KARAKTERISTIK SEDIMEN DALAM TANDON PENGENDAPAN LIMBAH
TAMBAK UDANG VANAME SUPER INTENSIF
Muhammad Chaidir Undu, Makmur, dan Mat Fahrur Balai Penelitian dan Pengembangan Budidaya Air Payau Jl. Makmur Dg. Sitakka No. 129, Maros 90512, Sulawei Selatan
E-mail: tindeli@yahoo.com ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik sedimen tandon pengendapan limbah tambak udang vaname super intensif. Sampel sedimen dikoleksi dari tandon pengendapan limbah tambak super intensif pada tiga ketebalan sampel yakni 0-2 cm, 2-6 cm, dan 6-10 cm; kemudian diukur pH, potensial redox, nitrogen sedimen porewater dan sediment oxygen consumption sampel. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pH sedimen dalam kisaran netral dengan mineralisasi reduksi pada semua lapisan sedimen. Konsentrasi nitrogen sedimen porewater menunjukkan bahwa tidak terjadi proses nitrifikasi dalam semua lapisan sedimen yang ditandai dengan tersedianya TAN dalam jumlah yang tinggi, sebaliknya tidak terdeteksi nitrit di dalam sediment porewater. Proses mineralisasi bahan organic terjadi di area sediment-water interface yang menunjukkan bahwa mineralisasi aerobik berlangsung di permukaan sedimen tandon pengendapan limbah. Perlu dilakukan pengolahan sedimen dalam tandon pengendapan limbah tambak udang super intensif sebelum sediment tersebut dibuang ke lingkungan sekitar.
KATA KUNCI: karakteristik sedimen, reduksi, TAN, nitrit, SOD, tandon pengendapan limbah PENDAHULUAN
Tandon pengendapan limbah tambak merupakan salah satu bentuk pengolahan limbah tambak udang. Dalam tandon pengendapan limbah, limbah tambak udang berupa padatan tersuspensi diendapkan sebelum dialirkan ke petak biofilter atau dialirkan ke perairan sekitar tambak (Teichert-Coddington et al., 1999; Jones et al., 2002). Dalam pengelolaan limbah, konsentrasi nutrien dalam air limbah merupakan variabel yang menjadi perhatian dalam layak tidaknya limbah dialirkan ke perairan sebagaimana ditetapkan oleh Global Aquaculture Alliance (Boyd & Gautier, 2000). Hal ini menyebabkan sedimen dalam tandon pengendapan limbah kurang mendapatkan perhatian; dilain pihak, sedimen merupakan hasil akumulasi padatan tersuspensi yang berasal dari kegiatan budidaya udang dan kaya akan nutrien.
Input nutrien ke tandon pengendapan terjadi selama masa budidaya baik selama masa pemeliharaan sebagai akibat dari kegiatan pergantian air tambak maupun pada saat panen. Partikel tersuspensi yang kaya akan nutrien terakumulasi di dasar tandon pengendapan dan selanjutnya mengalami proses mineralisasi. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa akumulasi bahan organik mempengaruhi karakteristik sedimen seperti mineralisasi bahan organik dan transfer nutrien dari sedimen ke massa air dalam sedimen serta konsumsi oksigen oleh sedimen (Burford & Longmore, 2001; Burford et al., 2003; Burford & Lorenzen, 2004; Undu et al., 2014). Namun demikian, penelitian tersebut, dilakukan di dalam tambak sehingga tidak memberikan informasi yang spesifik tentang sedimen di dalam tandon pengendapan limbah. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik sedimen tandon pengendapan limbah tambak udang vaname super intensif. Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan data dan informasi mengenai status mineralisasi bahan organik sedimen, pH, nitrogen sedimen porewater dan konsumsi oksigen sedimen sehingga dapat menjadi acuan dalam pengelolaan sedimen yang berasal dari limbah tambak udang.
