111. METODE PENELITIAN
3.1. Lokasi dan Waktu
Percobaan pengolahan air lindi limpasan dengan Sistem W F C W (Verticul Up-Flow Contmcted Nretlands), analisis kualitas air lindi limpasan influen dan effluen, analisis pertumbuhan tanaman, serta analisis kelimpahan bakteri hetetotrof dilakukan di Pusat Penelitian Limnalogi (PX)
- LIPI, Kompleks LIPI
Cibinong. Penelitian ini dilaksanakan selama 6 bulan, dimulai sejak bulan April
2006. Kegiatan yang dilakukan pada penelitian ini meliputi penyiapan konstruksi Sistem WFCW, pengoperasian Sistem WFCW, pengambilan sarnpel, analisis sampel. 3.2.
Bahan dan Alat
3.2.1. Bahan Bahan yang digunakan dalam percobaan ini adalah air lindi l i m p a n , sedimen pasir dan kerikil, arang kayu rambutan, serta tanaman (Cmuur, Hyirilla, dan Nynplzaea).
Air lindi limpasan yang digunakan berasal dari Tempat
Pembuangan Sampah Akhir (TPA) Rawa Kuciilg - Kota Tangerang. TPA Rawa Kucing merupakan TPA yang bersifat open-dunzping dan tidak berlapis (urz-liner). TPA yang bersifat open-dumping dan un-liner merupakan TPA yang umum dijumpai di Indonesia. Bahan-bahan yang digunakan untuk analisis kualitas air mencakup bahanbahan yang standar digunakan untuk analisis NH3-N, NO3-N, NO2-N, Total-N, Pod-P, Total-P, BOD5, COD, clan TSS menurut "Standard Metltod jbr tlw Examination of Waler and Wastewater" (American Public Health Association
(APHA), 1998). Bahan-bahan yang digunakan untuk menghitung kelimpahan bakteri heterotrof adalah beef airact, pepton, agar, dan demineralized water (DW).
Peralatan yang digunakan untuk percobaan pengolahan air lindi limpasan adalah konstruksi Sistem VUFCW dalam skala pilof plant yang terdiri dari: (1) dua buah tangL7 plastik berukuran 550 L (luas permukaan tangki 500 L (luas permukaan tangki
=
= 0,55
m2) dan
0,5 m"; (2) dua buah bak fiber yang masing-
masing berukuran 1 10 L (luas pennukaan masing-~nasingbak = O,28 m'); (3) tiga buah bak fiber berbentuk silinder yang masing-masing memililii luas pennukaan 3 m2 dan tinggi 80 cm; (4) pipa PVC; (5) keran; dan (6) selang. Peralatan yang digunakan untuk analisis kualitas air adalah botol sampel, botol BOD, tabung reaksi, pipet berbagai ukuran, erlenmeyer berbagai ukuran, gelas ukw berbagai ukuran, gelas piala berbagai ukuran, b u r 6 autoklaf, spektrofotometer UV-VIS, timbangan, oven, shaker, dan desikator. Selain alatalat tersebut, digunakan juga DO-trieter dan Water Qualrry ClzeckerlWQC (merk Hom'ba U-10 untuk mengukur temperatur, p y konduktivitas, dan turbiditas). Peralatan yang digunakan untuk analisis bakteri heterotrof adalah pipet, cawan petri, autoklaf, kulkas, gelas ukur, lup inokulasi, ruang aseptik (Iumirur air )'ow cabinet), vortex, clan pembakar bunsen. 33.
Konstruksi Sistem VClFCW dan Rancangan Percobaan Percobaan dilakukan pada 7 buah bakttangki yang disusun secara seri.
