PURPOSES AND METHODOLOGY OF TMDL IN INDONESIA

Bahan disiapkan olehDr. Budi Kurniawan, M.Eng

Disampaikan olehProf. Tjandra Setiadi, PhD

Email: tjandra@che.itb.ac.id

KEMENTERIAN LINGKUNGAN HIDUP DAN KEHUTANANDITJEN PENGENDALIAN PENCEMARAN DAN KERUSAKAN LINGKUNGAN HIDUP

DIREKTORAT PENGENDALIAN PENCEMARAN AIR

1

The majority of parameters that affect water quality degradation are fecal coli, total coliform, BOD, COD, H2S

Source of Pollution: Domestic, animal husbandry, industry and Non‐point source

TREND OF WATER QUALITY STATUS DI INDONESIA 2012‐2016, (Source: Ditjen PPKL‐KLHK, 2017)

2

Coefficient of the River Regime (KRS) = maximum / minimum flow ratio

Criteria of KRS• Good  = < 40• Moderate = 40 ‐ <80• Poor > 80

KRS of Several rivers in P Java:

• Cimanuk river = 713 • Ciujung river = 189,5• Citarum river = 92• Cisadane river = 143• Citanduy river = 111• Bengawan Solo river = 541• Brantas river = 205 

3

Figure.BODConcentrationisbasedontheriverflowrateofprobabilityof0.6and0.8

INFLUENCE OF HEADWATER FLOW CHANGE TO BOD CONCENTRATION IN BENGAWAN SOLO RIVER

ProbbabilityBengawan Solo

(m3/sec)0,1 49,140,3 31,180,5 21,690,6 17,710,8 10,23Probability of 0.8 = 

10.23 m3/sec

Probability of 0.6 = 17.71 m3/sec

4

DEFINITION

• The capacity of water pollution load or TMDL is the ability of water at a water source to receive pollution load input without causing the water to become polluted.

• Daya tampung beban pencemaran air adalah kemampuan air pada suatu sumber air untuk menerima masukan beban pencemaran tanpa mengakibatkan air tersebut menjadi cemar.

• Allocation of pollution load is the amount of pollution load that is still allowed to be disposed or the amount of pollutant load to be lowered in the administra on and / or watershed area from   each pollutant source

• Alokasi beban pencemaran adalah besaran beban pencemar yang masih diperbolehkan untuk dibuang atau besaran bebanpencemar yang harus diturunkan di wilayah administrasi dan/atauDAS dari masing‐masing sumber pencemar.

5

LOCATION

Existing Load 

(kgBOD/day)

TMDL(kgBOD/day)

LoadReduction Target 

(kgBOD/day)Segmen 3 of Ciliwung River 1000 700 300

LOCATION POLLUTIONSOURCE

CONTRIBUTIONOF POLLUTION

SOURCE

POLLUTION LOAD 

REDUCTIONBOD

POLLUTION LOAD 

ALLOCATION (ABP)

Segmen 3of CiliwungRiver kg/day kg/day

Industry 20%

300

60Domestic 50% 150Agriculture 10% 30Livestock 10% 30

Aquafarming 10% 30

100% 300

Class 2 (water 

recreation): BOD:3 mg/l

BOD Actual/existing:  

4.3 mg/l

the first question is how much pollutant load goes into the river segment, what are the pollution source and how much contribution of each pollutant source

the second question is how much pollution load is allowed to enter this river segment so that the river still fulfill the water quality standard

a decrease in pollution load of 300 kg / day is shared for each type of pollutant source based on the magnitude of the contribution of each type of pollutant source

6

PURPOSE OF TMDL• The purpose of a TMDL is to establish allowable loadings 

of pollutants for a waterbody  to meet Water Quality Standards (WQS). 

• TMDLs provide a basis for determining the pollutant reductions necessary from point and nonpoint sources to restore and maintain the quality of water resources. 

• Determination of capacity of water pollution load/TMDL and water pollution load allocation is part of the implementation of water pollution control using water quality approach.

• The water quality approach aims to control pollutants originating from various sources of pollutants entering the water source by considering the intrinsic conditions of water sources and water quality standards established.

