EFEKTIFITAS SISTEM LAHAN BASAH BUATAN SEBAGAI ALTERNATIF PENGOLAHAN LIMBAH DOMESTIK
MENGGUNAKAN TANAMAN HIAS Iris pseudoacorus
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana Perikanan (S.Pi)
Oleh :
JIMMY PRAWIRA NIM 110254242058
JURUSAN MANAJEMEN SUMBERDAYA PERAIRAN FAKULTAS ILMU KELAUTAN DAN PERIKANAN
iii
PERNYATAAN ORISINALITAS
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul “Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Iris Pseudoacorus” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau kutipan dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Jika kemudian hari ternyata terbukti pernyataan saya ini tidak benar dan melanggar peraturan yang sah dalam karya tulis dan hak intelektual maka saya bersedia ijazah yang telah saya terima untuk ditarik kembali oleh Universitas Maritim Raja Ali Haji.
iv
RINGKASAN
JIMMY PRAWIRA (110254242058). Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias
Iris Pseudoacorus. Dibimbing oleh Tengku Said Raza’i S.Pi, M.P dan Nancy Willian S.Si, M.Si
Sebagai salah satu daerah otonomi yang sedang berkembang, penerapan
pengolahan limbah di kota Tanjungpinang sebaiknya mengimplementasikan
pengolahan dengan biaya rendah dan teknologi yang mudah dioperasionalkan
mengingat kurang efektinya beberapa IPAL yang telah dibentuk dikarenakan
mahalnya biaya operasional dan rumitnya sistem pengoperasian. Untuk mencapai
tujuan tersebut, pengolahan limbah dengan prinsip ekologis sangat direkomendasikan
mengingat karakteristik limbah domestik yang pada umumnya bersifat
biodegradable. Salah satu alternatif sistem pengolahan air limbah tersebut adalah
Sistem Lahan Basah Buatan (Constructed Wetlands).
Tujuan dari Penelitian ini adalah Mengetahui efektivitas Iris pseudoacorus
dalam menyerap polutan yang terdapat dalam limbah air domestik dengan sistem
lahan basah buatan, mengetahui pengaruh variasi detensi waktu dan variasi biomassa
Iris pseudoacorus terhadap penurunan parameter limbah cair domestik serta
menganalisis pengaruh penurunan antar parameter selama berlangsungnya penelitian.
Penelitian dilaksanakan dengan merancang unit pengolah limbah dengan
sistem lahan basah buatan skala pilot di lahan kosong yang berada di areal komplek
perumahan Griya Hang Tuah Permai, Kecamatan Kijang Kencana, Kota
v
perumahan tersebut. Penelitian dilaksanakan melalui dua tahapan, yakni penelitian
pendahuluan yang dilaksanakan pada bulan April – Mei 2015 dan penelitian utama
pada periode minggu ke II hingga minggu ke III bulan Mei 2015. Analisis Parameter
kualirtas air limbah dilaksanakan pada Laboratorium Balai Teknik Kesehatan
Lingkungan dan Pengendalian Penyakit Kelas I Batam serta Laboratorium Fakultas
Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Maritim Raja Ali Haji Tanjungpinang
Pengaruh Variasi Detensi Waktu dan Variasi Biomassa Iris pseudoacorus
terhadap Sistem Lahan Basah Buatan menunjukkan adanya penurunan konsentrasi
yang signifikan dari empat perlakuan yang diberikan, dimana konsentrasi terbesar
terdapat pada perlakuan pertama dan cenderung turun hingga perlakuan ke empat.
Hasil akhir penelitian ini menunjukkan bahwa penurunan kadar nilai BOD,
COD, Nitrat dan Fosfat telah memenuhi standar baku mutu air limbah berdasarkan
Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No 5 Tahun 2014 pada waktu detensi 3 hari
vi
Penulis lahir di Tanjungpinang pada tanggal 21 September 1993 dari Pasangan Baharuddin (alm) dan Baitir (alm) yang merupakan anak bungsu dari enam bersaudara. Penulis menyelesaikan Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 003 Tanjungpinang pada tahun 2005, kemudian diteruskan ke Sekolah Menengah Pertama (SMP) di SMP Negeri 01 Tanjungpinang dan lulus pada tahun 2008, penulis melanjutkan pendidikannya ke Sekolah Menengah Atas di SMA Negeri 01 Tanjungpinang dan lulus pada tahun 2011. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikannya ke Universitas Maritim Raja ali Haji pada Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan dengan mengambil Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan.
Penulis telah melakukan Praktek Lapangan dengan Mengindetifikasi Tingkat Kesuburan Fitoplankton di Perairan Waduk Sei Pulai Kabupaten Bintan. Penulis juga telah melaksanakan Kuliah Kerja Nyata (KKN) Program Pemberdayaan Masyarakat (PPM) di Desa Malangrapat Kabupaten Bintan pada tahun 2014. Selema perkuliahan penulis pernah turut andil menjadi Asisten Dosen pada mata kuliah Planktonologi dan Avertebrata Air. Selain menjadi Mahasiswa pada Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan UMRAH, Penulis juga mengabdikan dirinya sebagai Staff pada Unit Layanan Pengadaan Pemerintah Provinsi Kepulauan Riau. Untuk meraih gelar kesarjanaan, penulis menyusun Skripsi dengan judul “Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Iris Pseudoacorus”
vii
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah Penulis ucapkan kepada Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulisan Skripsi yang berjudul “Efektifitas Sistem Lahan Basah Buatan Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Iris Pseudoacorus” telah dapat penulis selesaikan tepat pada waktunya. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana di Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan, Universitas Maritim Raja Ali Haji Tanjungpinang
Penulis menyadari sebagai manusia pasti tidak akan pernah luput dari kesalahan dan kekurangan, maka penulis sangat terbuka atas segala kritik dan saran yang konstruktif dan bersifat membangun, demi penyempurnaan penulisan laporan hasil Penelitian selanjutnya. Kepada seluruh pihak yang telah memberi bantuan baik berupa moril maupun materil dalam penyelesaian penulisan Skripsi ini penulis ucapkan terima kasih. Harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi masyarakat luas.
Tanjungpinang, September 2015
viii
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis sadar bahwa selama penelitian hingga akhir skripsi ini terselesaikan karena adanya bantuan, dorongan kasih sayang dan semangat yang diberikan oleh berbagai pihak, dan dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Allah SWT atas berkat rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini
2. Kakak dan Abang yang selama ini mendoakan, mengasuh dan menyayangi serta memberikan motivasi dan bantuan materil dengan setulus hati. Semoga perjuangan ini menjadi suatu kebanggaan bagi kedua almarhum Ibu dan Bapak.
3. Dosen Pembimbing : Tengku Said Raza’i S.Pi, M.P dan Nancy Willian S.Si, M.Si yang telah banyak memberi arahan, dukungan, semangat dan selalu meluangkan waktu kepada penulis untuk bertukar pikiran.
4. Dosen Penguji : Winny Retna Melani S.P M.Sc dan Andi Zulfikar S.Pi, M.P yang banyak memberikan masukan dalam penyelesaian skripsi ini. 5. Rekan-rekan seperjuangan yaitu : Intan Fitriani, Ratih Safitri, Desi
Megawati, Dwi Sri Wahyuningsih, Dewi Susanti, Desriana, Yustika Anggraini, Mia Larasanti, Erwanda, yang selama ini membantu dalam penelitian dalam bentuk waktu, tenaga dan fikiran
ix
atas kebersamaannya melewati perkuliahan di tengah lelahnya setelah bekerja seharian.
7. Rekan-rekan Kerja pada Unit Layanan Pengadaan Pemerintah Provinsi Kepulauan Riau : Fauzi Fadlil B.Sc, Ayub S.E, M.Si, Muhammad Faisal Al-Hafis, Dyah Triharsih S.IP, Netty Porlena, Darma Saputra. atas bantuan dan pengertiannya bagi penulis dalam menyelesaikan studi ini.
8. Semua pihak yang banyak membantu dan tidak bisa disebutkan satu persatu, terima kasih untuk segala bantuannya semoga Allah SWT membalas semua bentuk kebaikan dan ketulusan yang diberikan.
Akhir kata sebaik-baiknya manusia adalah yang bermanfaat bagi sesama, dan sebaik-baiknya karya adalah yang dapat bermanfaat bagi manusia dan lingkunganya. Semoga skripsi ini memberikan manfaat bagi para pembaca.