Tan& I difungsikan sebagai tangki influen. Bak I1 difungsikan sebap. bak sedimentasi (sedimenrafionbed). Tangki 111 difungsikan sebagai tangki adsorpsi dan filtrasi yang berisi arang kayu rambutan. Bak IV, V, dan VI difungsikan sebagai coizstructed wetla~zdsbe& (CW-Beds) yang terdiri dari sedimen dm tanaman. Bak VII difungsikan sebagai bak penjemih (clarifier bed). Foto dari konstruksi rawa buatan yang dipnakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Lampiran I dan skema dari Sistem W F C W ini dapat dilihat pada Ckimbar 10. Bak fiber untuk CW-Beds yang digunakan pada penelit~anini b e h n t u k siljnder dengan luas penampang 3 mZdan tinggi 80 cm. Masing-masing C:'U'-Bed ini diisi oleh sedimen kerihd dan pasir. Ketinggian sedimen pada CW 1 (Bak IV), CW 2 (Bak V), dan CW 3 (Bak VI) adalah 45 cm, 30 cm, dan 25 cm. S e d a n a m
ketinggian air pads masing-masing CW-Bed tersebut secara berturut-twut adalah 5 cm, 23 cm, dan 3 1 c n ~ .
Rata-rata laju aliran influen lindl limpasan yang diterapkan pada penelitian ini adalah 23,4 Lljam (= 6,5 mUdetik). Sistenl aliran influen lindi limpasan ini dibuat kontinyu.
Dengan laju a l ~ rsebesar 23,4 Lljam, maka waktu retensi
hidraulik (Hydrurrlic Refention TirneIHRT) dari keseluruhan Sistem W F C W diperkirakan adalah
* 5 hari 10 jam 5 malit 11 detik (-6
hari).
Waktu retensi
hidraulik (HRT) tersebut selain ditentukan oleh laju aliran influen, j u g dipengaruhi oleh dimensi bakltangki dan porositas sedimen Perhitungan detail tentang waktu retensi hidraulik ini disajikan pada Lampiran 2. Setiap satu periode HRT dianggap sebagai satu kali pengoperasian sistem (satu run). Percobaan ini dilaknkan sebanyak 4 run; dua run pertama dengan tingkat masukan beban COD rendah (konsentrasi rata-rata 112 m g k ) dan dua run berikntnya dengan tingkat masukan beban COD dua kali lebih besar (konsentrasi rata-rata 265 mg/L). Penerapan tingkat beban masukan COD rendah pada a \ d dimaksudkan agar Sistem W F C W dapat beraklimatisasi (beradaptasi) terhadap masukan air lindi limpasan, clan juga agar didapatkan data mengenai kemampuan Sistem VUFCW dalarn mereduksi beban bahan pencemar pada tingkat masukan beban COD rendah dan tinggi.
(Vol. 550 L. Luas permukaan = 0,jS mz)
(Fungsi: redul;si kelimpahan algae)
(vol. 110 L. Luas p u k a a n = 028 mz)
L i i (11)Bak Sedimentasi
(vol. 1 1 0 ~ . h s pertnukaaraan = 0.28 naanZ)
(111)Tangki Arang (vor. soo L. Luas permul;onn = 0,5 n12)
I
(V) CW 2: Hj.drilla (Fungsi: roduki lanjutan beban bahan organ&, scnyawa N, dan scnyawa P)
(IV) CW 1: Canna (Fungsi: reduksibeban bahan organik,seng;twa N,dan senyawa P)
Gsmbar 10. Skema Sistem W F C W
3.4.
Pengambilan dan Analisis Sampel
3.4.1.
Pengambilan dan Analisis lnfluen dan Emuen Lindi Limpasan Untuk keperluan analisis, air lindi limpasan influen (sebelum perlakuan)
dan eMuen (setelah perlakuan) masing-masing diambil sebanyak 500 mL. Influen dan effluen diambil pada setiap bak percobaan; karena sistem r a w buatan bersifat seri, maka effluen dari Bak 1 akan menjadi influen dari Bak 11, dan seterusnya. Pengambilan air sampel diambil pada hari pertama (HI) dan harj ketujuh (H7) untuk setiap run-nya, ha1 tersebut disesuaikan dengan HRT. Parameter kualitas air yang dianalisis dan lnetode analisisnya disajikan pada Tabel 6. Tabel 6. Metode analisis parameter kualitas influen dan effluen lindi limpasan Parameter - Parameter Utama NH;-N (Ammonia-Nitrogen) N02-N (Nitrit-Nitrogen) NO3-N (Nitrat-Nitrogen) Total-N PO&' (Ortho-fosfat) Total-P BODj (Riocfze~niculOxygen Dernund) COD (Chen.nticu/Oqvgen Deniund) TSS (Iblal Su.spendedSolid) - Parameter Pendukung pH Temperatur Konduktivitas Kekerulian DO (Dissolved Oxygen)
Satuan
MetoddAlat
m a mg/L m a m a
Phenate Sulfanilamide Screening methods Persulfate methods Screening methods mg/L Ascorbic acid methods m a Persulfate method Ascorbic acid methods n~g/L Winkler mg/L KMnO4 consumption rndL Gravimetry
-
WQC (Horriba U- 10)
"C mS/cm NTU mg/L
WQC (Horriba U-10) WQC (Homba U-1.0) WQC (Horriba U- LO) DO-meter
Parameter kualitas air utama yang dianalisis adalah NH3-N, NOlN, N03N, Total N, PO&,'
Total P, BODj, COD, dan TSS. Selain parameter tersebut,
diambil pula beberapa parameter kualitas air pendukung bang nlempenga~ahi karakteristik kualitas air ~tarna),yaitu: pH, temperatur, konduktivitas, kekeruhan,
dan DO.