METODE PENELITIAN
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Juni 2014 di Instalasi tambak percobaan Takalar, Sulawesi Selatan. Sampling sedimen dilakukan di tandon pengendapan limbah tambak udang vanname super
intensif. Limbah tambak selama masa pemeliharaan diendapkan pada sebuah petak pengendapan berukuran 6.000 m2 selama 40 hari. Sampling sampel sediment core di sekitar inlet, tengah, dan outlet tandon dikumpulkan secara acak pada saat pengeringan tandon. Sampel sediment core dikoleksi dengan menggunakan pipa paralon berdiameter 4 inchi dengan cara menancapkan pipa paralon hingga ke dasar tandon. Sampel sedimen di sekitar inlet terdiri atas tiga kedalaman yakni kedalaman 0-2 cm, 2-6 cm, dan 2-6-10 cm. Sedangkan pada bagian tengah tandon, sampel sedimen yang terkoleksi berasal dari kedalaman 0-2 cm dan 2-6 cm. Sedimen di sekitar outlet dieliminasi karena bercampur dengan sisa vegetasi yang tumbuh di dasar tandon. Selanjutnya sampel sedimen dipotong-potong berdasarkan kedalaman sedimen. Sedimen yang berasal dari tambak dan tanah tandon dibedakan berdasarkan warna dimana sedimen tambak berwarnah hitam sedangkan tanah tandon berwarna coklat. Oleh karena itu, dalam penelitian ini lebih banyak sampel yang dikoleksi pada kedalaman dengan kisaran 0-6 cm dan di inlet tandon.
Sampel sedimen selanjutnya diukur pH dan potensial redoxnya menggunakan HANNA instruments HI 8424. Analisis nutrien sedimen porewater dilakukan dengan cara sampel sedimen pada setiap kedalaman disentrifuge dengan 1.500 rpm selama 10 menit kemudian larutan supernatan yang berwarna bening diambil dengan menggunakan syringe kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring Minisart dengan ukuran pori 0,45 m untuk pengukuran TAN dan NO2-N Analysis TAN dan NO2-N dilakukan dengan mengacu pada Standar Nasional Indonesia (Anonim, 1991; Anonim 2004).
Konsumsi oksigen sedimen dianalisis dengan cara menginkubasi sampel sedimen dalam sediment
jars (Alongi et al., 2009; Undu et al., 2014) yaitu: sedimen jars dengan volume 1 liter secara hati-hati
diletakkan di permukaan sedimen kemudian dasar jar disumbat hingga kedap air sehingga diperoleh sedimen dengan ketebalan ± 2 cm. Selanjutnya jar diinkubasi dalam tanki yang berisi air bersih yang telah diaerasi hingga jenuh udara. Pada saat inkubasi, air dalam tanki dimasukkan secara perlahan-lahan untuk menghindari rusaknya struktur sedimen. Selanjutnya jar didiamkan hingga suspensi partikel sedimen mengendap kemudian jar dipasangi DO meter type TPS dan stirrer. Data oksigen terlarut direkam dengan interval 5 menit. Inkubasi dihentikan ketika konsentrasi oksigen tidak kurang dari 2 mg/L untuk menjaga linearitas data (Burford & Longmore, 2001).
Analisis Data
Data pH, potensial redox, TAN dan NO2-N dianalisis dengan One-way ANOVA di mana pH, potensial redox, TAN, dan NO2-N merupakan variabel bebas dan kedalaman sedimen sebagai variabel tidak bebas. Bootstrap dengan 500 kali sampling dilakukan untuk memenuhi asumsi kenormalan sebaran data (Efron, 1979). Data konsumsi oksigen sedimen dianalisis secara deskriptif berdasarkan analisis regresi. One-way ANOVA dilakukan menggunakan perangkat lunak IBM SPSS versi 21 sedangkan analisis regresi dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Microsoft excel 2009.
HASIL DAN BAHASAN
Limbah tambak super intensif dalam bentuk tersuspensi yang diendapkan di tandon pengendapan terakumulasi di sekitar inlet tandon. Selanjutnya akumulasi sedimen cenderung berkurang di tengah dan outlet tandon pengendapan. Berdasarkan hasil pengukuran ketebalan sedimen pada waktu sampling, ketebalan sedimen di area inlet tandon mencapai 10 cm sedangkan di tengah tandon ketebalan maksimal sedimen sedalam 6 cm dan 2 cm di sekitar outlet. Oleh karena itu analisis mengenai karakteristik sedimen pada setiap kedalaman pada setiap area tandon tidak dapat dijelaskan secara mendetail. Tingginya akumulasi sedimen di area inlet tandon disebabkan karena area ini merupakan area masuknya limbah tambak yang kaya akan nutrient dan partikel tersuspensi sebelum didistribusikan ke seluruh area tandon.
pH dan Potensial Redoks Sedimen
Hasil pengukuran dan One-way ANOVA pH dan potensial redox sedimen ditampilkan pada Tabel 1. pH dan potensial redox sedimen yang diukur pada sembilan titik sampel masing-masing berkisar antara 6,88-7,14 dan -412,63-(-392,57) mV. pH sedimen berfluktuasi berdasarkan ketebalan sedimen
sedangkan potensial redoks mengalami penurunan seiring dengan ketebalan sedimen. Namun demikian, tidak ada perbedaan yang nyata antara pH dan potensial redox berdasarkan ketebalan sedimen yang menunjukan bahwa tidak ada stratifikasi pH dan status mineralisasi bahan organik dalam sedimen. Selanjutnya, pH sedimen dalam tandon limbah masih dalam kisaran netral dengan mineralisasi bahan organik dalam sedimen terjadi secara reduksi.