7

REASONS TO DO REVISION

• The need to accelerate the recovery of water quality• The change of pollution sources (type, number, distribution 

and characteristic) and hydrology & morphology of water sources

• the number of provinces and districts / cities that have performed TMDL/DTBP calculations is still small

• Provinces and districts / municipalities that have calculated TMDL / DTBP have not been able to apply the calculation results for waste water discharge permits

• It may be caused by a less obvious concept or the unavailability of a simpler method

• It is necessary to clarify the concept and to use more simple and implementative methods

8

The concept of TMDL and ABP in the draft Ministerial Regulation

(1) The minister, governor or regent / mayor in accordance with the authority l determine the priority of the water source to be determined the capacity of water pollution load/TMDL and the allocation of water pollution load.(2) The determination of the priority of the water source to be determined by the capacity of the water pollution load /TMDL and the allocation of water pollution load shall be based on:a. status of water quality and / or trophic status of water;b. pollutant source from the pollution source inventory and identification result; and / orc. utilization of raw water for drinking water.

9

Konsep DTBP dan ABP dalam Draf Permen

• Penetapan daya tampung beban pencemaran air sebagaimana dimaksud dalam Pasal 4 diperoleh dari hasil perhitungan daya tampung beban pencemaran air yang memuat:– besaran beban pencemar aktual yang masuk ke sumber air;– besarnya kontribusi beban pencemar air dari masing‐masing sumber pencemar air terhadap sumber 

air; dan– besaran beban pencemar yang mampu diterima oleh sumber air tanpa mengakibatkan sumber air 

tersebut menjadi cemar.• Besaran yang ditetapkan sebagaimana dimaksud pada ayat (1) merupakan besaran keseluruhan pada 

sumber air.• Hasil perhitungan daya tampung beban pencemaran air sebagaimana dimaksud pada ayat (1) 

digunakan sebagai dasar penentuan alokasi beban pencemaran air.• Alokasi beban pencemaran air sebagaimana dimaksud pada ayat (3) merupakan penjabaran 

lebih detail dari daya tampung beban pencemaran air.• Penjabaran lebih detail sebagaimana dimaksud pada ayat (4) meliputi:

• besaran beban pencemar yang masih diperbolehkan untuk dibuang pada wilayah administrasi dan/atau DAS dari masing‐masing sumber pencemar, dalam hal daya tampung beban pencemaran masih tersedia; dan/atau

• besaran beban pencemar yang harus diturunkan di wilayah administrasi dan/atau DAS dari masing‐masing sumber pencemar, dalam hal daya tampung beban pencemaran telah terlampaui.

10

The amount of actual pollutant load coming into the water source

The magnitude of the contribution of polluted water load from each source of water pollution to the water source

the amount of pollutant load that can be received by the water source without causing the water source to become polluted (TMDL)

the amount of pollutant load that is still allowed to be disposed in the administrative and / or catchment areas of each pollutant source, in the event that the pollution load capacity/TMDL is still available; and / or

the amount of pollutant load to be lowered in the administration and / or watershed area of   each pollutant source, in the event that the pollu on load capacity/TMDL has been exceeded.

Priority programs or activities in order to reduce polluted loads to achieve water quality targets that have been set in the future.

The amount of effluent discharge used as a condition of effluent discharge permit.

11

Water Quality Monitoring(Manual and Online)

Physical, Economic, Social and Cultural 

Condition

Inventory of Pollution Sources

Hydrological Conditions and Watershed Morphology

Water Quality Data

Scientific research

Location, Magnitude and Type of Contaminant Source 

Contribution

Designated uses of water/  Water Quality 

Class

Water Quality Criteria

Water Quality Standard

Load Capacity/ Allowable Pollution Load  TMDL (DTBP)

TMDL / DTBP still fulfilled

TMDL / DTBP has been exceeded

Pollution Load Allocation (ABP) is a major arrangement of pollution loads that are allowed to be disposed of:By watershed/DAS area and Administration (Spatial)According to pollutant sources (Sectoral)At certain times (Temporal)

Pollution Load Allocation (ABP) is the amount of pollutant load to be lowered:By watershed/DAS area and Administration (Spatial)According to pollutant sources (Sectoral)At certain times (Temporal)

12

WATER QUALITY‐BASED EFFLUENT STANDARD

• Article 11• (1) In the case of effluent discharge amount (concentration or load) 

based on the calculation of the capacity of the water pollution load/TMDL and the water pollution load allocation is more strict than the effluent standard of the national and regional,  then the effluent discharge amount (concentration or load) based on the calculation of the water pollution load capacity /TMDL and the allocation of water pollution loads shall be determined as the amount of effluent discharge used as a condition of effluent discharge permit.

• (2) In the case of effluent discharge amount (concentration or load)based on the calculation of water pollution load capacity/TMDL and the allocation of water pollution load is more loose than the national and regional effluent standard, hence the national effluent standard or regional effluent standard is used as a condition of effluent discharge permit.