Tanjungpinang, September 2015 Yang menyatakan
xii
DAFTAR ISI
Isi Halaman
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
PERNYATAAN ORISINALITAS ... iii
RINGKASAN ... iv
RIWAYAT HIDUP ... vi
KATA PENGANTAR ...vii
UCAPAN TERIMAKASIH ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
DAFTAR LAMPIRAN ... xvi
ABSTRAK ... xvii
ABSTRACT ... xviii
I. PENDAHULUAN ... A. Latar Belakang ... 1
B. Permasalahan ... 4
C. Tujuan Penelitian ... 4
D. Manfaat Penelitian ... 5
II. TINJAUAN PUSTAKA ... A. Tinjauan Umum Limbah Cair Domestik ... 6
B. Karakteristik Limbah Cair Domestik ... 8
1. Karakteristik Fisik... 8
2. Karakteristik Kimia ... 11
3. Karakteristik Biologi ... 17
C. Komposisi Limbah Cair Domestik ... 18
D. Standar Baku Mutu Limbah Cair Domestik ... 20
E. Sistem Lahan Basah Buatan ... 21
F. Tipe Sistem Lahan Basah Buatan ... 22
xi
2. Subsurface Flow System ... 24
G. Prinsip Dasar Sistem Lahan Basah Buatan ... 26
H. Komponen Sistem Lahan Basah Buatan ... 32
I. Tanaman Iris pseudoacorus ... 35
J. Kerangka Pemikiran ... 38
III. METODE PENELITIAN ... A. Tempat dan Waktu Penelitian ... 39
B. Tipe Penelitian ... 39
C. Alat dan Bahan Penelitian ... 41
D. Definisi Operasional ... 42
E. Metode Penelitian ... 42
1. Kerangka Kerja ... 42
2. Prosedur Penelitian ... 46
a. Perancangan Lahan Basah Buatan ... 46
b. Aklimatisasi Tanaman Percobaan ... 48
c. Penelitian Pendahuluan ... 49
d. Penelitian Utama ... 50
3. Rancangan Penelitian ... 51
4. Analisis data ... 54
a. Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan ... 54
b. Analisis Ragam Rancangan Acak Lengkap ... 54
c. Uji Normalitas Kolmogorov Smirnov ... 55
d. Uji Homogenitas Bartlett ... 56
e. Uji Beda Nyata Jujur/ Uji Tukey ... 57
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Karakteristik Limbah Cair Domestik ... 58
B. Pengaruh Variasi Detensi Waktu ... 63
xii
a. Uji Asumsi Normalitas Kolmogorov Smirnov ... 65
b. Uji Homogenitas Bartlett ... 66
c. Uji One Way Anova ... 67
d. Uji Beda Nyata Jujur/ Uji Tukey ... 68
e. Uji Regresi Linear Berganda ... 69
2. Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan ... 74
C. Pengaruh Variasi Biomassa Iris Pseudoacorus ... 78
1. Penurunan Parameter Air Limbah ... 78
a. Uji Asumsi Normalitas Kolmogorv Smirnov ... 79
b. Uji Homogenitas Bartlett ... 80
c. Uji One Way Anova ... 81
d. Uji Beda Nyata Jujur/ Uji Tukey ... 82
e. Uji Regresi Linear Berganda ... 83
2. Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan ... 86
D. Penerapan Sistem Lahan Basah Buatan sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Iris pseudoacorus ... 89
V. PENUTUP A. Kesimpulan ... 91
B. Saran ... 92
DAFTAR PUSTAKA ... xix
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Sifat Fisik Limbah Cair ... 08
2.2 Perbandingan konsentrasi BOD dan COD pada beberapa Jenis Air ... 12
2.3 Jenis Zat Organik/Inorganik yang Tidak atau Dapat Dioksidasi ... 13
3.1 Jadwal Penelitian ... 40
3.2 Dimensi Lahan Basah Buatan... 46
3.3 Penyusunan Media Tanam ... 46
3.4 Tabel Rancangan Penelitian Variasi Detensi Waktu ... 52
3.5 Tabel Rancangan Penelitian Variasi biomassa Iris pseudoacorus ... 53
3.6 Sidik Ragam Rancangan Acak Lengkap ... 55
3.7 Tabel pembanding Kolmogorov-Smirnov... 56
4.1 Laju Pertumbuhan Relatif tanaman Iris pseudoacorus ... 58
4.2 Konsentrasi awal Beberapa Parameter Limbah Domestik ... 60
4.3 Penurunan Parameter Air Limbah pada Sistem Lahan Basah Buatan . 63 4.4 Hasil Uji Asumsi Normalitas Kolmogorov Smirnov ... 65
4.5 Hasil Uji Asumsi Homogenitas Bartlett ... 66
4.6 Hasil Uji One Way Anova ... 67
4.7 Hasil Uji Lanjut Beda Nyata Jujur (BNJ)/ Uji Tukey ... 68
4.8 Hasil Uji Regresi Linear Berganda parameter BOD ... 70
4.9 Hasil Uji Regresi Linear Berganda pamater COD ... 72
4.10 Persentase Reduksi berbagai Parameter Uji ... 74
4.11 Penurunan Parameter Air Limbah pada Sistem Lahan Basah Buatan 78
4.12 Hasil Uji Asumsi Normalitas Kolmogorov Smirnov ... 79
4.13 Hasil Uji Asumsi Homogenitas Bartlett ... 80
4.14 Hasil Uji One Way Anova ... 81
4.15 Hasil Uji Lanjut Beda Nyata Jujur (BNJ)/ Uji Tukey ... 82
4.16 Hasil Uji Regresi Linear Berganda parameter BOD ... 84
4.17 Hasil Uji Regresi Linear Berganda pamater COD ... 85
4.18 Persentase Reduksi berbagai Parameter Uji ... 86
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Komposisi Komponen Penyusun Limbah Domestik ... 20
2.2 Perbedaan Penggunaan Tanaman dalam Sistem Lahan Basah Buatan 23 2.3 Tipe Aliran Sistem Lahan Basah Buatan ... 25
2.4 Zona Rizosfer Akar Tanaman Akuatik ... 30
2.5 Zona Aerob dan Anaerob pada Sistem Perakaran Tanaman Air ... 32
2.6 Kerangka Pemikiran ... 38
3.1 Kerangka Kerja ... 43
3.2 Diagram Alir Penelitian ... 44
3.3 Sketsa Lahan Basah Buatan... 47
3.4 Setting Perlakuan Variasi Detensi Waktu ... 52
3.5 Setting Perlakuan Variasi Biomassa Iris pseudoacorus... 52
4.1 Grafik Laju Pertumbuhan Relatif tanaman Iris pseudoacorus ... 60
4.2 Grafik Tahapan/Fase Pertumbuhan Bakteri ... 75
4.3 Persentase Reduksi berbagai Parameter Uji ... 76
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Hasil Pengukuran Studi Pendahuluan ... 96
2. Hasil Pengukuran Effluent Variasi Detensi Waktu ... 100
3. Hasil Pengukuran Effluent Variasi Biomassa Iris pseudoacorus .... 104
4. Perhitungan Uji Normalitas Kolmogorov Smirnov ... 109
5. Perhitungan Uji Homogenitas Bartlett ... 113
6. Perhitungan Uji One Way Anova ... 117
7. Perhitungan Uji Beda Nyata Jujur ... 121
8. Perhitungan Uji Regresi Linear Berganda ... 125
ABSTRAK
Prawira, Jimmy. 2015. Efektivitas Sistem Lahan Basah Buatan Sebagai Alternatif Pengolahan Limbah Domestik Menggunakan Tanaman Hias Iris Pseudoacorus, Skripsi. Tanjungpinang : Jurusan Manajemen Sumberdaya Perairan, Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan, Universitas Maritim Raja Ali Haji. Pembimbing I : Tengku Said Raza’i S.Pi, M.P Pembimbing II : Nancy Willian S.Si M.Si
Penelitian terkait kemampuan tumbuhan air Iris pseudoacorus dalam sitem lahan basah buatan sebagai unit bioremediator diharapkan mampu menyelesaikan permasalahan terkait pengolahan limbah domestik terutama pada areal pemukiman di wilayah perkotaan yang relatif terkonsentrasi. Tujuan dari Penelitian ini adalah mengetahui efektivitas Iris pseudoacorus dalam mendegradasi polutan yang terdapat dalam limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan. Penelitian tersebut dilatar belakangi oleh perlunya upaya minimasi limbah dari aspek ilmu pengetahuan dan teknologi guna mendapatkan berbagai alternatif teknologi pengolahan limbah yang efektif dan efisien.
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan merancang reaktor lahan basah buatan. Rancangan penelitian yang digunakan adalah Rancangan Acak Lengkap dengan 4 perlakuan dan 3 ulangan. Perlakuan yang digunakan adalah perbedaan biomassa tanaman Iris pseudoacorus dan perbedaan detensi waktu. Hasil akhir penelitian ini menunjukkan bahwa penurunan kadar nilai BOD, COD, Nitrat dan Fosfat telah memenuhi standar baku mutu air limbah berdasarkan Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No 5 Tahun 2014 pada waktu detensi 3 hari dengan biomassa 800 gram
ABSTRACT
Prawira, Jimmy. 2015. Effectiveness Of Artificial Wetland Systems As An Alternative Of Domestic Waste Treatment Using Iris Pseudoacorus, Undergraduated Thesis. Tanjungpinang : Department of Aquatic Resources Management, Faculty of Marine Science and Fisheries, Raja Ali Haji Maritime University. Advisor : Tengku Said Raza’i S.Pi, M.P Co-Advisor : Nancy Willian S.Si M.Si
Research on the ability of aquatic plants Iris pseudoacorus in wetland system as a unit bioremediator, expected to resolve problems related to the processing of domestic waste , especially in residential areas in urban areas that was relatively concentrated. The aim of this study was to determine the effectiveness of Iris pseudoacorus in degrading pollutants contained in domestic waste water with artificial wetlands system. The research was motivated by the need for waste minimization efforts of aspects of science and technology in order to get a variety of alternative waste treatment technology that is effective and efficient.
