BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.
Sistematika Pembahasan Sistematika pembahasan pada penelitian ini secara garis besar terbagi atas
6 bagian, yaitu : 1. Analisa karakteristik air limbah yang diolah. 2. Analisa penyisihan pencemar dengan variasi vegetasi pada constructed wetland. 3. Pengaruh variasi waktu detensi (td) terhadap efisiensi constructed wetland 4. Pengaruh variasi beban influen pada ABR terhadap constructed wetland. 5. Pengaruh vegetasi pada constructed wetland. 6. Perbandingan hasil penyisihan masing-masing reaktor sehingga dapat diperoleh kondisi optimal reaktor. Pembahasan dimulai dari penyisihan tiap-tiap parameter oleh tanaman Scirpus grossus untuk waktu detensi 5 hari dan 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD. Kemudian dilanjutkan dengan beban ABR 4000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari dan 7 hari. Setelah itu pembahasan dilanjutkan dengan jenis tanaman Sagittaria lancifolia untuk waktu detensi 5 hari dan 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD. Kemudian dilanjutkan dengan beban ABR 4000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari dan 7 hari. Analisa data ditampilkan dalam bentuk tabulasi dan grafik agar lebih mudah dipahami.
4.2
Baku Mutu Limbah Cair Kualitas efluen ditetapkan berdasarkan klasifikasi mutu air yang tertuang
dalam Peraturan Pemerintah No.82 tahun 2001. Menurut PP No.82 tahun 2001, klasifikasi mutu air ditetapkan menjadi 4 kelas, yaitu : a. Kelas satu, air yang diperuntukannya dapat digunakan untuk air baku air minum, dan atau peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. IV-1
b. Kelas dua, air yang peruntukkannnya dapat digunakan untuk prasarana/sarana rekreasi air, pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertamanan, dan untuk peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. a. Kelas tiga, air yang peruntukannya dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertamanan, dan atau peruntukan lain yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut. b. Kelas empat, air yang peruntukannya untuk mengairi pertamanan. Baku mutu yang digunakan dalam menganalisa hasil yang diperoleh dari penelitian ini adalah PP No. 82 tahun 2001, kelas tiga. Hal ini karena diharapkan kualitas efluen dari pengolahan dengan sistem constructed wetland dapat digunakan untuk pembudidayaan ikan air tawar, peternakan, air untuk mengairi pertamanan, dan atau peruntukan yang mensyaratkan mutu air yang sama dengan kegunaan tersebut.
4.3
Karakteristik Limbah Limbah yang digunakan pada penelitian ini adalah limbah Industri Tahu
dan Rumah Pemotongan Hewan (RPH) yang berlokasi di Dago Bengkok, Bandung. Konsentrasi zat yang terkandung dalam limbah tersebut berfluktuasi sesuai dengan jumlah produksi dan jumlah air bersih yang digunakan. Karakteristik limbah Industri Tahu dan RPH yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 4.1. Dari Tabel 4.1 dapat dilihat limbah RPH dan limbah tahu memilki kandungan zat organik tinggi, terlihat dari kandungan BOD dan COD yang tinggi. Kandungan bahan organik yang tinggi dapat menjadi sumber makanan untuk pertumbuhan mikroba. Hal ini dapat mereduksi kandungan O2 terlarut dalam air. Bila O2 terlarut dalam air habis sama sekali karena kadar bahan organik yang tinggi, maka akan timbul bau busuk (karena kondisi air menjadi anaerob) dan warna air menjadi gelap. Berdasarkan nilai baku mutu, COD dan BOD berada di
IV-2
atas baku mutu yang telah ditetapkan sehingga dibutuhkan pengolahan agar limbah tersebut aman untuk dibuang ke badan air.
Tabel 4.1 Karakteristik Limbah Industri Tahu dan RPH yang Digunakan dalam Penelitian Kelas (*) Parameter
Limbah Tahu
Limbah RPH
Satuan o
Baku Mutu
Lemah
Sedang
Kuat
C
-
-
-
-
(**)
Temperatur
23,5 – 25
23,7-25,2
pH
4,63 – 5,15
6,64 – 7,05
-
-
-
-
6–9
COD
6136 – 8782,8
10400 – 10809,6
mg/L
250
500
1000
50
BOD
3630 – 3650
2500 – 3740
mg/L
110
220
400
6
NTK
50,4 – 202,48
44,8 – 214,36
mg/L
20
40
85
-
Fosfat
0,15– 1,72
0,381 – 5,38
mg/L
4
8
15
1
TSS
8935 – 13824
3930 – 5053
mg/L
350
720
1200
400
Sumber : *) Metcalf & Eddy, 1991
(**) Baku Mutu PP No.82 tahun 2001 golongan III
Tingginya kandungan zat organik pada limbah tahu dapat berasal dari penggunaan bahan baku yaitu kacang kedelai, sedangkan pada limbah RPH berasal dari darah dan kotoran ayam. Konsentrasi BOD dan COD pada limbah tersebut berkisar antara 6136 – 10809,6 mg/l dan 2500 – 3740 mg/l, sehingga dapat diklasifikasikan ke dalam kelas limbah kuat. Perbandingan BOD dan COD untuk limbah RPH berkisar 0,24-0,34 sedangkan limbah tahu sebesar 0,4-0,59. Nilai perbandingan BOD : COD ini menunjukkan bahwa kedua jenis limbah bersifat less biodegradable, bahkan lebih cenderung bersifat non biodegradable. Hal ini menjadi hambatan yang cukup berarti bagi proses pengolahan secara biologis, sehingga pada penelitian ini masih perlu dilakukan penambahan glukosa sebagai substrat selain dari kedua jenis limbah asli tersebut. Kandungan nitrogen dalam NTK pada limbah tahu berkisar 50,4 – 202,48 mg/l dan pada limbah RPH 44,8 – 214,36 mg/l. Kedua limbah tersebut termasuk ke dalam kelas limbah kuat. Kandungan nitrogen dalam limbah tersebut dapat berasal dari senyawa-senyawa organik. Nitrogen sangat penting bagi pertumbuhan mikroorganisme dan tumbuhan, dikenal sebagai nutrien atau biostimulan. Data tentang nitrogen dibutuhkan untuk mengevaluasi kemampuan pengolahan air
IV-3
