baik melayani ketiganya:

1. Kepatuhan: membuktikan kepada pemberi izin bahwa efluen memenuhi batas, dengan sampel dan metode yang disyaratkan.
2. Kendali proses: memberi operator angka harian untuk mengatur aerasi, lumpur buang, dosis bahan kimia, dan pompa.
3. Peringatan dini dan penjelasan: menangkap perubahan sebelum menjadi pelanggaran, dan menjelaskan sebabnya bila terjadi.

Uji laboratorium bulanan hanya melayani tujuan pertama. Pemantauan dapat dilakukan dengan sensor jinjing atau sensor terpasang tetap. Untuk dua tujuan lainnya, diperlukan uji lapangan sederhana yang dilakukan sering, dan catatan yang teratur.

Rencana pemantauan

Rencana pemantauan (monitoring plan) adalah dokumen pendek yang menjawab pertanyaan berikut untuk setiap parameter:

1. Apa: parameter, satuan, dan metode uji.
2. Di mana: titik sampel yang jelas dan dapat dijangkau dengan aman, misalnya saluran masuk setelah ekualisasi dan bak kontrol keluaran saat air mengalir.
3. Kapan dan seberapa sering: harian untuk uji lapangan, mingguan untuk uji proses, dan menurut izin untuk uji kepatuhan.
4. Bagaimana: sampel sesaat atau gabungan, volume, botol, pengawet, dan pendinginan.
5. Siapa: petugas yang terlatih, dengan pengganti yang juga terlatih.
6. Ke mana: laboratorium, catatan, dan laporan yang menerima hasilnya.

Rencana ini dicocokkan dengan izin pembuangan. Titik sampel kepatuhan ditetapkan sekali dan tidak berpindah-pindah; sampel dari titik yang berbeda tidak dapat dibandingkan dari bulan ke bulan. Rencana juga menyebut apa yang dilakukan bila hasil melewati batas peringatan: siapa yang diberi tahu, uji tambahan apa yang diambil, dan kapan pemilik IPAL harus memutuskan. Dengan begitu, petugas baru seperti pada kasus pembuka tidak perlu menebak.

Mengukur debit

Konsentrasi tanpa debit tidak memberi beban, seperti di Bab 16 tentang beban pencemar. Beban dan kemampuan IPAL bergantung pada debit; konsentrasi saja tidak cukup. Pelimpah (weir) adalah alat untuk mengukur debit air limbah. Cara yang umum di IPAL kecil:

1. Meter debit elektromagnetik di pipa tekan pompa keluaran, dengan penghitung jumlah.
2. Pelimpah segitiga di saluran terbuka. Untuk pelimpah bersudut 90 derajat, debit kira-kira:

dengan $Q$ dalam m³/s dan $H$ tinggi air di atas dasar takik dalam m, diukur agak di hulu pelimpah.

3. Jam kerja pompa: jam kerja kali debit pompa yang sudah diukur, cara murah bila tidak ada meter.
4. Ember dan stopwatch: untuk debit kecil di ujung pipa, volume ember dibagi waktu pengisian.
5. Meter air bersih: pemakaian air bersih laundry dikurangi penguapan dan air yang terbawa linen memberi perkiraan debit air limbah.

Pelimpah dan meter debit diperiksa berkala: takik yang tertutup lumut, endapan di hulu pelimpah, atau meter yang dipasang di pipa yang tidak penuh memberi debit yang salah dengan angka yang tampak meyakinkan. Debit harian dicatat bersama setiap hasil uji, supaya beban dapat dihitung kemudian.

Sampel: jenis dan penanganan

Sampel sesaat dan sampel gabungan

Sampel sesaat (grab sample) adalah sampel terpisah yang diambil pada satu waktu dan satu tempat. Sampel sesaat dipakai untuk parameter yang berubah cepat atau tidak boleh dicampur, seperti pH, suhu, oksigen terlarut, klorin sisa, dan minyak dan lemak.