This study was an experimental study by designing reactors artificial wetlands. The study used completely randomized design with 4 treatments and 3 replications. The treatment used the difference of detention time and Iris pseudoacorus biomass. The final results of this study showed that decreased levels of the value of BOD, COD, Nitrate and Phosphate has reach the quality standard of waste water based on the Regulation of the Minister of Environment No. 5 of 2014 in 3 days detention time with 800 grams of biomass
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Pertumbuhan penduduk di Indonesia yang pesat khususnya di kota-kota besar sejalan dengan meningkatnya kebutuhan akan tempat tinggal berupa perumahan. Hal tersebut dikhawatirkan dapat memicu peningkatan air limbah domestik di lingkungan pemukiman untuk masa yang akan datang, dimana hal ini nantinya berdampak potensial terhadap pencemaran lingkungan perairan.
Meningkatnya jumlah air limbah domestik yang tidak diimbangi dengan peningkatan badan air penerima baik dari aspek kapasitas maupun kualitasnya, menyebabkan jumlah air limbah yang masuk ke dalam badan air tersebut dapat melebihi daya tampung maupun daya dukungnya (Effendi, 2003).
Kota Tanjungpinang yang merupakan ibukota Provinsi Kepulauan Riau memiliki persoalan penanganan air limbah domestik yang sama dengan kota-kota di Indonesia. Pembangunan areal pemukiman yang cukup pesat di kota Tanjungpinang terutama di Kecamatan Tanjungpinang Timur tentunya memerlukan penanganan air limbah domestik yang cukup memadai.
2
penduduk, contoh konkrit dari permasalahan ini dapat dilihat pada beberapa kompleks Perumahan di Kota Tanjungpinang.
Untuk mengantisipasi potensi dampak tersebut, maka perlu upaya minimasi limbah baik itu dari aspek kebijakan pemerintah daerah dalam rangka menekan jumlah air limbah domestik yang dihasilkan maupun dari aspek ilmu pengetahuan dan teknologi guna mendapatkan berbagai alternatif teknologi pengolahan limbah yang efektif dan efisien.
Sebagai salah satu daerah otonomi yang sedang berkembang, penerapan pengolahan limbah di kota Tanjungpinang sebaiknya mengimplementasikan pengolahan dengan biaya rendah dan teknologi yang mudah dioperasionalkan mengingat kurang efektinya beberapa IPAL yang telah dibentuk dikarenakan mahalnya biaya operasional dan rumitnya sistem pengoperasian. Untuk mencapai tujuan tersebut, pengolahan limbah dengan prinsip ekologis sangat direkomendasikan mengingat karakteristik limbah domestik yang pada umumnya bersifat biodegradable. Salah satu alternatif sistem pengolahan air limbah tersebut adalah Sistem Lahan Basah Buatan (Constructed Wetlands).
3
rhizosphere (Supradata, 2005). Berdasarkan rata-rata kondisi iklim Kota Tanjungpinang yang potensial untuk mendukung pertumbuhan dan transpirasi tanaman sepanjang tahun, maka pengolahan air limbah menggunakan sistem lahan basah buatan diperkirakan dapat berjalan dengan optimal.
Iris pseudoacorus telah diketahui di berbagai negara sebagai aset berharga dalam metode penjernihan air yang murah dan efektif. Berdasarkan morfologinya, Iris pseudoacorus sangat cocok untuk pengolahan limbah dengan sistem lahan basah buatan. Iris pseudoacorus memiliki sistem perakaran yang banyak dan cukup kuat untuk menyerap zat organik. Selain itu Iris pseudoacorus dapat menyerap unsur hara lebih banyak dari yang sebenarnya diperlukan untuk pertumbuhan dan menyimpannya dalam jaringannya dibanding tanaman air lainnya (Haimin Wuet all dalam Suswati, 2012). Sedangkan penelitian terkait efektivitas pemanfaatan Iris pseudoacorus dengan sistem lahan basah buatan sebagai pereduksi polutan dari air limbah domestik masih sangat sedikit.
4
B. Permasalahan
Berdasarkan uraian latar belakang diatas, maka dapat dirumuskan permasalahan penelitian yaitu belum diketahuinya kemampuan dari tanaman Iris pseudoacorus dalam menyerap polutan dari limbah cair domestik. Atas dasar hal tersebut, maka beberapa hal yang harus dijawab dalam penelitian ini adalah :
1. Bagaimana efektivitas Iris pseudoacorus dalam menyerap polutan yang terdapat dalam limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan ? 2. Bagaimana pengaruh variasi detensi waktu terhadap penurunan parameter
limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan?
3. Bagaimana pengaruh variasi biomassa Iris pseudoacorus terhadap penurunan parameter limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan?
4. Bagaimana pengaruh penurunan antar parameter selama berlangsungnya penelitian ?
C. Tujuan Penelitian
1. Mengetahui efektivitas Iris pseudoacorus dalam menyerap polutan yang terdapat dalam limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan
2. Mengetahui pengaruh variasi detensi waktu terhadap penurunan parameter limbah air domestik dengan sistem lahan basah buatan
3. Mengetahui pengaruh variasi biomassa Iris pseudoacorus terhadap penurunan parameter limbah air domestik sistem lahan basah buatan
5
D. Manfaat Penelitian
1. Manfaat bagi ilmu pengetahuan adalah dapat dijadikan bahan masukan dalam melakukan kajian limbah tentang pemanfaatan lahan basah untuk mengurangi kadar polutan dalam limbah cair domestik
2. Manfaat bagi pemerintah adalah untuk pengurangan beban limbah ke perairan, mengurangi biaya kerusakan lingkungan dan sebagai upaya menjaga keberlanjutan lingkungan terutama sistem perairan
6
II. TINJAUAN PUSTAKA A. Tinjauan Umum Air Limbah Domestik
Air limbah domestik (domestic waste water) adalah air buangan dari masyarakat, rumah tangga, industri, air tanah, air permukaan serta buangan lainnya (Sutapa DAI, 1999). Di dalam limbah cair terkandung zat-zat pencemar dengan konsentrasi tertentu yang bila dimasukkan ke badan air dapat mengubah kualitas airnya. Kualitas air merupakan pencerminan kandungan konsentrasi makhluk hidup, energi, zat-zat, atau komponen lain yang ada dalam air. Limbah cair mempunyai efek negatif bagi lingkungan karena mengandung zat-zat beracun yang mengganggu keseimbangan lingkungan dan kehidupan makhluk hidup yang terdapat di dalamnya (Sutapa DAI, 1999).
Limbah domestik atau limbah rumah tangga terdiri dari pembuangan air kotor dari kamar mandi, kakus dan dapur. Kotoran-kotoran tersebut merupakan campuran dari zat-zat bahan mineral dan organik dalam banyak bentuk, termasuk partikel-partikel besar dan kecil, benda padat, sisa-sisa bahan-bahan larutan dalam keadaan terapung dan dalam bentuk kolloid dan setengah kolloid (Martopo, 1987). Menurut Keputusan Menteri Lingkungan Hidup No. 112 Tahun 2003 tentang Baku Mutu Air Limbah Domestik yang dimaksud dengan air limbah domestik adalah air limbah yang berasal dari usaha dan atau kegiatan permukiman (real estate), rumah makan (restauran), perkantoran, perniagaan, apartemen dan asrama.
7
otomatis, dan peralatan lain yang menggunakan air. Angka volume limbah cair sebesar 400 liter/orang/hari bisa digunakan untuk limbah cair dari perumahan dan perdagangan, ditambah dengan rembesan air tanah (Soeparman, 2002).
Penanggulangan pencemaran limbah domestik, terutama yang berasal dari rumah tangga sangatlah rumit. Di satu sisi jumlah limbah terus bertambah dengan meningkatnya jumlah penduduk, disisi lain kemampuan penjernihan air dan tempat pembuangan sampah makin terbatas serta rendahnya pendidikan dan kebiasaan menggunakan air tercemar dalam kegiatan sehari-hari (Soemarwoto, 1983).