Parameter kualitas air ini dianalisis menurut metode standar yang
tercantuln daiam "S/andardMethodjor fke 13xa1nrt7a~1on ofwafer and Wusfcwu/er (APHA, 1998). 3.4.2. Pengambilan dan Analisis Sampel Bakteri Heterotrof pada Sedimen
Pengambilan sampel bakteri heterotrof dilakukan dengan bor sedimen pada lokasi dekat tanaman agar didapatkan pula rhizoma tanaman.
Sampel
diambil pada empat titik secara menyebar agar mewakili setiap sisi CIV-Bed, sedimen tersebut kemudian dikomposit dan diambil sebagian untuk dianalisis. Penghitungan kelimpahan bakteri heterotrof dilakukan dengan teknik Total Plaie Count (TPC). Pengambilan sampel bakteri heterotrof dilakukan pada setiap CWBed. Sampel bakteri heterotrof diambil pada hari pertama (HI)dan hari ke-tujuh
(H7) untuk setiap ml-nya. 3.4.3. Pengukuran dan Analisis Sampel Tanaman Tanaman yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari tiga jenis, yaitu: Cunna, Hydrlla, dan Nymphaea. Pada setiap jenis tanaman tersebut dilakukan
pengukuran dan analisis terhadap pertumbuhannya. Cara pengukuran setiap jenis tanaman tersebut disesuaikan dengan sifat perturnbuhannya, yaitu: ( I ) Canna. Pengukuran pertumbuhan dilakukan terhadap pertambahan jumlah daun, berat basah, dan berat kering. Pendugaan berat basah dan bemt kering total Cunnu dilakukan dengan mengukur berat basah dan berat kering dari potongan daun berukuran 2 x 2 cm2, lalu hasil pengukuran tersebut diekstrapolasi dengan dugaan total luas keseluruhan daun pada Bak IV. Dalam ha1 ini diambil 4 tanaman (:an?zu sebagai sampel (dari populasi sebanyak 12). Pengukuran Cbnna dilakukan pada hari pertama (HI) dan han' ke-tujuh (H7) untuk setiap run-nya agar didapatkan data time series. ( 2 ) Nyn~phhea. Pengukuran pertumbuhan dilakukan terhadap pertambahan
jumlah daun, berat basah, dau berat kering. Pendugaan biomassa Nymphaea dilakukan dengan mengukur berat basah dan berat kering dari potongan daun berukuran 2 x 2 cm, lalu hail pengukuran tersebut diekstrapolasi dengan dugaan total luas keseluruhan daun pada Bak VI. Dalam ha1 ini diambil 3
individu Nyit~pIzucc~ sebagai sarnpel (daii populasi sebanyak 6 individu). Pengukuran N J J I I I ~ Jdilakukan ~ I U ~ U pada hari pertama (HI) dan hari ke-tujuh (H7) untuk setiap run-nya agar didapatkran data lime series. (3) HjtdriIIa. Pengukuran pertumbuhan dilakukan terhadap pertambahan berat
basah dan berat kering. Tidak seperti C:rmnu dan Nymphuea, pada H)drilrilkr~ tidak dilakukan pengukuran secara tinze series. Pengukuran Hydrillu hanya dilakukan dua kali selama masa penelitian, yaitu saat Sistem W F C W belurn menenma masukan air lindi limpasan dan pada akhir masa penelitian; hd ini dilakukan karena perturnbuhan Hj~drilfu yang sangat pesat sehingga pengukuran secara ii~trseries sulit untuk dilakukan. Untuk mendug bemt basah dan berat kering total Hydrillu pada Bak V digunakan 4 buah transek kuadrat berukuran 20 x 20 cm2 yang diletakkan secarapurpossivr pada daerah yang dianggap mewakili kepadatan