Sampel gabungan (composite sample) adalah sampel yang menggabungkan beberapa bagian kecil yang diambil sepanjang jam operasi. Ada dua cara:

1. Sebanding waktu: bagian yang sama besar setiap selang waktu tetap. Mudah, tetapi tidak mewakili beban bila debit berubah.
2. Sebanding debit: bagian yang lebih besar saat debit besar. Debit ditentukan pada saat setiap bagian diambil, karena volume setiap bagian dihitung dari debit itu:

dengan $v_i$ volume bagian ke-$i$, $V_{\text{total}}$ volume sampel gabungan yang diinginkan, dan $Q_i$ debit saat bagian itu diambil. Cara ini memberi konsentrasi rata-rata tertimbang debit, yang dibahas di Bab 16 tentang karakteristik air limbah dan Bab 6 · Data & Pengukuran tentang sampling. Untuk IPAL laundry yang debitnya datang bersemburan, sampel gabungan sebanding debit jauh lebih mewakili dari sampel sesaat.

Penanganan sampel dan rantai pengawasan

Sampel yang diambil dengan benar dapat rusak sebelum diuji. Rantai pengawasan (chain of custody) adalah catatan bertanda tangan atas setiap perpindahan sampel dari pengambil sampai laboratorium. Hal yang dijaga:

1. Titik saat air mengalir: sampel diambil dari aliran yang tercampur, tidak dari sudut bak yang diam atau dari permukaan yang berbuih.
2. Botol yang benar: bersih, dari bahan yang sesuai, dan sering disediakan laboratorium; botol kaca tersendiri untuk minyak dan lemak.
3. Pengawet dan pendinginan: sampel didinginkan sejak diambil; sebagian parameter memerlukan pengawet asam.
4. Waktu simpan: sampel dikirim dan diuji dalam batas waktu metodenya; BOD sangat peka terhadap keterlambatan.
5. Label: titik, tanggal, jam, jenis sampel, nama petugas, dan pengawet.
6. Formulir serah terima: setiap perpindahan sampel dari petugas ke pengirim ke laboratorium ditandatangani dengan jam, sehingga keabsahannya dapat dibuktikan.

Setelah sampel yang mewakili diperoleh, langkah berikutnya adalah pencirian sampel.

Uji lapangan harian

Uji lapangan memberi angka hari itu juga. Uji yang umum untuk IPAL kecil:

1. pH dan suhu di saluran masuk, bak aerasi, dan keluaran.
2. Oksigen terlarut di beberapa titik bak aerasi.
3. Uji pengendapan 30 menit cairan campuran, seperti di Bab 18 tentang lumpur aktif.
4. Kekeruhan atau kejernihan air keluaran, dengan alat ukur atau tabung kejernihan.
5. Klorin sisa bila efluen didesinfeksi.
6. Pengamatan: warna, bau, busa, dan keadaan pompa serta blower.

Alat jinjing dikalibrasi menurut jadwal, seperti instrumen di Bab 4 tentang instrumen kualitas air. Pada pengendali unit RO, misalnya, menu kalibrasi dipakai untuk menyetel sensor. Elektroda pH dan oksigen terlarut menyimpang bila tidak dikalibrasi dan dirawat; angka di layar tetap angka yang salah bila alatnya tidak diperiksa. Hasil uji lapangan tidak menggantikan uji laboratorium untuk kepatuhan, tetapi bila keduanya diambil pada waktu yang sama selama beberapa bulan, hubungan keduanya membantu menafsirkan uji harian. Misalnya, bila kekeruhan efluen di atas angka tertentu hampir selalu disertai padatan tersuspensi yang mendekati batas izin, angka kekeruhan itu dapat dipakai sebagai tanda harian untuk mengambil sampel tambahan. Uji lapangan sebaiknya dilakukan pada jam yang sama setiap hari, karena air limbah laundry berubah menurut jam kerja, sehingga angka pagi dan sore tidak dapat dibandingkan langsung.

Catatan operasi

Buku catatan sebaiknya disimpan untuk mencatat parameter operasi, lembar catatan diperbanyak lebih dulu, dan salinan buku catatan perawatan dibuat sebelum entri pertama diisi. Dalam operasi biasa, pemakaian bahan kimia dicatat setiap hari.

Catatan harian IPAL kecil sebaiknya memuat:

1. Tanggal, jam, dan nama petugas.
2. Debit atau pembacaan meter, dan jam kerja pompa.
3. Hasil uji lapangan.
4. Pemakaian bahan kimia dan kalibrasi pompa dosis. Pompa dosis bahan kimia dikalibrasi dalam mL per menit (Contoh 4).
5. Lumpur buang atau lumpur yang diangkut.
6. Keadaan peralatan dan pekerjaan perawatan.
7. Kejadian di hulu, seperti laundry mengganti deterjen atau membuang bahan kimia.
8. Tindakan yang diambil dan alasannya.