limbah dengan proses biologis. Kurangnya nitrogen pada air limbah mengharuskan penambahan nitrogen agar pengolahan air limbah tersebut dapat berjalan dengan baik. Nilai total fosfat untuk limbah tahu lebih kecil daripada limbah RPH. Nilai total fosfat untuk limbah tahu berkisar antara 0,15 – 1,72 mg/L, termasuk ke dalam kelas limbah lemah, sedangkan untuk limbah RPH nilai total fosfat termasuk ke dalam kelas limbah sedang, dengan nilai 0,381 – 5,375 mg/L. Pada limbah RPH yang berkonstribusi besar pada nilai fosfat yaitu darah dan kotoran ayam. Sama halnya dengan nitrogen, fosfat sangat penting bagi pertumbuhan mikroorganisme dan tumbuhan. Kandungan fosfat yang berlebih dapat menyebabkan alga blooming, untuk mengendalikannya dilakukan dengan mengatur pemasukan fosfat ke dalam air limbah. Konsentrasi total solid (TS) berkisar antara 3930 - 13824 mg/l, dapat diklasifikasikan ke dalam kelas limbah kuat. Apabila dibandingkan dengan baku mutu yang berlaku, nilai TS ini jauh melampaui baku mutu yaitu 1400 mg/l. Tingginya kandungan total solid dalam limbah tahu dan RPH dapat mengganggu proses pengolahan pada constructed wetland. Hal ini dapat menyebabkan clogging yang pada akhirnya dapat menurunkan efisiensi pengolahan dan hydraulic conductivity. Oleh sebab itu diperlukan pengolahan pendahuluan sebelum limbah masuk ke dalam sistem constructed wetland, dalam hal ini anaerobic baffled reaktor (ABR) digunakan sebagai pengolahan awal sebelum masuk ke dalam constructed wetland, pengolahan dengan ABR dilakukan oleh peneliti lain. Karakteristik efluen dari ABR dapat dilihat pada Tabel 4.2. Pada tabel tersebut dapat dilihat bahwa pengolahan dengan ABR mampu menyisihkan total solid sebesar 64-65%. Dengan konsentrasi total solid yang lebih kecil diharapkan masalah clogging pada constructed wetland dapat dihindari. Pada Tabel 4.2 efluen dari ABR, kecuali total solid, belum memenuhi baku mutu PP No.82 tahun 2001 golongan III sehingga diperlukan pengolahan lanjutan yaitu dengan menggunakan constructed wetland. Perbandingan nilai BOD : COD setelah melewati pengolahan di ABR adalah 0,27- 0,36. Hal ini
IV-4
menunjukan terjadinya penyisihan parameter organik biodegradable setelah melewati pengolahan ABR sehingga sisa organik pada efluen ABR cenderung bersifat non biodegradable. Pada constructed wetland mekanisme penyisihan tidak hanya melalui proses biologi, tetapi juga dapat melalui penyerapan oleh media dan tanaman, pengendapan, penguapan, dan transformasi secara kimia. Tabel 4.2 Karakteristik Efluen Anaerobic Baffled Reactor ABR 1 Efluen Efisiensi (mg/l) (%) 252 87
ABR 2 Efluen Efisiensi (mg/l) (%) 315.6 85
Baku mutu
Parameter
Influen (mg/l)
COD
3439
TS
3444.00
1128.67
65.83
1166.00
64.13
1400
Fosfat
3.32
2.19
34.17
2.09
36.89
1
NTK
79.12
35.36
46.09
39.91
43.13
-
BOD
1609.04
90.26
94.37
86.37
94.75
6
(*) 50
Sumber : *) Baku Mutu PP No.82 tahun 2001 golongan III
4.4 Penyisihan Pencemar pada Subsurface Constructed Wetland dengan Menggunakan Tanaman Scirpus grossus Parameter yang dianalisa pada percobaan ini terdiri dari parameter utama air buangan yaitu COD, BOD, NTK, total fosfat dan total solid. Untuk parameter COD dilakukan analisa setiap dua kali sehari yaitu pukul 9 pagi dan pukul 3 sore, pemilihan waktu pengambilan sampel ini dengan pertimbangan kondisi lingkungan yang tidak jauh berbeda. Walaupun pada siang hari memiliki interval waktu yang lebih pendek, namun aktivitas biologi lebih banyak terjadi pada siang hari . Untuk parameter lainnya dilakukan pada saat kondisi tunak. Dilakukan pengukuran influen dan efluen pada reaktor untuk memperoleh efisiensi. Reaktor yang digunakan untuk tanaman ini terdiri dari dua reaktor yaitu reaktor A dengan waktu detensi 5 hari dan reaktor D dengan waktu detensi 7 hari. influen COD yang digunakan pada constructed wetland tergantung dari hasil keluaran ABR dimana pada ABR dilakukan variasi beban pengolahan yaitu 3000 mg/l COD dan 4000 mg/l COD. Efisiensi penyisihan kedua reaktor ini dibandingkan sehingga diperoleh waktu detensi yang paling optimal untuk masing-masing beban pengolahan.
IV-5
4.4.1 Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 3000 mg/l COD Penyisihan COD COD (Chemical Oxygen Demand) merupakan salah satu parameter pencemar yang menunjukan kandungan organik yang terdapat pada limbah. Test ini mengukur limbah dalam bentuk kuantitas total oksigen yang dibutuhkan untuk oksidasi bahan organik secara kimia. Pada saat beban pengolahan di ABR 3000 mg/l, konsentrasi COD influen pada reaktor A berkisar 239,8-566 mg/l dengan rata-rata 414,9 mg/l, sedangkan konsentrasi COD efluen 13,3-144 mg/l dengan rata-rata 37,9 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A sekitar 74,3-96,4 % dengan rata-rata 90,6 %. Konsentrasi COD influen pada reaktor D berkisar 38-569,4 mg/l dengan rata-rata 367 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 3,2-52,7 mg/l dengan rata-rata 33,5 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor D sekitar 75-95,3% dengan rata-rata 91 %. Efluen rata-rata pada penyisihan COD dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 50 mg/l. Hasil pengukuran COD influen dan efluen serta efisiensi tingkat penyisihan untuk kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.1. Berdasarkan Gambar 4.1 diketahui bahwa pada waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan COD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 91%.
Gambar 4.1 Efisiensi penyisihan COD pada reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD
IV-6
Peyisihan BOD Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri untuk menguraikan hampir semua zat organis yang terlarut dan sebagian zat organis yang
tersuspensi dalam air limbah. Dalam hal ini diinterpretasikan bahwa
senyawa organik merupakan makanan bagi bakteri dan energi merupakan derivat dari proses penguraian tersebut (Sawyer, 1994). Makin tinggi angka BOD, maka air semakin tercemar. Konsentrasi BOD influen pada reaktor A dan D sebesar 178 mg/l dan 176 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 18,2 mg/l dan 8,76 mg/l. Efluen pada penyisihan BOD dengan beban ABR3000 mg/l COD belum memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 89,8 dan 95 %. Perbandingan tingkat penyisihan BOD pada kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.2. Berdasarkan Gambar 4.2 diketahui bahwa pada waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan BOD lebih tinggi
dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 95 %.