13

WATER QUALITY‐BASED EFFLUENT DISCHARGE PERMIT

Inventory of Pollution Source s and Dominant Parameter an

Non-Point Source Point Source

Identification of Hydrology and Morfology of Water Source

Water Quality Standard and Tropic statusDevelopment of TMDL and Pollution Load Allocation

Allowable Load from Industry

National/Provincial Effluent Standard

This standard can be used for Effluent Discharge Permit

LooserStricterEffluent Discharge Standard from TMDL calculated is used for

Permit/License

Better application of waste minimization and / or wastewater

treatment technology

Decrease in production capacity

Technology‐based effluent discharge permit

14

Method of Calculating TMDL/DTBP (US‐EPA,1997)

• US‐EPA (1997) stated The sum of the individual WLAs for point sources and LAs for nonpoint sources (including natural background sources and tributaries) plus the margin of safety (MOS) is equivalent to the TMDL (i.e., TMDL= LC = WLA+LA+MOS). 

• TMDL studies utilizing field monitoring data and predictive models provide quantitative information to assist managers in making effective decisions to protect water quality. 

• Models and water quality equations are used to establish cause and effect relationships correlating incremental changes in stream water quality to changes in pollutant loading. From this correlation, optimum and desirable, but not required cost‐effective treatment levels can be specified to achieve water quality standards and criteria.

15

Metode Perhitungan DTBP Air

Total Maximum Daily Loads (DTBPs) yaitujumlah maksimum beban pencemar yang diperbolehkan dibuang ke sumber air tanpamenyebabkan sumber air tersebut tercemar

TMDL = Waste Load Allocation + Load Allocation + Background water quality + Margin of safety (MoE)DTBP = Sumber Tertentu+ Sumber Tak tentu +Kualitas air + Faktor Pengaman

16

17

MASS BALACE METHODFor Conservative Parameters

Parameter Zn

(Qs)= 0,01 m3/sec(Cs)= 0.80 mg/l

Discharge rate of waste (Qd)= 0,001 m3/secConcentration of Zn in the effluent discharge permit (Cd)?

CrBMAL (Cr)Zn= 1 mg/l)

(Qr)= Qs + Qd

Qr

Cd?Qd

Cr.Qr = Cs.Qs + Cd.Qd

18

Heavy Metal: ZincData known: Flow rate in the up stream (Qs)= 0,01 m3/secConcentrasion of Zn di the upstream (Cs)= 0.80 mg/lWater Quality Standard (Cr)Zn= 1 mg/lDischarges rate (Qd)= 0,001 m3/secFlow rate in the downstream (Qr) = Qs+QdCalculation:How much Zn concentration in waste water (Cd) might be discharges?

Cr.Qr = Cs.Qs + Cd.Qd Cd=(Cr.Qr – Cs.Qs)/Qd

= [Cr.(Qs+Qd)‐(Cs.Qs)]/QdCd = [(1.0)(0,01+0,001)−(0.8)(0,01)]/0.001

= 3 mg/l

19

Cr

Ponds 2

Ponds 4

DETERMINING CONCENTRATION AND DISHARGE RATE IN COAL MINING EFFLUENT DISCHARGE PERMIT

USING THE MASS BALANCE METHOD

Parameters: Mn dan Fe(Qs)= Flow rate in the up stream(Cs)= concentrasion of Mn&Fedi the upstream

Water Quality Standard (Cr) Mn&Fe

(Flow rate in the downstream of river (Qr)= Flow rate in the upstream of river (Qs) +Discharge rate in thePonds(1,2,3,4,5,6) Qd

Qr

Concentration of Mn&Fe in the effluent discharge permit(Cd)?

Receiving river

Cr.Qr = Cs.Qs + Cd.Qd

Ponds 1

Ponds 3Ponds 5

Ponds 6

20

Receiving Water Model (US‐EPA)

• Dynamic One‐Dimensional Model of Hydrodynamics and Water Quality (EPDRiv1)

• Stream Water Quality Model (QUAL2K), CE‐QUAL‐W2 dan CE‐QUAL‐ICM

• CONservational Channel Evolution and Pollutant Transport System (CONCEPTS)

• Environmental Fluid Dynamics Code (EFDC)• Water Quality Analysis Simulation Program (WASP)

21

Watershed Models (US‐EPA)

• Watershed Assessment Model (WAMView)• Storm Water Management Model (SWMM)• Hidrologycal Simulation Program Fotran (HSPF)• Loading Simulation Program in C++ (LSPC)• BASINS (HSPF, PLOAD, AQUATOX)• Storm Water Management Model (SWMM)• Loading Simulation Program in C++ (LSPC)• SWAT• Watershed Analysis  Risk Managemnt Framework (WARMF)

22

23