Bahan organik yang terakumulasi selama proses pengendapan dimineralisasi oleh bakteri. Dalam proses mineralisasi tersebut, oksigen terlarut dikonsumsi oleh bakteri sehingga semakin banyak bahan organik yang termineralisasi maka konsentrasi oksigen semakin berkurang dan pada akhirnya menyebabkan kondisi an-aerob dan mineralisasi bahan organik terjadi secara reduksi (Suplee & Cotner, 1996; Moriarty, 1997; Rao et al., 2000; Avnimelech & Ritvo, 2003). Proses mineralisasi nutrien dalam sedimen menyebabkan kemasaman sedimen (Muslow et al., 2006); namun demikian, sedimen di tandon pengendapan limbah dalam penelitian ini masih menunjukkan nilai pH yang netral. Netralnya pH sedimen selama proses mineralisasi nutrien dalam sedimen dapat disebabkan karena proses reduksi sulfat (Muslow et al., 2006). Dalam penelitian ini, tidak dilakukan pengukuran mengenai reduksi sulfat; namun demikian, dalam kondisi an-aerob,reduksi sulfat dalam sedimen merupakan proses yang dominan terjadi (Jorgensen, 1983).
Nilai potensial redox yang diperoleh dalam penelitian ini bernilai negatif yang menunjukkan terjadinya penumpukan nutrien dalam sedimen dan menyebabkan kondisi an-aerob (Iwama, 1991). Tandon pengendapan limbah telah dilaporkan mampu menurunkan konsentrasi nutrien terlarut dalam limbah dimana nutrien terlarut dan partikel tersuspensi terabsorbsi di dasar tandon. Namun demikian sedimen yang bersifat an-aerob dapat menjadi kendala dalam pengolahan limbah karena dalam kondisi an-aerob, sejumlah gas beracun seperti ammonia, hidrogen sulfida and nitrit dilepaskan dari sedimen ke massa air dan selanjutnya dilepaskan ke perairan sekitar tambak (Primavera, 1993; Hargreaves, 1997). Dalam kondisi an-aerob, sulfat dimanfaatkan oleh bakteri Desulfovibrio dalam proses respirasi dalam mineralisasi bahan organik dalam sedimen yang menghasilkan hidrogen sulfida (Boyd & Tucker, 1998). Selanjutnya bakteri nitrifikasi dan methanogenic mendekomposisi bahan organik sedimen menjadi ammonium dan metana (Suplee & Cotner, 1996; Bagarinao & Lantin-Olaguer, 1998). Dalam penelitian ini, keberadaan hidrogen sulfida dalam sedimen diketahui dengan munculnya bau sulfida selama penelitian dilakukan.
Nutrien Sedimen Porewater
Konsentrasi TAN yang dianalisis pada sedimen tandon di semua titik sampling berkisar antara 99,85-231,88 mg/L; sebaliknya nitrit tidak terdeteksi. Konsentrasi rata-rata TAN pada semua ketebalan sedimen tidak menunjukkan perbedaan yang nyata (P>0,05) (Tabel 2). Hal ini menunjukkan bahwa tidak ada stratifikasi TAN dalam sedimen porewater.
Penumpukan bahan organik dalam dasar tandon limbah dapat mempengaruhi siklus nutrien dalam sedimen. Dalam penelitian ini, TAN tersedia dalam konsentrasi yang cukup tinggi namun demikian, tidak terdeteksi nitrit yang menunjukkan tidak terjadinya proses nitrifikasi. TAN merupakan nutrient utama dalam proses nitrifikasi (Burford et al., 2003). Tidak terjadinya proses nitrifikasi dalam sedimen
0-2 2-6 6-10
pH 6.94±0.12a 7.09±0.08 a 6.98±0.13 a
Potensial redox (mv) -401.75±9.33 a -402.60±13.11 a -404.57±3.87 a Ketebalan sedimen (cm)
a huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada taraf
kepercayaan 95% Variabel
Tabel 1. Data pengukuran variabel sedimen di petak tandon limbah tambak udang vaname super-intensif
yang kaya akan TAN juga dilaporkan oleh Burford et al. (2003) dan Burford & Lorenzen (2004) di tambak udang intensif dengan sistem zero water exchange. Tidak terjadinya nitrifikasi menyebabkan denitrifikasi tidak terjadi karena nitrit merupakan sumber utama pembentukan nitrat. Oleh karena itu, nitrifikasi dan denitrifikasi dalam sedimen yang menerima input nutrien yang tinggi diabaikan dalam pemodelan siklus nitrogen dalam sedimen tambak (Burford & Lorenzen, 2004).