IV-7
Gambar 4.2 Perbandingan tingkat penyisihan BOD pada reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD
Penyisihan NTK Konsentrasi NTK influen pada reaktor A dan D sebesar 40,62 mg/l dan 30,8 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 16,8 mg/l dan 19,6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 58,6 % dan 36,4 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.3. Berdasarkan Gambar 4.3 diketahui bahwa pada waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 3000 mg/l.memiliki efisiensi penyisihan NTK lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 58,6 %.
Gambar 4.3 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD
Penyisihan Total Fosfat Konsentrasi total fosfat influen pada reaktor A dan D sebesar 2,65 mg/l dan 2,98 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 0,625 mg/l dan 0,73 mg/l. Efluen pada penyisihan total fosfat dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 76,42 % dan 75,5 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.4.
IV-8
Berdasarkan Gambar 4.4 diketahui bahwa pada waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD memiliki efisiensi lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 76,42 %.
Gambar 4.4 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor A dan reaktor D dengan beban 3000 mg/l COD
Penyisihan Total Solid Konsentrasi total solid influen pada reaktor A dan D sebesar 1910 mg/l dan 500 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 792 mg/l dan 228 mg/l. Efluen pada penyisihan total solid dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1400 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 58,53 % dan 54,4 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.5. Berdasarkan Gambar 4.5 diketahui bahwa pada waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan total solid lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 58,53 %.
IV-9
Gambar 4.5 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 3000 mg/l COD 4.4.2 Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 4000 mg/l COD Pada saat beban pengolahan di ABR 4000 mg/l, konsentrasi COD influen pada reaktor A berkisar 65-995 mg/l dengan rata-rata 615,7 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 7,5-51 mg/l dengan rata-rata 44,7 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A sekitar 66,6-98,1 % dengan rata-rata 92 %. Konsentrasi influen COD pada Reaktor D berkisar 340-1495 mg/l dengan rata-rata 1202 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 8,5-45 mg/l dengan rata-rata 21,2 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor D sekitar 92,7-99,2 % dengan rata-rata 98,29 %. Efluen rata-rata penyisihan COD dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 50 mg/l. Hasil pengukuran COD influen dan efluen serta efisiensi tingkat penyisihan untuk kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.6. Berdasarkan Gambar 4.6 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan COD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari
IV-10
yaitu dengan nilai efisiensi 98,3 %.
Gambar 4.6 Efisiensi penyisihan COD pada reaktor A
dan reaktor dengan
beban ABR 4000 mg/l COD
Peyisihan BOD Konsentrasi BOD influen pada reaktor A dan D sebesar 131 mg/l dan 139,2 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 21,4 mg/l dan 10,2 mg/l. Efluen pada penyisihan BOD dengan beban ABR 4000 mg/l COD belum memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 83,6 % dan 92,7 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.7. Berdasarkan Gambar 4.7 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan BOD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 92,7 %
Gambar 4.7 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD
Penyisihan NTK
IV-11
Konsentrasi NTK influen pada reaktor A dan D sebesar 36,4 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 16,8 mg/l dan 33,6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 53,85 % dan 7,7 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.8. Berdasarkan Gambar 4.8 diketahui bahwa waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan NTK lebih tinggi dibandingkan waktu
detensi 7 hari
yaitu
dengan
efisiensi
53,85 %.
nilai
Gambar 4.8 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD
Penyisihan Total Fosfat Konsentrasi total fosfat influen pada reaktor A dan D sebesar 0,83 mg/l dan 1,39 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 0,55 mg/l dan 0,35 mg/l. Efluen pada penyisihan total fosfat dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 33,9 % dan 74,6 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.9. Berdasarkan Gambar 4.9 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan total fosfat lebih baik dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 74,64 %.
IV-12
Gambar 4.9 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD Penyisihan Total Solid Konsentrasi total solid influen pada reaktor A dan D sebesar 1744 mg/l dan 1700 mg/l, sedangkan efluen reaktor A dan D sebesar 580 mg/l dan 640 mg/l. Efluen pada penyisihan total solid dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1400 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor A dan D sebesar 66,74 % dan 62,35%. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar
4.10.
Gambar 4.10 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor A dan reaktor D dengan beban ABR 4000 mg/l COD Berdasarkan Gambar 4.10 diketahui bahwa waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 4000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan total solid lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 66,74 %.
IV-13
pH dan Temperatur Parameter pendukung yang juga dianalisa yaitu pH dan temperatur. pH influen dan efluen pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Scirpus grossus telah memenuhi baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah yaitu 6-9. pH pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Scirpus grossus dapat dilihat pada Tabel 4.3.
Tabel 4.3 pH pada Pengolahan dengan Menggunakan Tanaman Scirpus grossus Reaktor A (Scirpus grossus, td 5 hari) D (Scirpus grossus, td 7 hari)
Dengan Beban ABR 3000 mg/l COD influen efluen
Dengan Beban ABR 4000 mg/l COD influen Efluen
Baku mutu
6,8
7,78
8,2
8,23
6-9
7,08
7,21
6,94
8,2
6-9
Ketika mengalami pengolahan melalui constructed wetland terjadi peningkatan pH pada efluen. Hal ini disebabkan tanah lapisan atas dapat berfungsi sebagai buffer guna menstabilkan pH. Apabila pH kurang dari 5 dan lebih besar dari 10, maka proses-proses aerobik biologis dapat menjadi sangat kacau. Karena alasan inilah seringkali perlu untuk mengendalikan pH secara buatan dalam suatu susunan yang cocok untuk organisme-organisme khusus yang terlibat dalam pembenahan air limbah dengan proses biologis. Temperatur rata-rata untuk influen dan efluen adalah 26 0C. Nilai temperatur ini merupakan temperatur optimum dimana pada temperature 24-35oC bakteri berkembang dengan baik. Suhu air berguna dalam memperlihatkan kecenderungan aktifitas-aktifitas kimiawi dan biologis. Pertumbuhan dan kematian jasad-jasad renik diatur sampai suatu tingkat tertentu. 4.5 Penyisihan Pencemar pada Subsurface Constructed Wetland dengan Menggunakan Tanaman Sagittaria lancifolia Reaktor yang digunakan untuk tanaman Sagittaria lancifolia terdiri dari dua reaktor yaitu reaktor B dengan waktu detensi 5 hari dan reaktor C dengan IV-14
waktu detensi 7 hari. Variasi beban COD yang digunakan pada ABR adalah 3000 mg/l COD dan 4000 mg/l COD.