Catatan yang ditulis di kertas atau formulir digital mengikuti aturan di Bab 9 · Data & Pengukuran tentang catatan lapangan: tidak menghapus, mengoreksi dengan coretan yang terbaca dan paraf, dan menyimpan cadangan.

Membaca data: efisiensi, rata-rata, dan tren

Efisiensi dan rata-rata

Kinerja instalasi diukur dengan perhitungan efisiensi, dan persamaan yang sama dipakai untuk menentukan efisiensi setiap unit proses. Efisiensi penyisihan (removal efficiency) adalah bagian pencemar masuk yang tidak keluar lagi bersama efluen:

dengan $\eta$ efisiensi (persen), dan $C_{\text{masuk}}$ serta $C_{\text{keluar}}$ konsentrasi masuk dan keluar dalam satuan yang sama, misalnya mg/L. Efisiensi yang bermakna dihitung dari sampel masuk dan keluar yang diambil pada hari yang sama, dengan memperhitungkan waktu tinggal bila panjang.

Rata-rata adalah cara menyatakan beberapa pengukuran sebagai satu angka, dan rata-rata serta median dipakai untuk menilai sekumpulan angka. Median (median) adalah nilai tengah sekumpulan angka setelah diurutkan. Rata-rata peka terhadap satu angka yang sangat besar; median tidak. Keduanya dilaporkan bila ada angka yang mencolok, dan angka yang mencolok itu diselidiki, tidak dibuang.

Grafik tren dan batas peringatan

Angka harian yang hanya ditulis di tabel jarang terbaca. Grafik sederhana dengan tanggal di sumbu mendatar dan nilai di sumbu tegak memperlihatkan arah perubahan:

1. Batas izin digambar sebagai garis.
2. Batas peringatan internal, lebih ketat dari batas izin, misalnya sekitar 70 sampai 80 persen darinya, memberi waktu bertindak sebelum pelanggaran.
3. Pola yang dicari: beberapa titik berturut-turut naik, satu titik melonjak, perubahan mendadak setelah suatu tanggal, atau pola mingguan yang berulang.
4. Parameter yang digambar bersama: misalnya SVI dan oksigen terlarut, atau COD efluen dan pemakaian deterjen laundry.

Gangguan yang muncul sesekali dan hilang sendiri ditangani seperti gangguan berselang di Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang diagnosis gangguan berselang: kejadian dicatat dengan waktu dan keadaan, sampai polanya terlihat.

Diagnosis gangguan dari data

Data harian membuat diagnosis lebih cepat. Pola yang umum:

1. COD dan BOD efluen naik, oksigen terlarut turun: beban organik naik atau aerasi berkurang; periksa debit, kejadian di hulu, dan blower.
2. Padatan efluen naik, SVI naik: lumpur mengembang; periksa oksigen terlarut, F/M, dan nutrien, seperti di Bab 18 tentang lumpur aktif.
3. Padatan efluen naik, SVI normal: beban hidraulik puncak atau bak pengendap penuh lumpur.
4. pH efluen di luar rentang: netralisasi gagal atau pembuangan bahan kimia di hulu.
5. Efluen buruk mendadak bersama kematian mikroba: zat penghambat, seperti disinfektan atau pemutih dari laundry.
6. Hasil laboratorium buruk, uji lapangan normal: periksa sampel itu sendiri, titik, waktu, dan penanganannya.

Pola terakhir adalah pertanyaan pada kasus pembuka. Dengan catatan harian dan uji lapangan, pengelola dapat menunjukkan bahwa kejernihan dan oksigen terlarut hari itu normal, sehingga sampel yang patut dicurigai.

Pelaporan

Laporan kepatuhan berisi hasil uji, metode, titik dan waktu sampel, debit, dan keterangan kejadian khusus. Sebagai contoh, literatur operasi instalasi pengolahan air limbah menulis bahwa laporan tertulis harus diserahkan dalam lima hari. Batas waktu dan isi laporan untuk setiap lokasi ditetapkan izin dan peraturannya.