Limbah domestik yang masuk ke perairan terbawa oleh air selokan atau air hujan. Bahan pencemar yang terbawa antara lain feses, urin, sampah dari dapur (plastik, kertas, lemak, minyak, sisa-sisa makanan), pencucian tanah dan mineral lainnya. Perairan yang telah tercemar berat oleh limbah domestik biasanya ditandai dengan jumlah bakteri yang tinggi dan adanya bau busuk, busa, air yang keruh dan BOD5 yang tinggi (Mutiara, 1999).
Akibat yang ditimbulkan oleh limbah dapat bersifat langsung dan tidak langsung. Bersifat langsung misalnya, penurunan atau peningkatan “temperatur dan pH” yang menyebabkan terganggunya flora dan fauna serta sifat fisika atau kimia daerah pembuangan, sedangkan akibat tidak langsung adalah defisiensi oksigen. Dalam proses perombakan limbah diperlukan oksigen yang ada di sekitarnya, akibatnya daerah pembuangan limbah kekurangan oksigen (Kasmidjo, 1991).
8
dibuang langsung ke sungai, sedangkan gray water hampir seluruhnya dibuang ke sungai-sungai melalui saluran (Mara, 2004).
B. Karakteristik Limbah Cair Domestik
Secara umum menurut Puji dan Rahmi (2010) sifat air limbah domestik terbagi atas tiga karakteristik, yaitu karakteristik fisik, kimia, dan biologi.
1. Karakteristik fisik
Sifat fisik limbah cair rumah tangga dapat dilihat pada tabel 2.1 Tabel 2.1. Sifat Fisik Limbah Cair Rumah Tangga
Sifat-sifat Penyebab Pengaruh Cara mengukur
9
a. Padatan (Solid)
Limbah cair mengandung berbagai macam zat padat dari material yang kasar sampai dengan material yang bersifat koloidal.Dalam karakterisasi limbah cair material kasar selalu dihilangkan sebelum dilakukan analisis contoh tehadap zat padat. Macam-macam klasifikasi padatan sebagaimana tercantum pada Tabel 2.2
Tes standart untuk padatan terendap, dengan cara memasukan contoh kedalam kerucut imhoff, kemudian catat volume lumpur yang terendap dalam ml/L setelah mengalami proses pengendapan selama 1 jam. Tipikal limbah cair domestik memiliki jumlah endapan kurang lebih sebanyak 60%. (Purwanto D.S,2006).
b. Bau (Odor)
Bau merupakan petunjuk adanya pembusukan air limbah.Penyebab adanya bau pada air limbah karena adanya bahan volatile, gas terlarut dan hasil samping dari pembusukan bahan organik. Bau yang dihasilkan oleh air limbah pada umumnya berupa gas yang dihasilkan dari penguraian zat organik (Nitriogen, Fosfor dan Sulfur )yang terkandung dalam air limbah, seperti Hidrogen sulfida (H2S) dan
Amoniak (Asmadi dan Suharno, 2012).
Efek dari bau adalah stres psikologis manusia, bukan bahayanya pada tubuh.Bau yang merangsang dan busuk dapat menyebabkan manusia kurang nafsu makan, tidak suka minum, gangguan pernafasan, mual dan muntah.
c. Warna (Color)
10
suspended disebut warna sejati. Karakteristik yang sangat mencolok pada limbah cair adalah berwarna yang umumnya disebabkan oleh zat organik dan algae.Air limbah yang baru biasanya berwarna abu-abu.Apabila bahan-bahan organik mengalami dekomposisi oleh bakteri, maka DO turun sampai nol dan warna berubah menjadi hitam disebut septic (Djabu, Udin, et.al. 1990).
d. Temperatur
Limbah cair umumnya mempunyai temperatur lebih tinggi daripada temperatur udara setempat.Temperatur limbah cair dan air merupakan parameter sangat penting sebab efeknya pada kehidupan dalam air.Tingginya temperatur disebabkan oleh pengaruh cuaca, pengaruh kimia dalam limbah cair dan kondisi bahan yang dibuang ke dalam saluran limbah.
e. Kekeruhan (Turbidity)
Kekeruhan sifat optis air yang akan membatasi pencahayaan kedalam air. Kekeruhan terjadi karena adanya zat-zat koloid yang melayang dan zat-zat yang terurai menjadi ukuran yang lebih (tersuspensi) oleh binatang, zat-zat organik, jasad renik, lumpur, tanah, dan benda-benda lain yang melayang.
11
2. Karakteristik kimia a. Parameter organik
1) Biological Oxygen Demand (BOD)
Biological Oxygen Demand (BOD) atau Kebutuhan Oksigen Biologis (KOB) adalah suatu analisa empiris yang mencoba mendekati secara global proses-proses mikrobiologis yang benar-benar terjadi dalam air. Angka BOD adalah jumlah oksigen yang dibutuhkan oleh bakteri (aerobik) untuk menguraikan (mengoksidasikan) hampir semua zat organik yang terlarut dan sebagian zat-zat organik yang tersuspensi dalam air (Alarets dan Santika, 1984).
Parameter BOD adalah parameter yang paling banyak digunakan dalam pengujian air limbah dan air permukaan. Penentuan ini melibatkan pengukuran oksigen terlarut yang digunakan oleh mikroorganisme untuk menguraikan bahan-bahan organik (metcalf and eddy.1979). Hasil dari BOD ini akan digunakan untuk; a) Menentukan jumlah perkiraan oksigen yang akan dibutuhkan secara biologis
untuk menstabilkan bahan organik yang ada.
b) Menentukan ukuran (desain) pengolahan limbah cair. c) Mengukur efisiensi dari beberapa proses pengolahan.
12
amoniak. Oksigen diambil dari yang terlarut di dalam air dan apabila pemberian oksigen tidak seimbang dengan kebutuhanya maka oksigen yang terlarut akan turun mencapai titik nol, dengan demikian kehidupan air akan mati. Semakin besar angka BOD maka derajat pengotoran air limbah semakin besar (Sugiharto, 1987). Nilai BOD air limbah dipengaruhi oleh suhu, densitas, keberadaan mikroba serja jenis dan kandungna bahan organik dalam air limbah.
2) Chemical Oxygen Demand
Analisis COD adalah menentukan banyaknya oksigen yang diperlukan untuk mengoksidasi senyawa organik secara kimiawi. Chemical Oxygen Demand (COD) atau Kebutuhan Oksigen Kimia (KOK) adalah jumlah oksigen (mg O2) yang dibutuhkan untuk mengoksidasi zat-zat organis dalam 1 liter sampel air, dimana pengoksidasi K2Cr2O7 digunakan sebagai sumber oksigen (oxidizing agent). Angka
COD merupakan ukuran bagi pencemaran air oleh zat-zat organis yang secara alamiah tidak dapat dioksidasikan melalui proses mikrobiologis, dan mengakibatkan berkurangnya oksigen terlarut di dalam air.
Analisa COD berbeda dengan analisa BOD namun perbandingan antara angka COD dengan angka BOD dapat dilihat dalam Tabel 2.3, dimana tercantum perbandingan angka tersebut untuk beberapa jenis air.
Jenis Air BOD5/COD
Air buangan domestik (penduduk) 0,40 – 0,60
Air buangan domestik setelah pengendapan primer 0,60 Air buangan domestik setelah pengolahan secara
biologis 0,20
Air sungai 0,10
13
Angka perbandingan yang lebih rendah dari yang seharusnya, misalnya untuk air buangan penduduk (domestik) <0,20, menunjukan adanya zat-zat yang bersifat racun bagi mikroorganisme.Tidak semua zat-zat organis dalam air buangan maupun air permukaan dapat dioksidasikan melalui tes COD atau BOD.Pada Tabel 2.4 dibawah ini menunjukan jenis zat organik/inorganis yang tidak atau dapat dioksidasikan melalui tes COD dan BOD.
Tabel 2.4. Jenis Zat Organik/Inorganik yang Tidak atau Dapat Dioksidasi
Jenis zat organis/inorganis Dapat dioksidasikan melalui tes
BOD COD
Zat organis yang “biodegradable”a
(protein, gula, dan sebagainya) X X
Selulosa dan sebagainya X -
N organis yang “biodegradable”a
(Protein dan sebaginya) X X
N organis yang “non-biodegradable” NO2,Fe2+,S2-,Mn3+
X -
NH4 bebas (nitrifikasi) - Xb
Hidrokarbon aromatik dan rantai Xc -
Keterangan :
X) Biodegradable : dapat dicerna/diuraikan.
Xb) Mulai setelah 4 hari, dan dapat dicegah dengan pembubuhan inhibitor
Xc) Dapat dioksidasikan karena adanaya katalisator Ag2So4
-Theoritical Oxygen Demand (ThOD) atau kebutuhan oksigen teoritis adalah kebutuhan oksigen untuk mengoksidasikan zat organis dalam air yang dihitung secara teoritis. Jumlah oksigen tersebut dihitung bila komposisi zat organis terlarut telah diketahui dan dianggap semua C,H, dan N habis teroksidasi menjadi CO2, H2O
14
limbah industri) terdapat perbandingan angka ThOD, COD, dan BOD yang tertentu (Alarets dan santika. 1984). Nilai COD pada perairan yang tidak tercemar biasanya kurang dari 20 mg/L , sedangkan pada perairan yang tercemar dapat lebih dari 200 mg/L dan pada limbah industri dapat mencapai 600 mg/L.