4.5.1 Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 3000 mg/l COD Penyisihan COD Konsentrasi COD pada influen reaktor B berkisar 126-576,7 mg/l dengan rata-rata 371 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 8,3-44 mg/l dengan rata-rata 21 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B sekitar 92,1-96 % dengan rata-rata 94%. Konsentrasi COD pada influen reaktor C berkisar 64-551,4 mg/l dengan rata-rata 407 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 12,3-48,7 mg/l dengan rata-rata 16,1 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor C sekitar 76-97,6 % dengan rata-rata 95,74 %. Efluen rata-rata pada penyisihan COD dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 50 mg/l. Hasil pengukuran COD influen dan efluen serta efisiensi tingkat penyisihan untuk kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.11. Berdasarkan Gambar 4.11 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban 3000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan COD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 95,74 %.
Gambar 4.11 Efisiensi penyisihan COD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD
IV-15
Peyisihan BOD Konsentrasi BOD influen pada reaktor B dan C sebesar 178 mg/l dan 195,4 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 10 mg/l dan 7,37 mg/l. Efluen pada penyisihan BOD dengan beban ABR 3000 mg/l COD belum memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 94,3 dan 96,23 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.12. Berdasarkan Gambar 4.12 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan BOD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 96,23 %.
Gambar 4.12 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD
Penyisihan NTK
IV-16
Konsentrasi NTK influen pada reaktor B dan C sebesar 40,62 mg/l dan 30,8 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 12,6 mg/l dan 16,8 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 68,98 dan 45,45 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.13. Berdasarkan Gambar 4.13 diketahui bahwa waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 3000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan NTK lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 68,98 %.
Gambar 4.13 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD Penyisihan Total Fosfat Konsentrasi total fosfat influen pada reaktor B dan C sebesar 2,65 mg/l dan 2,98 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 0,358 mg/l dan 0,199 mg/l. Efluen pada penyisihan total fosfat dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 86,5 dan 93,3 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.14. Berdasarkan Gambar 4.14 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan total fosfat lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan efisiensi 93,3 %.
IV-17
Gambar 4.14 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD
Penyisihan Total Solid Konsentrasi total solid influen pada reaktor B dan C sebesar 1910 mg/l dan 500 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 1160 mg/l dan 252 mg/l. Efluen pada penyisihan total solid dengan beban ABR 3000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1400 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 39,27 dan 49,6 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.15.
Gambar 4.15 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 3000 mg/l COD
IV-18
Berdasarkan Gambar 4.15 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 3000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan total solid lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 49,6 %.
4.5.2 Penyisihan Pencemar dengan Beban ABR 4000 mg/l COD Penyisihan COD Konsentrasi COD pada influen reaktor B berkisar 200-885 mg/l dengan rata-rata 602,5 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 11-43 mg/l dengan rata-rata 19,08 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B sekitar 82-98,54 % dengan rata-rata 96,67%. Konsentrasi COD pada influen reaktor C berkisar 655-1310 mg/l dengan rata-rata 971,4 mg/l, sedangkan konsentrasi efluen berkisar 8,5-51,5 mg/l dengan rata-rata 16,9 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor C sekitar 93,8 -98,9 % dengan rata-rata 98,3 %. Efluen rata-rata pada penyisihan COD dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 50 mg/l. Hasil pengukuran COD influen dan efluen serta efisiensi tingkat penyisihan
untuk kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.16.
Gambar 4.16 Grafik penyisihan COD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD
IV-19
Dari Gambar 4.16 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan COD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 98,3 %. Peyisihan BOD Konsentrasi BOD influen pada reaktor B dan C sebesar 131,04 mg/l dan 139,2 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 9,16 mg/l dan 8,1 mg/l. Efluen pada penyisihan BOD dengan beban ABR 4000 mg/l COD belum memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 6 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 93 dan 94,2 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.17. Berdasarkan Gambar 4.17 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l memiliki efisiensi penyisihan BOD lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 94,18 %.
Gambar 4.17 Perbandingan tingkat penyisihan BOD reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD Penyisihan NTK Konsentrasi NTK influen pada reaktor B dan C sebesar 36,4 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 14 mg/l dan 28 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 61,54 % dan 23,08 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.18.
IV-20
Gambar 4.18 Perbandingan tingkat penyisihan NTK reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD
Berdasarkan Gambar 4.18 diketahui bahwa waktu detensi 5 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan NTK lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 7 hari yaitu dengan nilai efisiensi 61,54 %. Penyisihan Total Fosfat Konsentrasi total fosfat influen pada reaktor B dan C sebesar 0,83 mg/l dan 1,39 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 0,54 mg/l dan 0,29 mg/l. Efluen pada penyisihan total fosfat dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 35,71 % dan 78,57 %. Perbandingan tingkat penyisihan pada kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.19. Berdasarkan Gambar 4.19 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan total fosfat lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 78,57 %.
IV-21
Gambar 4.19 Perbandingan tingkat penyisihan total fosfat reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD
Penyisihan Total Solid Konsentrasi total solid influen pada reaktor B dan C sebesar 1744 mg/l dan 1700 mg/l, sedangkan efluen reaktor B dan C sebesar 1178 mg/l dan 383 mg/l. Efluen pada penyisihan total solid dengan beban ABR 4000 mg/l COD telah memenuhi baku mutu PP No 82 tahun 2001 golongan III yaitu 1400 mg/l. Efisiensi yang diperoleh pada reaktor B dan C sebesar 32,45 % dan 77,47 %. Perbandingan tingkat penyisihan kedua reaktor dapat dilihat pada Gambar 4.20.
Gambar 4.20 Perbandingan tingkat penyisihan total solid reaktor B dan reaktor C dengan beban ABR 4000 mg/l COD Berdasarkan Gambar 4.20 diketahui bahwa waktu detensi 7 hari dengan beban ABR 4000 mg/l COD memiliki efisiensi penyisihan total solid lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari yaitu dengan nilai efisiensi 77,47 %.
IV-22
pH dan Temperatur pH influen dan efluen pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia telah memenuhi baku mutu yang ditetapkan oleh pemerintah yaitu 6-9. Temperatur rata-rata pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia adalah 26 0C. pH pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia dapat dilihat pada Tabel 4.4. Tabel 4.4 pH pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia Reaktor
Dengan Beban ABR 3000 mg/l COD Influen efluen
B (Sagittaria lancifolia, td 5 hari) C (Sagittaria lancifolia, td 7 hari)
Dengan Beban ABR 4000 mg/l COD influen Efluen
Baku mutu
6,8
7,11
8,2
8,1
6-9
7,08
7,63
6,94
8,5
6-9
Sama halnya dengan pengolahan menggunakan tanaman Scirpus grossus pada pengolahan dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia terjadi peningkatan pH pada efluen. Temperatur rata-rata untuk influen dan efluen adalah 26 0C. Nilai temperatur ini termasuk temperatur optimum sehingga bakteri dapat berkembang dengan baik.