Tidak terjadinya proses nitrifikasi dalam penelitian ini tidak dapat dijelaskan lebih mendetail; dalam kegiatan budidaya udang vaname dalam sistem super-intensif, bakteri (bioflok) untuk memineralisasi sisa pakan dan feses udang diaplikasikan. Namun demikian, ketersediaan bakteri bukan menjadi salah satu faktor pendukung terjadinya nitrifikasi. Proses transformasi (mineralisasi/ nitrifikasi) menjadi terhambat atau bahkan tidak terjadi proses nitrifikasi walaupun TAN sebagai bahan baku nitrifikasi melimpah ketika faktor lingkungan tidak mendukung. Faktor lingkungan tersebut adalah: suhu, konsentrasi DO, dan pH (Boyd & Gross,1998; Burford et al., 2003).
Siklus nitrogen tidak terjadi di dalam sedimen tandon pengendapan limbah tambak udang super intensif menyebabkan nitrogen terakumulasi dalam lapisan sedimen. Oleh karena itu, pengelolaan sedimen dalam tandon pengendapan limbah tambak perlu dilakukan karena pengolahan limbah tambak umumnya menitikberatkan pada konsentrasi nutrien terlarut dalam air limbah sebelum dilepaskan ke perairan sekitar tambak.
Konsumsi Oksigen oleh Sedimen
Konsumsi oksigen oleh sedimen selama penelitian ini disajikan dalam Gambar 1. Konsentrasi oksigen mengalami penurunan selama masa inkubasi yang menunjukkan bahwa oksigen terlarut dimanfaatkan dalam proses mineralisasi bahan organik di area sediment-water interface. Dalam
Tabel 2. Nitrogen sediment porewater pada beberapa ketebalan sedimen di tandon pengendapan limbah tambak udang vaname super intensif
0-2 2-6 6-10
TAN (mg/L) 178.92±25.68 a 187.46±53.62 a 186.79±9.97 a
NO2-N (mg/L) nd nd nd
Ketebalan sedimen (cm)
a huruf yang sama pada baris yang sama menunjukkan tidak berbeda nyata pada taraf kepercayaan 95%. nd = tidak terdeteksi.
Variabel
Gambar 1. Konsentrasi oksigen terlarut (mg/L) selama masa inkubasi sedimen tandon pengendapan limbah tambak udang vaname super intensif
penelitian ini, konsentrasi oksigen terlarut dalam sedimen jar mengalami penurunan seiring dengan periode inkubasi sedimen. Dalam penelitian ini, proses mineralisasi bahan organikdi area
sediment-water interface mengkonsumsi oksigen terlarut sebanyak 3,17 mg/L/jam/m2.
Walaupun sedimen tandon limbah berada dalam kondisi an-aerob sebagaimana ditunjukkan oleh potensial redox sedimen, proses mineralisasi bahan organik dalam kondisi aerob masih terjadi di area sediment-water interface (Hansen & Blackburn, 1991; Undu et al., 2014). Proses mineralisasi aerob di area sediment-water interface di dasar tambak udang super intensif telah dilaporkan oleh Undu et
al. (2014) dimana laju konsumsi oksigen selama proses mineralisasi tersebut sebesar 5,8 mg/L/jam/
m2 dimana lebih tinggi dibandingkan dengan hasil pengukuran yang diperoleh pada penelitian ini. Proses mineralisasi bahan organic secara aerob melepaskan nutrien (efflux) seperti TAN, nitrit dan PO4 dari sedimen ke massa air tambak (Undu et al., 2014).