Hydrilfo rendah dan tinggi. Pada saat Sistem W F C W belum rnenerima rnasukan beban air lindi limpasan, pendugaan biomassa total Hydrilk &lakukan dengan mengukur panjang seluruh tunas Hycfrilla pada setiap transek, lalu mengukur berat basah dan berat kering potongan tunas Hydrilla sepanjang 5 cin, dan kemudian mengeksptrapolasi hasil perhitungan tersebut terhadap dugaan panjang total keseluruhan tunas Hydrila pada Bak ir. Pendugaan biomassa dengn cara seperti itu dilakukan karena tunas Hydrillu beiurn terlalu padaf dan masih memungkinkan untuk diukur panjang setiap t7masnya. Pada akhir massa penelitian, pendugaan biornassa total Hydrilla dilakukan dengan mencabut seluruh tunas i/ydri/lu dari setiap transek, kemudian diukur berat basah dan berat kering dari seluruh tunas tersebut, clan terakhir - hasil pengukuran tersebut diekstrapolasi dengan luasan total Bak V.
3.5.
Analisis Data
3.5.1. Analisis Kemampuan Sistem VUFCW dalarn Mereduksi Beban Senyawa N, P, Konstituen Organik, dan TSS dalam Air L,indi Limpasan
Analisis kemainpuan sistem rawa buatan dalam rnereduksi beban senyawva
N, P, konstituen organik, dan TSS dilakukan dengan menghitung beban bahan penceniar yang berlcrang dan menghitung nilai Efisiensi Reduksi (%).
Perhitungan nilai Efisiensi Reduksi (ER) dilakukan dengan rumus (Greenway and Woolley, 2000; Birch et. nl, 2004):
dimana: ER
=
Efisiensi Reduksi (%); Load,,fl,,m,l= Loud atau bebati bahan pencernar
tertentu pada influen (g/1n2/hari); dan tertentu pada emuen (g/m2/hari).
=
Load atau beban bahan pencemar
Beban (load) bahan pencemar yang dihitung dalam ha1 ini adalah ",sztrfnce loacf',
yaitu besaran beban bahan pencemar per luasan suatu unit pengolahan
limbah. Perhitungan beban bahan pencemar yang berkurang dan perhitungan nilai ER dilakukan pada setiap parameter senyawa nitrogen, fosfor, konstituen organik, dan padatan tersuspensi (NH3-N, N02.N, NOI-N, Total N, PO4-P, Total P, BODS, COD, dan TSS). Perhitungan ini dilakukan untuk setiap tahapan (bak) perlakuan dan juga untuk keseluruhan Sistem W F C W secara kumulatif. 3.5.2. Analisis Keterkaitan antara Input Beban Senyawa N dan P dengan Pertnmbuhan Tanaman Analisis keterkaitan antara input beban senyawa N dan P dengan pertumbuhan tanaman dilakukan karena senyawa N dan P merupakan nutrien esensial yang diperlukan bagi pertumbuhan tanaman, sehingga besarnya beban senyawa N dan P dalam influen lindi limpasan diperkirakan akan mempengaruhi perhunbuhan tanaman. Parameter senyawa N dan P yang digunakan dalam analisis ini adalah TN dan TP, ha1 ini karena kedua parameter tersebut mewakili keberadaan senyawa N dan P secara keseluruhan (Greenway and Woolley, 2000). Analisis keterkaitan antara input beban senyawa N dan P dengan pertumbuhan ini dilakukan dengan regresi. Regresi dilakukan dengan inenghubungkan tiga buah variabel, yaitu: variabel pertumbuhan tanaman, input beban TN, dan input beban TP. Analisis regresi ini dilakukan dengan bantuan sofhYure Minitab versi 1.1.