4.6 Pola Pertumbuhan Tanaman Selama penelitian berlangsung dilakukan pengamatan dan pencatatan pertumbuhan tanaman pada reaktor constructed wetland. Pengamatan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh pertumbuhan tanaman pada efisiensi pengolahan, Pertumbuhan tanaman yang dapat dilihat adalah tinggi dan jumlah rumpun. Tinggi dan jumlah rumpun dicatat setiap 2 hari sekali pada beban ABR 3000 mg/l COD. Pertumbuhan jumlah rumpun pada tanaman Sagittaria lancifolia maupun Scirpus grossus tidak jauh berbeda, dalam waktu dua minggu jumlah rumpun baru dapat mencapai 5 rumpun. Akan tetapi pertumbuhan jumlah daun pada Sagittaria lancifolia berlangsung lebih cepat. Dalam waktu dua minggu jumlah daun baru
IV-23
pada Sagittaria lancifolia dapat mencapai 7 daun, sedangkan Scirpus grossus mencapai 4 daun. Pada variasi waktu detensi tidak terlihat perbedaan jumlah rumpun secara signifikan, pada waktu detensi 7 hari kedua jenis tanaman memiliki jumlah rumpun lebih banyak dibandingkan waktu detensi 5 hari dengan selisih 1-3 rumpun. Pertumbuhan tinggi pada tanaman Scirpus grossus dan Sagittaria lancifolia sangat berbeda. Pada tanaman Scirpus grossus tinggi tanaman dapat mencapai 120 cm, sedangkan pada Sagittaria lancifolia tinggi maksimum mencapai 60 cm. pola pertumbuhan tinggi tanaman Scirpus grossus dan Sagittaria lancifolia dengan beban ABR 3000 mg/l COD dapat dilihat pada Gambar 4.21. Pengamatan tinggi tanaman pada Scirpus grossus dimulai pada tinggi tanaman yang seragam yaitu 15 cm . Penyeragaman dilakukan dengan cara pemotongan tinggi batang sehingga diperoleh tinggi awal yang sama. Pertumbuhan tinggi tanaman lebih cepat pada waktu detensi 7 hari dan pada titik outlet. Terdapat hubungan antara efisiensi pengolahan dengan pertumbuhan tinggi tanaman, dimana pada waktu detensi 7 hari efisiensi penyisihan organik berlangsung lebih cepat. Pada outlet pertumbuhan tinggi tanaman lebih cepat, hal ini dapat terjadi karena pada titik outlet diperkirakan mikroorganisme pada tanah telah mengkonversi pencemar menjadi senyawa sederhana yang dapat diabsorpi oleh tanaman.
Gambar 4.21 Pola pertumbuhan tinggi tanaman Scirpus grossus dan Sagittaria lancifolia.
IV-24
Pada tanaman Sagittaria lancifolia tinggi tanaman mulai dihitung pada tinggi yang berbeda-beda karena bentuk morfologi daunnya tidak memungkinkan dilakukan pemotongan untuk menyamakan tinggi awal tanaman. Bila dilakukan pemotongan maka daun tanaman akan terpotong dan dalam waktu 3-4 hari tanaman akan mati. Dari Gambar 4.21 dapat dilihat pertumbuhan tinggi tanaman relatif sama untuk waktu detensi dan titik pengambilan sampel yang berbeda sehingga tidak dapat diambil suatu hubungan antara tinggi tanaman dengan efisiensi pengolahan. Hubungan antara pertumbuhan tanaman dengan efisiensi pengolahan pada Sagittaria lancifolia lebih representatif bila ditunjukkan oleh jumlah rumpun. Dari pengamatan jumlah rumpun diketahui bahwa pada waktu detensi 7 hari Sagittaria lancifolia memiliki jumlah rumpun lebih banyak walaupun tidak secara signifikan. Pada waktu detensi 7 hari Sagittaria lancifolia memiliki efisiensi pengolahan organik dan fosfat lebih tinggi. Secara umum dapat diambil suatu kesimpulan bahwa terdapat suatu hubungan yang linier antara pertumbuhan tanaman dengan efisiensi pengolahan zat pencemar pada limbah. Untuk mengetahui hubungan pertumbuhan tanaman dengan efisiensi pengolahan yang lebih representatif dapat dilakukan perhitungan pembentukan biomassa pada tanaman. Selisih biomassa akhir dengan biomassa awal merepresentasikan jumlah pencemar yang diserap oleh tanaman.
4.7 Pengaruh Variasi Waktu Detensi Variasi waktu detensi pada Sagittaria lancifolia Pada reaktor dengan tanaman Sagittaria lancifolia penyisihan tertinggi untuk setiap parameter kecuali NTK terjadi pada waktu detensi yang lebih lama (7 hari) baik pada beban ABR 3000 mg/l COD maupun beban ABR 4000 mg/l COD. Perbandingan efisiensi dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan untuk tanaman Sagittaria lancifolia dapat dilihat pada Gambar 4.22.
IV-25
Gambar 4.22 Perbandingan efisiensi dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan untuk Sagittaria lancifolia Pada penyisihan COD dan BOD dengan menggunakan tanaman Sagittaria lancifolia efisiensi tertinggi terjadi pada waktu detensi 7 hari sebesar 95,7 % dan 96,2% (Beban ABR 3000 mg/l COD); 98,3% dan 94,2 % (Beban ABR 4000 mg/l COD). Hasil dari percobaan Sonie (2007) dengan menggunakan constructed wetland horizontal subsurface flow bersekat pada waktu detensi 3 hari dan 5 hari dengan beban ABR
600 mg/l COD memiliki efisiensi tertinggi pada waktu
detensi 5 hari yaitu sebesar 81,82-84,38%, dan efisiensi penyisihan BOD sebesar 85,14%. Menurut meutia (2002), kemampuan constrcted wetland menyisihkan COD sebesar 73-97 % dan BOD sebesar 80-95%. Dengan demikian hasil yang diperoleh penulis sesuai dengan literatur, pada waktu detensi yang lebih lama (7 hari) memberikan nilai efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan waktu detensi 5 hari. Hal ini dapat terjadi karena pada waktu detensi yang lebih lama kontak antara pencemar dengan bakteri maupun akar tanaman semakin lama sehingga terjadi penguraian zat organik yang lebih banyak. Penyisihan NTK tertinggi terjadi pada waktu detensi 5 hari sebesar 69 % (Beban ABR 3000 mg/l COD) dan 61,5 % (Beban ABR 4000 mg/lo COD). Hasil percobaan Sonie (2007) untuk penyisihan NTK tertinggi terjadi pada waktu detensi 5 hari dengan efisiensi sebesar 95,31%. Dengan demikian penyisihan NTK paling tinggi terjadi pada waktu detensi yang lebih cepat (5 hari).