3) Protein
Protein merupakan bagian yang penting dari makhluk hidup, termasuk di dalamnya tanaman, dan hewan bersel satu. Protein mengandung karbon, hidrogen, dan oksigen yang mempunyai bobot molekul sangat tinggi. Struktur kimianya sangat kompleks dan tidak stabil serta mudah terurai, sebagian ada yang larut dalam air, tetapi ada yang tidak. Susunan protein sangat majemuk dan terdiri dari beribu-ribu asam amino dan merupakan bahan pembentuk sel dan inti sel. Di dalam limbah cair, protein merupakan unsur penyabab bau, karena adanya proses pembusukan dan peruraian oleh bakteri.
4) Karbohidrat
15
sellulosa merupakan salah satu karbohidrat yang paling tahan terhadap dekomposisi atau peruraian bakteri. Karbohidrat ini keberadaannya dalam limbah cair mengakibatkan bau busuk dan turunnya oksigen terlarut, sehingga dapat mengganggu kehidupan biota air.
5) Minyak dan Lemak
Minyak adalah lemak yang bersifat cair. Keduanya mempunyai komponen utama karbon dan hidrogen yang mempunyai sifat tidak larut dalam air. Bahan-bahan tersebut banyak terdapat pada makanan, hewan, manusia dan bahkan ada dalam tumbuh-tumbuhan sebagai minyak nabati. Sifat lainnya adalah relatif stabil, tidak mudah terdekomposisi oleh bakteri.
6) Deterjen
16
b. Parameter Anorganik Dan Gas 1) pH
Air limbah dengan konsentrasi air limbah yang tidak netral akan menyulitkan proses biologis, sehingga menggangu proses penjernihannya. pH yang baik bagi air limbah adalah netral (7). Semakin kecil nilai pH-nya, maka akan menyebabkan air tersebut berupa asam (Sugiharto. 1987).
2) Alkalinitas
Alkalinitas atau kebasaan air limbah disebabkan oleh adanya hidroksida, karbonat dan bikarbonat seperti kalsium, magnesium, dan natrium atau kalium. Kebasaan adalah hasil dari adanya hidroksi karbonat dan bikarbonat yang berupa kalsium, magnesium, sodium, potasium atau amoniak. Dalam hal ini, yang paling utama adalah kalsium dan magnesium nikarbonat. Pada umumnya air limbah adalah basa yang diterima dari penyediaan air, air tanah, dan bahan tambahan selama dipergunakan dirumah (Sugiharto. 1987).
3) Logam
Menentukan jumlah kandungan logam pada air limbah seperti nikel (Ni), magnesium(Mg), timbal (Pb), kromium (Cr), kadmium (Cd), Zeng (Zn), tembaga (Cu), besi(Fe) dan air raksa(Hg) sangat penting dikarenakan jika belebihan maka akan bersifat racun. Akan tetapi, beberapa jenis logam biasanya dipergunakan untuk pertumbuhan kehidupan biologis, misalnya pada pertumbuhan algae apabila tidak ada logam pertumbuhannya akan terhambat.
4) Gas
17
kehidupan lainya. Apabila oksigen berada pada ambang yang rendah, maka bau-bauan akan dihasilkan sebab unsur karbon berubah menjadi metan termasuk CO2 dan sulfur. Belerang akan menjadi amonia (NH3) atau teroksidasi menjadi nitrit (Sugiharto, 1987).
Menurut Tchobanoglous (1991) dalam Asmadi dan Suharno (2012), Gas yang sering muncul dalam air limbah yang tidak diolah antara lain : Nitrogen, CO2, H2S, NH3, dan CH4 gas-gas ini berasal dari hasil dekomposisi zat organik dalam air limbah.
5) Nitrogen
Unsur nitrogen merupakan bagian yang penting untuk keperluan pertumbuhan protista dan tanaman. Nitrogen ini dikenal sebagai unsur hara atau makanan dan perangsang pertumbuhan. Nitrogen dalam limbah cair terutama merupakan gabungan dari bahan-bahan berprotein dan urea. Oleh bakteri, nitrogen ini diuraikan secara cepat dan diubah menjadi ammonia, sehingga umur dari air buangan secara relatif dapat ditunjukkan dari jumlah ammonia yang ada.
6) Phospor
Unsur phospor (P) dalam air seperti juga elemen nitrogen, merupakan unsur penting untuk pertumbuhan protista dan tanaman, yang dikenal pula sebagai nutrient dan perangsang pertumbuhan. Phospor merupakan komponen yang menyuburkan algae dan organisme biologi lainnya, sehingga dapat dijadikan tolak ukur kualitas perairan.
3. Karakteristik Biologi
18
pengolahan limbah cair secara biologi, tetapi ada juga mikroorganisme yang membahayakan bagi kehidupan manusia. Mikroorganisme tersebut antara lain bakteri, jamur, protozoa dan algae.
a. Bakteri
Menurut Tchobanoglous (1991) dalam Asmadi dan Suharno (2012), bakteri merupakan mikroorganisme bersel tunggal dan biasanya tidak berwarna.Memiliki berbagai bentuk seperti batang, bulat, dan spiral.Sedangkan menurut Ryadi, Slamet, (1998) bakteri adalah suatu mikroorganisme yang hanya terdiri dari satu sel saja yang mempunyai sifat sebagai “single-selled procaryotics eubacteria”. Bakteri Escherichia coli merupakan bakteri yang dapat dijadikan indikator polusi buangan manusia. Bakteri in digunakan sebagai indikator dalam penentuan kualitas air apakah terkontaminasi atau tidak pada bakteri coli
b. Jamur
Jamur sangat penting dalam penjernihan air seperti halnya dengan bakteri mereka menggunakan partikel organik terlarut. Jamur tidak melaksanakan fotosintesis dan dapat tumbuh pada daerah lembab dengan pH yang rendah, suatu kondisi dimana bakteri tidak bisa hidup (Sugiharto, 1987).
c. Algae
Algae dapat memberikan ganguan pada air, seperti timbulnya bau dan rasa yang tidak kita inginkan.
C. Komposisi Limbah Cair Domestik
19
1. Tinja (faeces), berpotensi mengandung mikroba pathogen
2. Air seni (urine), umumnya mengandung Nitrogen dan Pospor, serta kemungkinan kecil organisme
3. Grey water, merupakan air bersih cucian dapur, mesin cuci dan kamar mandi, grey water sering juga disebut istilah sullage.
Campuran faecesdan urine disebut sebagai excerta, sedangkan campuran excreta dengan air bilasan toilet disebut disebutsebagai black water.Mikroba patogen banyak terdapat pada excreta.
Mikroorganisme dapat berkembang jika terdapat bahan makanan yang sesuai dan kelembaban yang memadai serta suhu yang sesuai. Limbah domestik menyediakan lingkungan yang ideal bagi pertumbuhan mikroba terutama golongan bakteri, serta beberapa virus dan protozoa. Kebanyakan mikroba tidak berbahaya dan dapat dihilangkan dengan proses biologi yang mengubah zat organik menjadi produk akhir yang stabil. Tetapi limbah domestik dapat pula mengandung organisme patogen yang menimbulkan penyakit berasal dari excreta manusia yang terinfeksi penyakit menularyang dapat menyebar melalui air yang terkontaminasi. Penyakit akibat bakteri yang berasal dari air antara lain kolera, tifus dan tuberkulosis, serta penyakit akibat virus seperti hepatitis dan disentri akibat protozoa (Asmadi dan Suharno, 2012). Disamping itu limbah cair domestik juga mengandung berbagai senyawa organik seperti karbon, hidrogen, nitrogen, fosfor dan sulfu dalam bentuk protein, karbohidrat dan lipida
20
Gambar 2.1. Komposisi Komponen Penyusun Limbah Domestik
D. Standar Baku Mutu Limbah Cair
Untuk mengadakan pemantauan terhadap limbah cair yang dibuang, maka perlu dibandingkan dengan baku mutu limbah cair yang telah ditetapkan oleh pemerintah berdasarkan Keputusan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 05 Tahun 2014tentang Baku Mutu Air Limbah.
Standar lain yang digunakan untuk parameter COD adalah perbandingan antara BOD dan COD. Baik BOD maupun COD menentukan senyawa organis dalam suatu sampel air, namun melalui metoda yang berbeda. Karena COD menggunakan oksidasi kimiawi yang lebih kuat daripada oksidasi biologis pada analisa BOD, maka angka BOD selalu 0,65x angka COD. Perbandingan tersebut dapat berubah sesuai dengan jenis air. (Alarets dan Santika, 1984:44).