Mineralisasi aerob bermanfaat dalam mengurangi konsentrasi nutrien dalam sedimen dan mengeksport nutrien ke massa air. Dalam pengolahan limbah tambak dengan menggunakan biofilter, seperti rumput laut, nutrien terlarut diabsorpsi oleh biofilter sehingga konsentrasi nutrien limbah berkurang. Oleh karena input oksigen terlarut dalam tandon limbah perlu dikembangkan melalui oksigenasi limbah, sehingga proses mineralisasi aerobic tidak hanya terjadi di area sediment-water
interface tetapi dapat terjadi di seluruh lapisan sedimen. Oxigenasi limbah khususnya sedimen
diharapkan mampu mengeliminasi mineralisasi an-aerob sehingga dapat mereduksi nutrien dalam sedimen dan meningkatkan konsentrasi nutrien yang tersedia untuk pertumbuhan biofilter.
KESIMPULAN
Mineralisasi nutrien dalam sedimen di tandon pengendapan limbah tambak super intensif terjadi secara reduksi yang berpotensi menghasilkan gas beracun seperti hydrogen sulfide yang dilepaskan ke massa air. Siklus nitrogen di dalam sedimen tidak berlangsung karena tidak terjadi nitrifikasi yang pada akhirnya mempengaruhi denitrifikasi. Perlu dilakukan pengolahan sedimen dalam tandon pengendapan limbah sebelum sedimen tersebut dibuang ke lingkungan sekitar.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini dibiayai oleh APBN 2014. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Deni dan Elis atas bantuannya dalam kegiatan sampling.
DAFTAR ACUAN
Anonim. (1991). Metode pengujian kadar ammonium dalam air dengan alat spektrofotometer secara Nessler. SNI 06-2479-1991.
Anonim. (2004). Air dan air limbah - Bagian 9: Cara uji nitrit (NO2-N) secara ektrofotometri. SNI 06-6989.9-2004.
Bagarinao, T., & Lantin-Olaguer, I. (1998). The sulfide tolerance of milkfish and tilapia in relation to fish kills in farms and natural waters in the Philippines. Hydrobiologia, 382, 137-150.
Boyd, C.E., & Gross, A. (1998). Use of probiotics for improving soil and water quality in aquaculture ponds. In Flegel TW (ed) Advances in shrimp biotechnology. National Center for Genetic Engineering and Biotechnology, Bangkok, p. 101-106.
Boyd, C.E., & Gautier, D. (2000). Effluent composition and water quality standards. Global Aquaculture
Advocate, 3, 61-66.
Burford, M.A. & Longmore, A.R. (2001). High ammonium production from sediments in hypereutrophic shrimp ponds. Marine Ecology Progress Series, 224, 187-195.
Burford, M.A. & Lorenzen, K. (2004). Modeling nitrogen dynamics in intensive shrimp ponds: the role of sediment remineralization. Aquaculture, 229, 129-145.
Burford, M.A., Thompson, P.J., McIntosh, R.P., Bauman, R.H., & Pearson, D.C. (2003). Nutrient and microbial dynamics in high-intensity, zero-exchange shrimp ponds in Belize. Aquaculture, 219, 393-411.
Hansen, L.S., & Blackburn, T.H. (1991). Aerobic and anaerobic mineralization of organic material in marine sediment microcosms, Marine Ecology Progress Series, 75, 283-291.
Hargreaves, J.A. (1997). A simulation model of ammonia dynamics in commerical catfish ponds in the southeastern United States. Aquacultural Engineering, 16, 27-43.
Iwama, G.K. (1991). Interactions between Aquaculture and the Environment, Critical Reviews in
Environmental Control, 21, 177-216.
Jones, A.B., Preston, N.P., & Dennison, W.C. (2002). The efficiency and condition of oysters and macroalgae used as biological filters of shrimp pond effluent. Aquaculture Research, 33, 1-19. Jorgensen, B.B. (1983). Processes at the sediment-water interface. In: Bolin, B., Cook, R. B. (eds.), The
major biochemical cycles and their interactions. Wiley, Chichester, p. 477-509.
Primavera, J.H. (1993). A critical review of shrimp pond culture in the Philippines. Reviews in Fisheries
Science, 1, 151-201.
Suplee, M.W., & Cotner, J.B. (1996). Temporal changes in oxygen demand and bacterial sulfate reduction in inland shrimp ponds. Aquaculture, 145, 141-158.
Teichert-Coddington, D.R., Rouse, D.B., Potts, A., & Boyd, C.E. (1999). Treatment of harvest discharge from intensive shrimp ponds by settling. Aquacultural Engineering, 19, 147-161.
Undu, M.C., Makmur, & Rachmansyah. (2014). Studi pendahuluan laju efflux nutrien sedimen di tambak udang Litopenaeus vannamei super intensif, disampaikan pada Forum Inovasi Teknologi Akuakultur, hlm. 261-273.