IV-26
Peran tanaman pada constructed wetland secara langsung dalam penghilangan senyawa nitrogen relatif kecil. Penyerapan nitrogen oleh tanaman hanya berkisar 10-16 % dari senyawa nitrogen yang terlarut di dalam air (Gersbeg, 1985). Sebagian besar penghilangan senyawa nitrogen dilakukan oleh bakteri melalui proses amonifikasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi. Waktu detensi pada constructed wetland untuk penyisihan NTK memiliki waktu optimum. Jika waktu detensi yang digunakan pada constructed wetland terlalu lama maka kandungan oksigen di dalam tanah akan menurun sehingga proses nitrifikasi dapat terganggu karena proses ini membutuhkan oksigen dan bila tercipta kondisi anaerob maka sejumlah amonium akan terbentuk dalam tanah. Tanaman akuatik mempunyai peran yang tidak langsung tetapi sangat penting yaitu sebagai tempat pelengketan mikroorganisme dan menyuplai oksigen melalui akar sehingga mendukung pertumbuhan bakteri aerob. Sisa-sisa bagian tanaman yang mati menjadi sumber karbon organik yang diperlukan oleh bakteri sebagai sumber energi dalam proses denitrifikasi, yaitu perubahan nitrat menjadi gas N2. Akar tanaman akuatik juga dapat menyaring partikel padat yang mengandung nitrogen (Liehr, et al., 2000). Penyisihan total fosfat tertinggi terjadi pada waktu detensi 7 hari yaitu dengan efisiensi sebesar 93,3 % (Beban ABR 3000 mg/l COD) dan 78,6 % (Beban ABR 4000 mg/l COD). Hasil percobaan Sonie (2007) untuk penyisihan total fosfat pada waktu detensi 5 hari dan beban pengolahan 600 mg/l memiliki efisiensi 75,19 %. Dengan demikian dengan waktu detensi yang lebih lama (7 hari) penyisihan total fosfat semakin meningkat. Pada waktu detensi yang lebih lama kontak antara pencemar dengan bakteri maupun akar tanaman semakin lama sehingga terjadi penguraian fosfat oleh bakteri dan penyerapan fosfat oleh tanaman semakin banyak. Penyisihan total solid tertinggi terjadi pada waktu detensi 7 hari dengan efisiensi sebesar 49,6% (Beban ABR 3000 mg/l COD) dan 77,5 % (Beban ABR 4000 mg/l COD). Hasil percobaan Sonie (2007) untuk penyisihan total solid dengan reaktor horizontal subsurface flow tanpa sekat pada beban pengolahan 600 mg/l memiliki efisiensi tertinggi pada waktu detensi 5 hari yaitu 35,5%. Dengan demikian dengan waktu detensi yang lebih lama (7 hari) penyisihan total solid IV-27
semakin tinggi. Penyisihan total solid terjadi melalui proses sedimentasi dan filtrasi. Pada waktu detensi lebih lama kontak antara partikel solid dengan media, akar dan biofilm semakin lama sehingga terjadi tingkat penyisihan yang lebih besar. Mekanisme filtrasi pada sistem constructed wetland tergantung pada bentuk perakaran tanaman, dan ukuran media yang digunakan pada constructed wetland. Jika ukuran media yng digunakan semakin kecil dan akar tanaman memiliki banyak serabut maka efisiensi penyisihan total solid akan semakin besar. Variasi waktu detensi pada Scirpus grossus Perbandingan efisiensi dengan variasi waktu detensi pada beban ABR 3000 mg/l COD dan 4000 mg/l COD untuk tanaman Scirpus grossus dapat dilihat pada Gambar 4.23. Penyisihan pada tanaman Scirpus grossus memiliki pola yang hampir sama dengan penyisihan pada tanaman Sagittaria lancifolia dimana efisiensi penyisihan COD dan BOD tertinggi terjadi pada waktu detensi 7 hari dan efisiensi penyisihan NTK tertinggi pada waktu detensi 5 hari. Pada tanaman Scirpus grossus efisiensi penyisihan total solid tertinggi terjadi pada waktu detensi 5 hari, sedangkan penyisihan total fosfat bervariasi.
Gambar 4.23 Perbandingan efisiensi dengan variasi detensi pada beban pengolahan untuk Scirpus grossus Efisiensi penyisihan total fosfat tertinggi pada beban ABR 3000 mg/l COD terjadi pada waktu detensi 5 hari, namun pada beban ABR 4000 mg/l COD IV-28
efisiensi tertinggi terjadi pada waktu detensi 7 hari. Pada beban ABR 3000 mg/l COD perbedaan nilai efisiensi tidak signifikan sehingga pengaruh waktu detensi sangat kecil, sedangkan pada beban ABR 4000 mg/l perbedaan nilai efisiensi sangat signifikan sehingga pengaruh waktu detensi sangat besar. Secara umum dapat dikatakan tingkat penyisihan total fosfat tertinggi terjadi pada waktu detensi yang lebih lama (7 hari). Penyisihan fosfor terjadi melalui penyerapan oleh tanaman dan absorpsi oleh media yang dilewatinya. Pada waktu detensi yang lebih lama kontak antara pencemar dengan akar tanaman dan media semakin lama sehingga terjadi penyerapan oleh tanaman dan absorpsi oleh media yang semakin tinggi. Penyisihan total solid tertinggi pada tanaman Scirpus grossus terjadi pada waktu detensi yang lebih cepat (5 hari). Hal ini disebabkan pada waktu detensi yang lebih lama terjadinya pembentukan biomassa pada outlet sehingga terjadi peningkatan total solid pada efluen yang menurunkan efisiensi penyisihan total solid. Sejumlah eskskresi oleh akar bersifat toksik bagi mikroorganisme dan dalam lingkungan yang tidak mendukung mikroorganisme tersebut akan mengalami kematian. Faktor lain yang mempengaruhi efisiensi pada constructed wetland adalah konstanta temperatur (KT), dan hydraulic conductivity (KS). Nilai KS dan KT digunakan untuk mendesain constructed wetland agar memenuhi kriteria dan memiliki kemampuan penyisihan yang diinginkan. Perbandingan kemampuan penyisihan, KT, dan KS pada setiap reaktor dapat dilihat pada Tabel 4.5. Nilai KT dipengaruhi oleh suhu air yang diolah. Pada perhitungan digunakan suhu air terendah karena pada suhu tersebut aktivitas biologi berjalan lambat. Banyak faktor yang dapat mempengaruhi nilai KT antara lain konsentrasi influen dan efluen pada constructed wetland. Dimana kedua faktor tersebut juga dipengaruhi oleh banyak faktor seperti media dan mikroba yang berperan dalam penyisihan pencemar. Semakin kecil nilai KT maka luas permukaan yang dibutuhkan semakin besar.