Dengan telah ditetapkanya baku mutu air limbah dan baku mutu badan air maka dapat dimanfaatkan untuk :
Air (99.9%) Padatan (0.1%)
Organik (70%) Anorganik (30%)
Protein (65%)
Karbohidrat (25%)
Lemak (10%)
Garam
Logam
21
1. Menginterpretasikan hasil pemantauan. 2. Menginventarisasi permasalahan yang timbul.
3. Meramalkan timbulnya kasus pencemaran dalam periode tertentu.
Adapun cara menginterpretasikan hasil pemantauan adalah dengan cara membandingkan antara hasil yang didapat dengan baku mutu yang telah ditetapkan E. Sistem Lahan Basah Buatan
Instalasi pengolahan limbah cair biologis atau constructed wetland merupakan instalasi pengolahan limbah cair buatan yang dirancang dan dibuat berupa kolam atau saluran yang ditanami oleh tumbuhan-tumbuhan air dan proses penjernihan limbah cair dilakukan secara biologis dengan bantuan mikroorganisme, proses fisika dan kimia. Instalasi ini dirancang seperti proses penjernihan limbah cair yang ada di alam, tetapi dengan lingkungan yang dapat dikendalikan. Instalasi pengolahan limbah cair buatan ini mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan instalasi pengolahan limbah cair alami ( natural wetlands) yaitu lokasi bisa dipilih sesuai dengan keinginan, ukuran lebih fleksibel, pola aliran serta waktu tinggal bisa diatur (Brix dalam Kurniadie, 2011).
22
F. Tipe Sistem Lahan Basah Buatan
Instalasi pengolahan limbah cair atau constructed wetland diklasifikasikan berdasarkan berbagai macam parameter, tetapi yang paling penting adalah berdasarkan tipe aliran yaitu aliran permukaan (free water surface flow) dan aliran bawah permukaan (subsurface water flow).
1. Free Water Surface Flow (FWS)
Instalasi pengolahan limbah cair dengan polaaliran permukaan atau free water surface constructed wetland (FWS) terdiri dari kolam atau saluran dengan menggunakan tanah atau medium untuk mendukung perakaran tumbuhan (jika ada) dan air. Sistem FWS ini sangant mirip dengan kondisi wetland secara alami (natural wetland) dan umumnya merupakan kolam yang ditanami berbagai jenis tanaman gulma air (Kurniadie, 2011).
Masalah dari instalasi pengolahan limbah cair dengan pola aliran permukaan atau free water surface flow ini adalah areal lahan yang diperlukan lebih luas, banyak nyamuk, estetika kurang baik serta dapat menimbulkan bau. Berdasarkan jenis dari gulma air, instalasi pengolahan limbah cair free surface dibagi kedalam beberapa sistem, yaitu:
a. Sistem dengan menggunakan gulma air yang terapung bebas seperti gulma air Elchornia crassibes, Pistia stratiotes, Lemna spp., Spirodela polyrhiza, Wolfia spp.
23
c. Sistem dengan menggunakan gulma air submerged seperti Myriophyllum spicatum, Potamogeton pectinatus. Elodea canadansis dan Ceratophyllum. Pada gambar berikut ini dapat dilihat secara rinci perbedaan penggunaan tanaman dari ketiga jenis sistem Lahan Basah tersebut.
Gambar 2.2. Perbedaan Penggunaan Tanaman dalam Sistem Lahan Basah Buatan
24
2. Subsurface Flow System
Instalasi pengolahan limbah cair dengan menggunakan aliran subsurface flow system diklasifikasikan menurut arah dari aliran baik arah horizontal (HSF) dan arah vertical (VFS).
a. Horizontal Subsurface Flow (HSF)
Instalasi pengolahan limbah cair tipe horizontal atau constructed wetland with a horizontal subsurface flow (HF atau HSF) merupakan instalasi pengolahan limbah cair dimana limbah cair dimasukkan ke dalam inflow dan mengalir secara lambat melalui media yang porous secara horizontal menuju saluran outflow. Bahan-bahan organik pencemar didegradasi secara aerob dan anaerob oleh bakteri yang menempel pada bagian akar dan rhizome dari tumbuhan gulma air emergent dan permukaan media tumbuh.Oksigen yang diperlukan untuk degradasi aerobik diberikan secra langsung dari atmosphere secara difusi atau keluarnya oksigen dari akar dan rhizome pada bagian rhizosphere (Kurniadie, 2011).
b. Vertical Flow System (VFS)
25
ke bawah reaktor maka kolom air pada permukaan filter bed akan kosong, hal ini memperbesar kemungkinan terjadinya kontak oksigen dengan populasi mikroba pada Rhizosfer. Fungsi dari gulma air emergent adalah untuk menjaga supaya konduktivitas hidraulik bisa terjaga, sehingga filter bed tidak mudah mampet.
Proses utama penjernihan limbah cair pada instalasi pengolahan limbah cair tipe vertikal adalah sama dengan pada instalasi pengolahan limbah cair horizontal, tetapi filter bed pada sistem vertikal lebih bersifat aerob dibandingkan dengan sistem horizontal, sehingga proses nitrifikasi dan penurunan BOD lebih cepat, tetapi proses penurunan suspended solid lebih baik pada sistem pengolahan limbah cair tipe horizontal.
Perbedaan sistem aliran dari kedua sistem Lahan Basah tersebut dapat dilihat secara rinci pada gambar 2.3.berikut ini :
Gambar 2.3. Tipe Aliran Sistem Lahan Basah Buatan
Proses eliminasi bahan organik dan unsur hara pencemar pada instalasi ini terjadi melalui proses (Kurniadie, 2011):
a) Adsorpsi dari koloid-koloid oleh media atau substrat
b) Pengikatan kapasitas kation dan anion pada mineral liat dan oksida Fe
26
d) Penghisapan oleh tanaman
Platzer dan Mauch dalam Kurniadie (2011) mengatakan bahwa instalasi pengolah limbah cair subsurface water flow system dengan aliran vertikal dibuat dengan tujuan untuk meningkatkan efesiensi penurunan parameter limbah serta bahan yang diperlukan lebih sedikit dibandingkan dengan instalasi pengolah limbah cair subsurface water flow system dengan aliran horizontal. Selain itu Flasche dalam Kurniadie (2011) melaporkan bahwa instalasi pengolah limbah cair subsurface water flow system dengan aliran vertikal mempunyai efesiensi pembersih lebih tinggi terhadap NH4N dan COD dibandingkan dengan instalasi pengolah limbah
cair subsurface water flow system dengan aliran horizontal. G. Prinsip Dasar pada Sistem Lahan Basah Buatan
Mengacu dari definisi Wetlands dari Met Calf & Eddy (1993), maka proses pengolahan limbah pada Lahan Basah Buatan dapat terjadi secara fisik, kimia maupun biologi. Proses secara fisik yang terjadi adalah proses sedimantasi, filtrasi, adsorpsi oleh media tanah yang ada. Menurut Wood dalam Tangahu & Warmadewanthi (2001), dengan adanya proses secara fisik ini hanya dapat mengurangi konsentrasi COD & BOD solid maupun TSS, sedangkan COD & BOD terlarut dapat dihilangkan dengan proses gabungan kimia dan biologi melalui aktivitas mikroorganisme maupun tanaman.
27
Pengendapan untuk zat padatan tersuspensi
Filtrasi dan pretipitasi kimia pada media
Transformasi kimia
Adsorpsi dan pertukaran ion dalam permukaan tanaman maupun media
Transformasi dan penurunan polutan maupun nutrient oleh mikroorganisme
maupun tanaman
Mengurangi mikroorganisme pathogen
Mekanisme penyerapan polutan pada Lahan Basah Buatan, menurut USDA and ITRC dalam Halverson (2004) menyebutkan bahwa secara umum melalui proses abiotik (Fisik dan kimia) atau biotik (mikrobia dan tanaman) dan gabungan dari kedua proses tersebut. Proses pengolahan awal (primer) secara abiotik, antara lain melalui :
Settling & sedimentasi, efektif untuk menghilangkan partikulat dan padatan
tersuspensi.
Adsorpsi dan absorpsi, merupakan proses kimiawi yang terjadi pada
tanaman, substrat, sediment maupun air limbah, yang berkaitan erat dengan waktu retensi air limbah.
Oksidasi dan reduksi, efektif untuk mengikat logam-logam B3dalam Lahan
Basah Buatan.
Photodegradasi/oxidasi, degradasi (penurunan) berbagai unsur polutan yang
berkaitan dengan adanya sinar matahari.
28
Proses secara biotik, seperti biodegradasi dan penyerapan oleh tanaman juga merupakan bentuk pengurangan polutan seperti halnya pada proses abiotik. Beberapa proses pengurangan polutan yang dilakukan oleh mikrobia dan tanaman dalam Lahan Basah, antara lain sebagai berikut :
Biodegradasi secara Aerobik/anaerobik, merupakan proses metabolisme
mikroorganisme yang efektif menghilangkan bahan organik dalam Lahan Basah. Dalam proses ini, tanaman mengeluarkan senyawa organik dan enzim melalui akar (disebut eksudat akar) sehingga daerah rhizodfer merupakan lingkungan yang sangat baik untuk tempat tumbuhnya mikroba. Mikroba di daerah rhizosfer akan mempercepat biodegradasi kontaminan.