Data yang dilaporkan adalah data yang diukur. Hasil yang buruk tidak dihapus, tidak diganti dengan sampel ulang tanpa keterangan, dan tidak dirata-ratakan dengan hasil lain supaya tampak baik. Bila hasil diragukan, keraguan itu ditulis bersama alasannya, dan sampel ulang dilaporkan sebagai sampel ulang. Laporan yang jujur dengan penjelasan yang didukung catatan jauh lebih kuat dari laporan yang tampak bersih tetapi tidak dapat dipertanggungjawabkan.

Contoh kerja

Angka dalam contoh di bawah adalah angka latihan, kecuali disebut asalnya.

Contoh 1: sampel gabungan sebanding debit. Empat bagian diambil saat debit 4, 10, 6, dan 2 m³/jam, dengan jumlah 22 m³/jam, dan volume gabungan yang diinginkan 2 L. Volume setiap bagian $2.000 \times 4/22 = 364$ mL, $2.000 \times 10/22 = 909$ mL, $2.000 \times 6/22 = 545$ mL, dan $2.000 \times 2/22 = 182$ mL.

Contoh 2: ember dan stopwatch. Ember 20 L penuh dalam 8 detik, jadi debit $20/8 = 2{,}5$ L/s atau 9 m³/jam.

Contoh 3: rata-rata dan median. COD efluen lima hari 110, 95, 120, 105, dan 480 mg/L. Rata-ratanya 182 mg/L dan mediannya 110 mg/L. Angka 480 diselidiki: hari itu tercatat laundry membuang air bilas pemutih dalam jumlah besar, dan pompa keluaran baru menyala setelah berjam-jam mati.

Contoh 4: kalibrasi pompa dosis. Pompa dosis mengisi gelas ukur 250 mL dalam 2 menit, yaitu 125 mL per menit, sedangkan setelan yang dikehendaki 100 mL per menit. Langkah pompa diturunkan, lalu uji diulang sampai sekitar 100 mL per menit, dan hasilnya dicatat.

Contoh 5: tren SVI. SVI lima hari berturut-turut 110, 125, 140, 160, dan 185 mL/g. Belum ada pelanggaran, tetapi arahnya jelas. Oksigen terlarut pada hari yang sama turun dari 2,2 menjadi 0,9 mg/L, sehingga diffuser dan blower diperiksa sebelum lumpur terbawa keluar.

Contoh 6: batas peringatan. Bila batas izin COD pada contoh ini 100 mg/L, angka untuk berlatih dan bukan baku mutu, batas peringatan internal 80 persen adalah 80 mg/L. Hasil 85 mg/L masih di bawah batas izin, tetapi memicu pemeriksaan proses dan sampel tambahan.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan minta keputusan penyelia, pemilik IPAL, atau laboratorium bila:

1. Titik sampel hanya dapat dijangkau dengan masuk ke bak atau sumur tanpa izin masuk ruang terbatas.
2. Efluen jelas melampaui batas izin atau ada luapan ke lingkungan; pemilik dan pihak yang berwenang mungkin harus diberi tahu menurut izin.
3. Ada permintaan untuk mengubah, menghapus, atau tidak melaporkan hasil uji.
4. Sampel kepatuhan diambil tanpa metode, botol, pengawet, atau formulir serah terima yang disyaratkan.
5. Alat ukur lapangan tidak dapat dikalibrasi tetapi hasilnya akan dipakai untuk keputusan.

Salah tafsir yang sering terjadi

Hubungan dengan bab lain

Bab 1 tentang mutu air dan parameter yang diukur memberi parameter mutu air dan sampel, Bab 17 · Laundry tentang limbah cair laundry dan IPAL memberi sumber beban laundry, dan Bab 6 · Data & Pengukuran tentang sampling memberi sampel sesaat dan gabungan. Bab 9 · Data & Pengukuran tentang lembar periksa dan catatan lapangan mengatur cara mencatat, dan Bab 4 tentang instrumen kualitas air membahas kalibrasi alat. Bab 16 tentang karakteristik air limbah memberi beban dan rata-rata tertimbang debit, Bab 18 tentang lumpur aktif memberi SVI dan gangguan lumpur, Bab 12 · Sistem, Diagram & Diagnosis tentang diagnosis gangguan berselang memberi cara menangkap kejadian, dan Bab 11 · Keselamatan tentang ruang terbatas berlaku untuk titik sampel di dalam bak. Bab 24 tentang daur ulang air laundry melanjutkan rak ini.

Latihan dan pembahasan