IV-29
Tabel 4.5 Perbandingan Kemampuan Penyisihan, Nilai KT dan KS Beban 3000 mg/l COD Reaktor
A (td 5 hari, Scirpus grossus) B (td 5 hari, Sagittaria lancifolia) C (td 7 hari, Sagittaria lancifolia) D (td 7 hari, Scirpus grossus)
Beban 4000 mg/l COD
kemampuan penyisihan mg/m2/hari
KT /hari
KS 3 m /m2/hari
kemampuan penyisihan kg/m2/hari
KT /hari
KS m /m2/hari
7,98
0.48
2,1
12.09
0.52
2,1
7,41
0.57
2,1
12.35
0.69
2,1
5.52
0.46
1,4
13.48
0.58
1,4
4.71
0.34
1,4
16.67
0.58
1,4
3
Nilai KS dipengaruhi oleh debit dan media yang digunakan. Ks untuk debit dan media yang sama memiliki nilai yang sama. Penggunaan Nilai KS tetap untuk jenis reaktor yang sama karena semua faktornya tetap, tidak mengalami perubahan. Faktor yang mempengaruhi nilai KS (hydraulic conductivity) yaitu debit, slope, dan luas penampang constructed wetland. Bila dibandingkan dengan literatur maka nilai Ks pada penelitian ini jauh lebih kecil, hal ini disebabkan karena debit yang digunakan sangat kecil, debit yang digunakan pada penelitian ini disesuaikan dengan waktu detensi yang digunakan. Nilai KS pada desain suatu constructed wetland menunjukkan kecepatan aliran limbah pada media yang digunakan. Jika porositas media besar maka hydraulic conductivity akan besar juga. Pada desain constructed wetland dibutuhkan nilai hydraulic conductivity yang tidak terlalu besar. Jika digunakan hydraulic conductivity yang besar maka waktu kontak limbah dengan media hanya sebentar sehingga tingkat penyisihan polutan akan rendah.
4.8 Pengaruh Variasi Beban Pengolahan Tingkat penyisihan COD dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan dapat dilihat pada Gambar 4.24 untuk tanaman Scirpus grossus dan Gambar 4.25 untuk tanaman Sagittaria lancifolia.
IV-30
Gambar 4.24 Efisiensi penyisihan COD dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Scirpus grossus
Gambar 4.25 Efisiensi penyisihan COD dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Sagittaria lancifolia
IV-31
Tabel 4.6 Efisiensi Penyisihan COD pada Reaktor Constructed Wetland dengan Variasi Waktu Detensi dan Beban Pengolahan Reaktor
COD Influen ABR (mg/L)
Scirpus grossus
3000
Scirpus grossus
Sagittaria lancifolia
Sagittaria lancifolia
HRT (hari)
Influen (mg/L)
Efluen (mg/L)
Efisiensi (%)
5
415
38
90,7
7
367
33,4
91,02
5
616
44,7
92,1
7
1202
21,2
98,29
5
371
21
94
7
407
16,12
95,74
5
602,5
19
96,7
7
971,4
16,87
98,31
4000
3000
4000
Jika dilihat berdasarkan beban pengolahan, maka efisiensi penyisihan COD meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi influen, baik pada tanaman Scirpus grossus maupun Sagittaria lancifolia. Hal ini disebakan constructed wetland mampu menghasilkan efluen yang bagus dan stabil, sehingga peningkatan konsentrasi influen cenderung meningkatkan efisiensi pengolahan. Perbandingan efisiensi penyisihan COD, BOD, NTK, Total fosfat, dan total solid dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan dapat dlihat pada Gambar 4.26 untuk Scirpus grossus dan Gambar 4.27 untuk Sagittaria lancifolia. Pada parameter BOD, NTK, dan total fosfat, peningkatan beban pengolahan cenderung menurunkan efisiensi. Hal ini dapat terjadi karena proses secara biologi baik oleh mikroorganisme maupun tanaman telah mencapai titik optimum sehingga pada beban pengolahan yang lebih tinggi zat-zat pencemar tidak dapat lebih banyak tersisihkan. Sedangkan penyisihan parameter total solid memiliki pola yang sama dengan penyisihan COD dimana pada beban pengolahan yang lebih tinggi memiliki efisiensi yang lebih baik. Hal ini disebabkan penyisihan total solid lebih didominasi oleh proses fisik melalui penyaringan dan
IV-32
penyerapan oleh media dan akar tanaman sehingga efluen yang dihasilkan relatif stabil.
Gambar 4.26 Perbandingan efisiensi penyisihan COD, BOD, NTK, total fosfat, dan total solid dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Scirpus grossus
Gambar 4.27 Perbandingan efisiensi penyisihan COD, BOD, NTK, total fosfat, dan total solid dengan variasi waktu detensi dan beban pengolahan pada Sagittaria lancifolia
4.9 Pengaruh Vegetasi Pada Constructed Wetland Tanaman berperan penting pada constructed wetland yaitu mentransfer oksigen melalui akar dan sistem rhizome menuju bagian dasar media dan menyediakan suatu media di bawah air untuk tempat melekatnya mikroorganisme yang dapat mendegradasi limbah. Selain itu tanaman air juga menyerap bahan pencemar dari air limbah untuk menjadi biomassa yang dapat bernilai ekonomis tergantung jenis tanamannya.
IV-33
Pada daerah akar terjadi degradasi materi organik secara aerob dan anaerob. Selama limbah cair melewati rizosfer dari tanaman, materi organik akan terdekomposisi akibat aktivitas mikroba, nitrogen akan terdenitrifikasi jika tersedia materi organik yang cukup, fosfor akan teradsorpsi oleh media dan tanaman. Tanaman Sagittaria lancifolia memiliki zona perakaran yang lebih panjang daripada tanaman Scirpus grossus, tetapi memiliki jumlah serabut yang relatif lebih sedikit. Zona perakaran dari kedua jenis tanaman ini dapat dilihat pada Gambar 4.28.