Phyto-akumulasi, proses pengambilan dan akumulasi bahan anorganik oleh
tanaman. Akar tanaman dapat menyerap kontaminan bersamaan dengan penyerapan nutrient dan air. Massa kontaminan tidak dirombak, tetapi diendapkan di bagian trubus dan daun tanaman. Metode ini digunakan terutama untuk menyerap limbah yang mengandung logam berat.
Phyto-stabilisasi, merupakan bentuk kemampuan sebagian tanaman untuk
memisahkan bahan anorganik pada akar tanaman. Dalam proses stabilisasi, berbagai senyawa yang dihasilkan oleh tanaman dapat mengimobilisasi kontaminan. Sehingga diubah menjadi senyawa yang stabil. Tanaman juga mencegah migrasi polutan secara mekanis dengan mengurangi run off, erosi permukaan, dan aliran bawah tanah
Phyto-degradasi, tanaman dapat menghasilkan enzim yang dapat memecah
29
proses transpirasi.Dalam proses metabolisme, tanaman dapat merombak kontaminan di dalam jaringan tanaman menjadi molekul yang tidak bersifat toksik
Rhizo-degradasi dinamakan pula fitostimulasi atau biodegradasi rhizosfer
dimana akar tanaman dapat melakukan penyerapan bahan polutan dari hasil degradasi bahan organik yang dilakukan oleh mikrobia. Mikrobia berkembang pada rhizosfer sebagai akibat suplai oksigen dan enzim oleh akar tanaman tumbuhan itu sendiri.
Phyto-volatilisasi / evapotranspirasi, penyerapan dan transpirasi, dalam
proses ini, tanaman menyerap air yang mengandung kontaminan organic melalui akar, diangkut ke bagian daun, dan mengeluarkan kontaminan yang sudah didetoksifikasi ke udara melalui daun.
Proses penurunan polutan dalam bentuk bahan organik tinggi, merupakan nutrient bagi tanaman. Melalui proses dekomposisi bahan organik oleh jaringan akar tanaman akan memberikan sumbangan yang besar terhadap penyediaan C, N, dan energi bagi kehidupan mikrobia (Handayanto, E. dan Hairiah, K., 2007). Mikrobia secara tidak langsung juga turut memberikan keuntungan bagi tanaman karena mampu melarutkan berbagai macam mineral dan menghasilkan enzim pertumbuhan.
30
Gambar 2.4. Zona Rizosfer Akar Tanaman Akuatik.
Aktivitas mikroorganisme maupun tanaman dalam penyediaan oksigen yang terdapat dalam sistem pengolahan limbah Lahan Basah Aliran Bawah Permukaan (SSF-Wetlands) ini, secara prinsip terjadi akibat adanya proses fotosintesis maupun proses respirasi.
31
Menurut Reed, et al. dalamKhiatuddin, M (2003), diperkirakan, oksigen yang dilepas oleh akar tanaman air dalam 1 hari berkisar antara 5 hingga 45 mg/M2 luas akar tanaman.Percobaan yang dilakukan oleh Brix, et al. di Australia menemukan bahwa tanaman-tanaman air mampu memasok oksigen ke dalam tanah dibawah permukaan air dalam kisaran antara 0,2 – 10 cm(Khiatuddin, M., 2003).
Menurut Amstrong dalam Tangahu dan Warmadewanthi, (2001), menyebutkan bahwa jumlah oksigen yang dilepaskan oleh tanaman Hydrophyta sebesar 12 g O2/m2/hari, dengan sistem perakaran tiap batangnya mempunyai 10
akar adventif, dimana tiap akar adventif berisi 600 akar lateral. Sedangkan menurut Hindarko (2003), menyebutkan bahwa berdasarkan pengalaman, kadar oksigen yang dipasok melalui daun, batang maupun akar tanaman yang terdapat dalam SSF-Wetlands rata-rata sebesar 20 g O2/m2/hari. Disamping itu zona rhizosfer juga
menyediakan berbagai bahan organik yang umumnya menstimulir pertumbuhan mikroba seperti eksudat akar, sekresi akar, lisat akar, musigel dan berbagai enzim.
Pelepasan oksigen oleh akar tanaman air menyebabkan air/tanahdisekitar rambut akar memiliki oksigen terlarut yang lebih tinggi dibandingkan dengan air/tanah yang tidak ditumbuhi tanaman air, sehingga memungkinkan organisme mikro pengurai seperti bakteri aerob dapat hidup dalam lingkungan lahan basah yang berkondisi anaerob (Khiatuddin, 2003).
32
simbiosa disekitar akar tanaman dan kehadirannya secara khas tergantung pada akar tanaman tersebut.
Pada gambar 2.5.berikut ini dapat dilihat secara rinci bahwa sistem perakaran tanaman air (Rhizosfer) yang menghasilkan oksigen akan membentuk zona aerob dan yang jauh dari sistem perkaran tersebut akan membentuk zona anaerob.
Gambar 2.5. Zona Aerob dan Anaerob pada Sistem Perakaran Tanaman Air
H. Komponen-komponen Sistem Lahan Basah Buatan
Menurut Puspita, et.al (2005), faktor-faktor yang beperan dalam proses pengolahan limbah pada lahan basah buatan adalah sebagai berikut:
1. Mikroorganisme
33
2. Tanaman
Tanaman adalah komponen terpenting yang berfungsi sebagai pendaur ulang bahan pencemar dalam air limbah untuk menjadi biomassa yang bernilai ekonomis dan menyuplai oksigen ke dasar air atau ke dalam substrat yang berkondisi anaerobik. Tanaman menggunakan energi matahari untuk menggerakan reaksi biokimia di dalam selnya, sehingga manusia tidak perlu lagi memasok energi listrik dalam proses pembersihan air limbah (Khiatuddin, 2003).
Tanaman pada lahan basah buatan berperan:
a. Penyedia oksigen bagi proses penguraian zat pencemar b. Media tumbuh dan berkembangnya mokroorganisme
c. Penahan laju aliran sehingga memudahkan proses sedimentasi padatan, membantu proses filtrasi (terutama bagian perakaran tanaman) dan mencegah erosi.
d. Penyerap nutrient dan bahan-bahan pencemar lainnya
e. Pencegah pertumbuhan virus dan bakteri pathogen dengan mengeluarkan zat-zat tertentu semacam antibiotik.
Tanaman air yang biasa digunakan di dalam lahan basah buatan dan telah terbukti mempunyai kemampuan baik dalam proses pengolahan air limbah/air tercemar dapat dikelompokkan menjadi:
a. Tanaman yang mencuat ke permukaan air (emergent aquatic macrophyte), merupakan tanaman air yang berakar dibawah air dan berdaun di atas air. b. Tanaman yang mengambang dalam air (submergent aquatic macrophyte),
34
c. Tanaman yang mengapung di permukaan air (floating plant), merupakan tanaman yang mempunyai akar di dalam air dengan daun di atas air.
3. Substrat/media
Substrat/media berperan sebagai tempat menempelnya mikroorganisme sehingga memperluas permukaan sistem lahan basah buatan. Selain itu, substrat juga berperan untuk menyokong tumbuhan air, membantu proses filtrasi (terutama pada lahan basah buatan beraliran bawah permukaan/subsurface flow) dan menampung sedimen. Jenis substrat sangat mempengaruhi waktu detensi, oleh karena itu pemilihan substrat yang tepat sangat menentukan keberhasilan sistem dalam mengolah air limbah.
Menurut Kurniadie (2011) substrat/media tumbuh tanaman merupakan salah satu faktor pendukung utama dalam instalasi penjernih limbah cair. Hal ini disebabkan karena proses biologi, kimia dan fisika dalam penjernihan limbah cair terjadi pada substrat yang ditanami dengan berbagai macam tumbuhan gulma air emergent. Jenis substrat yang digunakan sangat berpengaruh pada efisiensi pembersih dari instalasi pengolahan limbah cair.Sebelumnya banyak instalasi pengolahan limbah cair yang menggunakan tanah sebagai substrat (media tumbuh) tetapi banyak menimbulkan masalah terutama adanya aliran permukaan, pertumbuhan gulma air emergent yang kurang baik serta efisiensi pembersih yang kurang baik.
35
a. Media tumbuh gulma air emergent merupakan tempat menempel mikroorganisme anaerob (dan atau anoxic juka terdapat nitrat) untuk dekomposisi bahan organik pencemar.
b. Mempengaruhu retention time (waktu tinggal).
c. Memberikan kesempatan bagi mikroorganisme untuk mendekomposisi bahan pencemar pada limbah cair.
d. Tersedianya oksigen yang kesemuanya akan berpengaruh pada efisiensi pembersih dari instalasi pengolahan limbah cair.