3.5.3. Analisis Keterkaitan antara Berat Basah Tanaman dengan Reduksi Beban Senyawa N dan P Menumt Kimball(199S), pertumbuhan suatu organisme terbagi dalam tiga periode, yaitu: periode lamban, periode eksponen, dan periode perlambatan. Periode eksponen terjadi sebelum organisme mencapai ukuran dewasa, pada periode ini dibutuhkan energi dalam jumlah lebih banyak dibanding dua periode lainnya, karena itulah penyerapan nutrien paling banyak terjadi pada periode eksponensial. Berdasarkan teori tersebut, maka pada penelitian ini dilakukan analisis keterkaitan antara berat basah tanaman dengan reduksi beban senyawa N dan P, dengan asumsi bahwa reduksi beban senyawa N dau P paling besar terjadi pada saat tanaman belum mencapai ukuran dewasa. Penggunaan variabel berat basah tauaman pada aualisis ini dilakukan untuk merepresentasikan umur tanainan. Parameter senyawa N dan P yang di~anakanpada analisis ini adalah
TN, Po4?, dan TP. Parameter NO3-N dan P04-P digunakan karena kedua parameter tersebut mempakan bentuk senyawa N dan P yang dapat langsung dimanfaatkan oleh tanaman; sedangkan penggunaan parameter TN dan
TP dilakukan karena kedua parameter tersebut menggambarkan keberadaan senyawa N dan P secara keseluruhan. Analisis keterkaitan antara berat basah tanaman dengan reduksi beban senyawa N dan P dilakukan secara regresi. Regresi tersebut dapat bempa linear, kuadratik, atau kubik dengan kemungkinan penggunaan skala logaritmik Nilai r2 dan P-value digunakan sebagai acuan untuk inenentukan persamaan regresi terbaik yang dapat dipilih. Analisis ini dilakukan dengan bantuan sofnure Minitab versi 1.1.
3.5.4. Analisis Keterkaitan antara Input Beban Konstituen Organik dengan Perubahan Kepadatan Bakteri Eeterotrof pada Sedimen CW-Beds Analisis keterkaitan autara input beban konstituen organik dengan perubahan kepadatan bakteri heterotrof dilakukan karena bahan organik rnerupakan makanan bagi bakteri heterotrof, sehingga besanlya beban konstitueil organik dalam influen lindi limpasan diperkirakan akan mempengaruhi perubahan
kepadatan bakteri heterotrof (Sugiharto, 1987). Parameter konstituen organik yang digunakan dalam analisis ini adalah BOD5 dan COD. Analisis keterkaitan antara input beban konstituen organik dengan pembahan kepadatan bakteri heterotrof dilakukan dengan regresi. Regresi dilakukan terhadap masing-masing variabel input beban BOD5 dan COD. Regresi ini bisa bempa linear, kuadratik, atau kubik dengan kemungkinan modifikasi menggunakan skala logaritmik. Nilai
dan P-value digunakan sebagai acuan
untuk menentukan persamaan regresi terbaik yang dapat dipilih. Analisis ini dilakukan dengan bantuan sofiware Minitab versi 1.1. S.5.
Identifikasi Kesesuaian Kualitas Air Lindi Limpasan Olahan dengan Baku Mutu Air bagi Keperluan Budidaya Perikanan Air Tawar dan Peternakan, serta Irigasi Pertanian ldentifikasi kesesuaian kualitas air lindi limpasan olahan (effluen) dengan
baku mutu air bagi keperluan irigasi pertanian dilakukan berdasarkan informasi bahwa air lindi olahan &pat dimanfaatkan untuk keperluan irigasi (Landfill Leachate Website, 2005d); sedan-
identifikasi kesesuaian kualitas air lindi
limpasan olahan dengan baku mutu air bagi keperluan budidaya perikanan air tawar dan petemakan dilakukan sebagai uji coba apakah kualitas air lindi limpasan olahan yang dihasilkan oleh Sistem W F C W dapat memenuhi baku mutu air yang mensyaratkan kualitas air lebih baik. Untuk mengetahui tingkat kesesuaian ini, dilakukan perhitungan Indeks Kualitas Air US-EPA-STORET ([Jnited State - Environnzenlul Prolectlon Agency - Storage und Reh.ievul). Metode STORET yang dikembangkan oleh US-EPA ini berisj data mentah (fisika, kimia, biologi) tentang kualitas air permukaan dan air batvah tanah yang kemudian ditransformasikan menjadi suatu indeks yang dapat menyatakan tingkat kesesuaian kualitas air bagi suatu keperluan (peruntukkan) tertentu. Dengan Metode STORET ini dapat diketahui baik buruknya kualitas air pada suatu sungai atau badan air lain bagi suatu pemntukkan, serta dapat diketahui pula parameterparameter apa saja yang telah melampaui atau tidak memenuhi syarat baku mutu (Canter, 1977).