Sagittaria lancifolia Scirpus grossus Gambar 4.28 Zona perakaran Sagittaria lancifolia dan Scirpus grossus Akar yang panjang memungkinkan Sagittaria lancifolia menjangkau area yang lebih dalam dan luas sehingga dapat lebih banyak menyerap nutrien seperti senyawa organik, fosfor dan nitrogen dalam tanah serta mentransfer oksigen ke dalam dasar media dan memungkinkan mikroorganisme tumbuh di sekitar perakaran sehingga oksidasi zat organik berlangsung lebih cepat. Akar Scirpus grossus memiliki serabut lebih banyak. Akar dengan serabut yang lebih banyak dapat memperkecil nilai porositas dalam tanah sehingga filtrasi total solid akan semakin baik. Batang dan daun juga memiliki peran penting untuk meningkatkan transfer oksigen ke dalam akar. Tanaman mengkonversi energi sinar matahari menjadi energi kimia dan membawa oksigen dari permukaan daun dan batang untuk dilepaskan di akar. Sagittaria lancifolia memiliki kepadatan tanaman yang lebih banyak dan memiliki permukaan daun yang lebih luas sehingga dapat terjadi proses fotosintesis yang lebih cepat dan suplai oksigen ke dalam akar semakin
IV-34
banyak. Bentuk daun Sagittaria lancifolia dan Scirpus grossus dapat dilihat pada Gambar 4.29.
Sagittaria lancifolia Scirpus grossus Gambar 4.29 Bentuk daun Sagittaria lancifolia dan Scirpus grossus Perbandingan efisiensi berdasarkan jenis tanaman untuk setiap parameter pencemar dengan beban ABR 3000 mg/l COD dapat dilihat pada Gambar 4.30. Dari Gambar 4.30 diketahui bahwa Sagittaria lancifolia memiliki efisiensi penyisihan pencemar lebih tinggi dibandingkan dengan Scirpus grossus pada beban ABR 3000 mg/l COD, baik untuk waktu detensi 7 hari maupun 5 hari, kecuali pada penyisihan total solid. Penyisihan total solid sangat dipengaruhi oleh perakaran tanaman dimana Scirpus grossus memiliki jumlah serabut lebih banyak sehingga memungkinkan proses filtrasi berlangsung lebih baik.
Gambar 4.30 Perbandingan efisiensi penyisihan pencemar pada beban ABR 3000 mg/l COD
Pada beban ABR 4000 mg/l COD, Perbandingan efisiensi berdasarkan jenis tanaman memiliki pola yang relatif sama seperti pada beban ABR 3000 mg/l COD. Sagittaria lancifolia memiliki efisiensi penyisihan pencemar lebih tinggi dibandingkan dengan Scirpus grossus baik pada waktu detensi 7 hari maupun 5 hari, kecuali pada penyisihan total solid untuk waktu detensi 7 hari. Pada waktu IV-35
detensi lebih lama dan beban pengolahan lebih besar penyisihan total solid menurun karena terjadi pembentukan biomassa di zona outlet Scirpus grossus. Perbandingan efisiensi penyisihan parameter pencemar pada beban pengolahan 4000 mg/l COD dapat dilihat pada Gambar 4.31.
Gambar 4.31 Perbandingan efisiensi penyisihan pencemar pada beban ABR 4000 mg/l COD
4.10 Penentuan Kondisi Reaktor Optimal Kondisi reaktor yang paling optimal berdasarkan variasi jenis tanaman, beban pengolahan, dan waktu detensi dapat dilihat pada Tabel 4.7. Kondisi reaktor optimum ditentukan dengan melihat kemampuan penyisihan pencemar. Reaktor optimum memiliki penyisihan pencemar terbesar untuk setiap m3 limbah per hari. Berdasarkan Tabel 4.7 diketahui kondisi optimum pada reaktor constructed wetland yang digunakan, yaitu : 1. Penyisihan COD optimum terjadi pada reaktor tanaman Scirpus grossus dengan beban ABR 4000 mg/l COD untuk waktu detensi 7 hari sebesar 16,67 g/m2.hari dengan efisiensi penyisihan 98,29 %. 2. Penyisihan BOD optimum terjadi pada reaktor tanaman Sagittaria lancifolia dengan beban ABR 3000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari sebesar 3,56 g/m2.hari dengan efisiensi penyisihan 94,32 %. 3. Penyisihan NTK optimum tejadi pada reaktor tanaman Sagittaria lancifolia dengan beban ABR 3000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari sebesar 0,59 g/m2.hari dengan efisiensi penyisihan 68,98 %. 4. Penyisihan total fosfat optimum tejadi pada reaktor tanaman Sagittaria lancifolia dengan beban ABR 3000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari sebesar 0,05 g/m2.hari dengan efisiensi penyisihan 86,49%.
IV-36
5. Penyisihan total solid optimum tejadi pada reaktor tanaman Scirpus grossus dengan beban ABR 4000 mg/l COD untuk waktu detensi 5 hari sebesar 24,65 g/m2.hari dengan efisiensi penyisihan 66,74 %
Tabel 4.7 Kondisi Optimum Reaktor Jenis Tanaman
Dengan Beban ABR (mg/l COD)
Parameter Pencemar COD BOD
3000
NTK TP TS
Scirpus Grossus
COD BOD 4000
NTK TP TS COD BOD
3000
NTK TP TS
Sagittaria lancifolia
COD BOD 4000
NTK TP TS
td optimal (hari)
Efisiensi (%)
5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5
90.66 91.03 89.78 95.03 58.64 36.36 76.42 75.50 58.53 54.40 92.10 98.29 83.63 92.69 53.85 7.69 33.93 74.64 66.74
7
62.35
5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7 5 7
94.20 95.74 94.32 96.23 68.98 45.45 86.49 93.30 39.27 49.60 96.67 98.31 93.01 94.18 61.54 23.08 35.71 78.57 32.45 77.47
Penyisihan (g/m2.hari) 7.98 4.71 3.39 2.36 0.50 0.16 0.04 0.03 23.68 3.84 12.09 16.67 2.32 1.82 0.42 0.04 0.01 0.01 24.65 14.96 7.41 5.52 3.56 2.65 0.59 0.20 0.05 0.04 15.88 3.50 12.35 13.48 2.58 1.85 0.47 0.12 0.01 0.02 11.99 18.59
IV-37
Kondisi reaktor optimum belum tentu memiliki nilai efisiensi penyisihan tertinggi. Kemampuan penyisihan dipengaruhi oleh debit pengaliran dan luas penampang reaktor. Hubungan antara kemampuan penyisihan organik dengan efisiensi ditunjukkan pada Gambar 4.32.
Gambar 4.32 Hubungan kemampuan penyisihan organik dengan efisiensi
Berdasarkan Gambar 4.32 diperoleh hubungan yang sebanding antara kemampuan penyisihan organik dengan efisiensi. Efisiensi penyisihan terus meningkat seiring dengan meningkatnya kemampuan penyisihan organik. Walaupun demikian peningkatan kemampuan penyisihan organik belum tentu menghasilkan nilai efisiensi tertinggi bahkan semakin lama nilai efisiensi akan menuju nilai stasioner. Kondisi reaktor optimum tercapai pada saat jumlah organik yang tersisihkan maksimum untuk setiap m2 luas penampang constructed wetland yang dilewatinya.
IV-38