4. Kolom air
Kolom air dalam lahan basah buatan berperan penting, karena apabila kolom air terlalu dalam akan berpengaruh terhadap efisiensi lahan basah buatan.
I. Tanaman Iris pseudacorus
Iris pseudoacorus adalah salah satu tanaman herba.Bunganya memiliki bibir (labellum) yang merupakan modifikasi dari salah satu petal (mahkota bunga) seperti halnya anggrek.Namun berbeda dengan tanaman anggrek yang tumbuh epifit menempel pada dahan pohon, tanaman iris mampu tumbuh dengan media tanah. Sebagai tanaman semak yang berumpun, iris baik digunakan sebagai border pada tempat yang mendapat cahaya matahari. Sering juga dipakai sebagai pengisi bak tanaman atau bidang di bawah jendela kamar. Secara alami, daun anggrek tanah tumbuh menjuntai membentuk rangkaian yang mampu menutupi dinding dan permukaan tanah. Tangkai bunga muncul di antara daun-daunnya.
36
hidup lebih dari 2 tahun.Panjang akar biasanya 4 – 8 inci (10-20 cm) dan memiliki getah berwarna hitam. Setiap individu menghasilkan 10 daun yang ditutupi oleh lapisan lilin berwarna putih dan abu-abu. Daunya berbentuk pedang dengan panjang 50 – 100 cm dan lebarnya 10 – 30 cm. Berkembang biak setiap bulan secara vegetatif melalui sistem perakaran maupun secara generatif melalui biji yang terletak diujung batang pada pangkal daun.
Tanaman Iris juga telah banyak digunakan sebagai tanaman holtikultura, karena tanaman ini dapat beradaptasipada kondisi oksigen yang rendah. Tanaman tersebut dapat hidup pada area-area yang memiliki kandungan zat organic terlarut yang sangat tinggi dan tanaman ini dapat menurunkan zat organic terlarut hingga 25% lebih dari satu tahun. Dalam 24 jam, dapat menurunkan E.coli sebesar 50%, Salmonela hingga 70%, dan Entercoli hingga 60%. Hal tersebut dapat membuktikan bahwa tanaman Iris dapat menurunkan logam berat pada air limbah secara efisien dan ekonomis, karena kemampuan tanaman ini dalam menyerap logam serta dapat bertahan dalam kondisi tidak baik (Jacobs, Graves & Mangold, 2010).
37
Tanaman ini sering ditemukan di rawa-rawa, dengan pH 3,6 – 7,7 dan membutuhkan kandungan nitrogen yang tinggi (Jacobs, Graves & Mangold, 2010).
Adapun klasifikasi tanaman " iris " (Iris pseudoacorus) adalah sebagai berikut :
Kingdom : Plantae (tumbuhan)
Subkingdom : Tracheobionta (berpembuluh) Super Divisi : Spermatophyta (berbiji) Divisi : Magnoliophyta (berbunga) Klas : Liliopsida (monokotil) Sub-kelas : Liliidae
Ordo : Liliales Familia : Iridaceae Genus : Iris
Spesies : Iris pseudoacorus
38
J. Kerangka Pemikiran
Pertumbuhan Penduduk
Daya tampung badan air penerima semakin berkurang
Kurang efektifnya IPAL
Pencemaran Limbah Domestik
Upaya Minimalisasi Limbah
Sistem Laham Basah Buatan
Variasi Detensi Waktu
Variasi Biomassa Iris pseudoacorus
Persentase Eliminasi beberapa Parameter Limbah
Efektivitas Lahan Basah Buatan
Waktu Optimal
Biomassa Optimal
PROSES
OUTPUT INPUT
39
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilaksanakan dengan merancang unit pengolah limbah dengan sistem lahan basah buatan skala pilot di lahan kosong yang berada di areal komplek perumahan Griya Hang Tuah Permai, Kecamatan Kijang Kencana, Kota Tanjungpinang dengan sampel air limbah yang berasal dari saluran kolektor perumahan tersebut. Penelitian dilaksanakan melalui dua tahapan, yakni penelitian pendahuluan yang dilaksanakan pada bulan April – Mei 2015 dan penelitian utama pada periode minggu ke II hingga minggu ke III bulan Mei 2015. Analisis Parameter kualirtas air limbah dilaksanakan pada Laboratorium Balai Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit Kelas I Batam serta Laboratorium Fakultas Ilmu Kelautan dan Perikanan Universitas Maritim Raja Ali Haji Tanjungpinang.Tabel 3.1 menyajikan jadwal penelitian yang telah dirancang..
B. Tipe Penelitian
41
C. Alat dan Bahan Penelitian
Adapun alat yang digunakan dalam Penelitianyaitu :
1. Media Percobaan berupa ember sebanyak dua belas buah yang telah di rancang sedemikian rupa sehingga memiliki inlet pada bagian bawahnya 2. IBC tank berukuran 1 m3 sebanyak 1 buah
3. Drum plastik sebanyak 1 buah 4. Pipa PVC berdiameter 1” 5. Pipa PVC berdiameter 6” 6. Selang plastic diameter 0.5 cm 7. Pompa Akuarium SZ-208B
8. Saringan pasir ukuran 1 mm & 5 mm 9. pH meter & DO Meter
10. Botol Plastik ukuran 500 ml & 1000 ml
Sedangkan bahan yang digunakan dalam penelitianmeliputi :
1. Air limbah domestik yang berasal dari Komplek Perumahan Hang Tuah Permai Kota Tanjungpinang
2. Tanaman Hias Iris pseudoacorusdengan tinggi rata- rata 30 cm 3. Media tanam jenis lumpur, kerikil dan pasir
4. Bahanuntuk analisa parameter BOD (Biologocal Oxigen Demand), COD (Chemistry Oxigen Demand), Nitrat dan Fosfat.
5. Larutan pengawet H2SO4
42
D. Definisi Operasional
Beberapa definisi operasional terkait penelitian ini meliputi :
1. Pada penelitian ini, air limbah domestik diwakili oleh air limbah yang berasal dari saluran kolektor pada Komplek Perumahan Hang Tuah Permai Kota Tanjungpinang.
2. Air limbah diambil pada pagi hari sekitar jam 7.30 WIB dan sore hari sekitar jam 17.30 WIB.
3. Kinerja reaktor hanya berdasarkan kajian terhadap penurunan parameter BOD, COD, Nitrat dan Fosfat.
E. Metode Penelitian 1. Kerangka Kerja
Langkah – langkah pokok dalam penelitian eksperimen ini adalah
Melakukan survey kepustakaan yang relevan mengenai limbah cair
domestic, lahan basah buatan, serta tanaman Iris pseudoacorus
Mengidentifikasi dan mendefinisikan masalah mengenai perlunya
pengelolaan limbah cair domestik
Merumuskan hipotesis awal, berdasarkan atas penelaahan kepustakaan
Mengidentifikasi pengertian-pengertian dasar dan variable-variabel utama
Mengambil data primer (konsentrasi BOD, COD dan TSS limbah cair
domestic yang berasal dari komplek Perumahan Hang Tuah permai Kota Tanjungpinang.
Menyusunrencana penelitian eksperimen
43
Mengatur data yang diambil selama penelitian sehingga dapat
mempermudah analisis selanjutnya dengan menempatkan dalam rancangan yang memungkinkan untuk memgamati efek yang diperkirakan ada
Identifikasi Masalah Studi Literatur
Pengumpulan data primer (Konsentrasi BOD, COD dan TSS dari air
limbah komplek Perumahan Hang Tuah
Permai Desain Penelitian dan
Persiapan
Penelitian
Lahan Basah Buatan Sampling dan Pengujian
Analisis Data Kesimpulan
44
Sampel limbah cair
Pengujian
Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 112Tahun 2003
BOD
COD > 0.6 Pretreatment BML ?
BOD COD > 0.6 Pengolahan
Biologis
Lahan Basah Buatan dengan Tanaman Iris Pseudoacorus
BML ? Stop
Stop
Tidak
Ya
Tidak
Ya
Gambar 3.2. Diagram Alir Penelitian
45
Sebagaimana disajikan dalam bagan alir di atas, langkah awal dari penelitian ini adalah memeriksa parameter BOD, COD dan TSS dari sampel limbah cair domestic yang berasal dari komplek perumahan Hang Tuah Permai untuk kemudian dibandingkan dengan Baku Mutu Lingkungan, dalam hal ini Baku Mutu Limbah Cair Domestik yang ditetapkan dalam Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 112 Tahun 2003. Jika hasil pemeriksaan yang diperoleh memenuhi baku mutu limbah cair domestik yang disyaratkan maka penelitian dihentikan, akan tetapi jika hasil pemeriksaan sampel tidak memenuhi baku mutu limbah cair domestic maka langkah selanjutnya adalah mencari rasio BOD : COD