Langkah-langkah dalanl penggunaan Metode STORE'T adalah sebagal berikut (Canter, 1977):
I . Saj~kantabel hasil analisis kualitas air yang memuat semua nilai-nliai hasil penbwkuran parameter fisika, kimia, dan biologi perairan. Cantumkan nilai minimum, maksimum, dan rata-rata dari hasil pengukuran masing-masing parameter pada tabel di atas. Pada penelitian ini, parameter kualitas air yang digunakan adalah NH3-N, NOlN, NO,-N, Total N, POJ-P, Total P, BODj,
COD, TSS, kor.duktivitas, kekeruhan, pH, temperatur dan DO. 2. Pada tabel yang sama, cantumkan pula nilai baku mutu. Pada penelitian ini,
baku mutu yang digunakan adalah baku niutu air pada sumber air untuk air Kelas III dan IV (PP No. 82 Tahun 2001). Air Kelas 111 adalah air yang diperuntukkan bagi keperluan budidaya perikanan air taxvar dali peternakan, sedangkan air Keias IV adalah air yang diperuntukkan bagi keperluan irigasi pertanian. Baku rnutu air Kelas I11 dan IV dapat d~lihatpada Lampiran 3. 3. Bandingkan nilai minimum, maksimum, dan rata-rata hasii pengukuran dari
masing-masing parameter terhadap nilai baku mutu yang ditetapkan. 4. Berikan skor terhadap masing-masing parameter diatas dengan ketentuan
sebagai berikut: a. Skor no1 (0), jika nilai-nilai parameter hasil pengukuran telah memenuhi atau berada di bawah ( 5 ) nilai baku mutu yang telah ditetapkan. b. Skor (-1 sld -9), jika nilai-nilai (minimal, maksimal, rata-rata parameter) hasil pengukuran telah melewati ( 2 ) nilai baku mutu yang ditetapkan dan jumlah contoh air yang dianalisis kurang dari (<) 10. c. Skor (-2 sld -Is),jika nilai-nilai (minimal, maksimal, rata-rata) parameter hasil pengukuran tela11 melewati ( 2 ) nilai baku mutu yang ditetapkan dan jurnlah contoh air yang dianalisis lebih darilatau sama densan ( 2 ) 10. Untuk lebih jelas tentang pemberian skor pada butir b dan c di atas &pat dilihat pada Tabel 7.
Tabel 7.
Penentuan sistem nilai untuk menentukan status mutu perairan berdasarkan Metode JKA-STORET
Juml~h Contoh Air
2 10
Fisika
Parameter Kimia
Biologi
Maksin~un~
-1
-2
-3
Minimum
-2 -6
-4
-6
-12
-18
Nilai
Rata-rata
Sun~bcr:Canter (1977)
5. Setelah masing-masing pziameter memiliki nilai-nalai skor, lalu jumlahkan
nilai-nilai skor dari seluruh parameter (fisika, kimia, dan biologi) dan bandingkan jumlah tersebut terhadap Klasifikasi Mutu Air berdasarkan USEPA sebagai berikut: a. Kelas A, jumlah total skor = 0 (kualitas air tergolong sangat sesuai) b. Kelas B, jumlah total skor -1 sld -10 (kualitas air tergolong sesuai)
c. Kelas C, jumlah total skor -1 1 s/d -30 (kualitas air tergolong cukup sesuai) d. Kelas D, jumlah total skor 2 -3 1 (kualitas air tergolong tidak sesuai)
