PENDAHULUAN
Pencemaran air, khususnya air permukaan, kian parah dan dirasa kritis seiring laju arus urbanisasi serta kurangnya fasilitas sanitasi yang memadai (Kambole dalam Gurung dan Oh, 2012). Di banyak negara berkembang, air buangan baik dari industri maupun permukiman dilepas langsung ke badan air. Hal ini dapat menimbulkan efek lanjutan berupa terganggunya suplai air bersih akibat menurunnya kualitas badan air tersebut (Dallas et al. 2004; Kivaisi, 2001). Pemikiran pentingnya konservasi air serta makin ketatnya baku mutu air limbah yang berlaku mengarahkan kebutuhan baru untuk mereklamasi air limbah (Rietveld et al., 2009).
Secara alami, badan air memiliki daya dukung (carrying capacity) untuk menjamin berlangsungnya mekanisme self purification, tetapi jika polutan yang terakumulasi terlalu banyak, maka daya dukung tersebut dapat terlampaui dan menyebabkan air menjadi tercemar. Demikian halnya dengan air tanah, khususnya air tanah dangkal. Terakumulasinya polutanpolutan ke dalam air tanah, baik secara langsung maupun tidak langsung akan menurunkan kualitas air tanah baik secara fisik, kimia maupun biologi. Pencemaran air tanah salah satunya dapat diakibatkan oleh penggunaan tangki septik yang banyak diterapkan sebagai pengolah air limbah domestik di negara berkembang seperti Indonesia.
Tangki septik merupakan bangunan pengolah air limbah domestik yang banyak dipilih karena desain, konstruksi, dan perawatannya yang mudah serta lebih ekonomis (Canter & Knox, 1986). Tangki septik hendaknya dilengkapi dengan fasilitas peresap efluen untuk menyempurnakan kualitas efluen tangki septik sebelum menyentuh air tanah.
Menurut Mara (1976), efluen tangki septik dipandang dari sudut kesehatan masyarakat, sama bahayanya dengan air limbah segar sehingga membutuhkan pengolahan lebih lanjut sebelum dibuang. Pengolahan lanjut dari efluen tangki septik dapat dilakukan dengan diresapkan pada bidang peresapan apabila tersedia lahan terbuka yang sesuai untuk peresapan tanpa mengkontaminasi air tanah atau air sumur. Namun, hal ini tentu sulit diaplikasikan pada daerahdaerah yang memiliki problem tanah seperti rendahnya tingkat permeabilitas (tanah sulit meresap air) atau tingginya permukaan air tanah. Untuk itu, perlu dipikirkan alternatif lain pengolahan lanjutan efluen tangki septik yang dapat ditempuh dengan mudah tetapi tetap menaati baku mutu yang disyaratkan (Saraswati, 1996).
Aplikasi biofilter ditengarai dapat menjadi alternatif pengolahan efluen tangki septik yang hemat lahan dan relatif murah. Pengembangan generasi baru sistem pengolahan yang ekonomis dan berkelanjutan dapat dilakukan dengan penggunaan sumber daya lokal yang mudah diperoleh, maka gambut kelapa pun dipilih sebagai media filter dalam penelitian kali ini. Gambut kelapa merupakan produk sampingan industri pengolahan kelapa, dihasilkan pada proses pemisahan serabut dari batok kelapa. Tingginya porositas, luas permukaan, dan kemampuan menahan air membuatnya menjadi salah satu alternatif media pengolahan yang cukup banyak diminati (Talbot, 2006).
Pemanfaatannya sebagai media biofilter diharapkan mampu menjawab tantangan sistem pengolahan limbah domestik Indonesia saat ini (yang cenderung mengarah pada aplikasi on-site dan mengutamakan pertimbangan variabel biaya) serta membantu mengatasi masalah-masalah seperti water-borne diseases, bau, ataupun pencemaran air tanah. Efluen olahannya pun diharapkan dapat digunakan ulang (direklamasi) sebagai air bersih kelas IV untuk keperluan pertamanan sehingga menambah nilai aspek produksi bersih, utamanya 3R (reduce, reuse, recycle) dalam pengelolaan limbah. Oleh karena itu, selain uji performa biofilter dalam menurunkan beban pencemar limbah domestik sebelum dibuang ke saluran atau badan air, analisis kelayakan efluen filter sebagai air bersih reklamasi kelas IV juga akan dilakukan dalam studi ini.
METODOLOGI
Penelitian ini difokuskan pada kinerja biofilter dengan media gambut kelapa dalam menyisihkan parameter-parameter pencemar utama air limbah domestik yang bersumber dari efluen tangki septic CC Barat, terdiri dari senyawa organik (berupa parameter TOC, BODdan COD), amonia, serta bakteri Escherichia coli. Langkah-langkah penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Diagram alir metodologi penelitian
Penelitian ini dilakukan di dalam area kampus ITB, meliputi analisis kualitas air di Laboratorium Kualitas Air Teknik Lingkungan ITB dan pengoperasian reaktor biofilter yang berlokasi di halaman rumput barat laut gedung CC Barat ITB. Biofilter gambut kelapa yang digunakan merupakan reaktor skala laboratorium dengan sistem kontinyu. Efluen tangki septik yang menjadi objek olahan dalam penelitian ini dialirkan langsung dari bangunan tangki septik CC Barat menuju lokasi biofilter menggunakan pipa PVC berdiameter 2 inci dengan bantuan tenaga pompa (submerged pump). Pengaliran diatur menggunakan timer otomatis yang terhubung ke pompa dengan menyetel waktu penyiraman selama 2 menit dan selang penyiraman setiap jarak 60 menit. Mekanisme intermittent dosing tersebut digunakan untuk mencapai terjaminnya keadaan aerob dalam reaktor biofilter dan memadainya selang waktu pengolahan limbah antara pemompaan yang satu dengan lainnya. Terdapat pula meteran air yang dipasang di jalur pipa menuju filter untuk keperluan pemantauan volume air yang dialirkan dari tangki septik setiap harinya. Hasil pemantauan volume air ini akan dibandingkan dengan tinggi media yang juga diukur secara berkala untuk mengetahui penurunannya.
Gambar 2 Skema instalasi biofilter
Skema instalasi dan perpipaan sistem dapat dilihat pada Gambar 2. Tampak adanya mekanisme flush line untuk mencegah terjadinya penyumbatan pipa mengingat bahwa air limbah yang dialirkan mengandung banyak padatan dan konstituen biologis. Hal ini juga ditujukan untuk menjaga orifice pada pipa inlet tetap bersih dan lancar mengalirkan efluen tangki septik. Adapun detail kerja pompa menuju biofilter ditunjukkan oleh Gambar 3 (lembar berikutnya). Pada instalasi pompa tersebut, digunakan dua buah sistem apung dan timer. Sistem apung bagian atas akan mengontrol menyala tidaknya pompa sesuai waktu yang ditunjukkan timer, sedangkan sistem apung kedua yang berada di bawah akan mencegah pompa mengalirkan limbah ketika level air sudah sangat rendah, agar tidak ada padatan atau endapan tangki septik yang tersedot.
Gambar 3 Bagan instalasi pompa
Biofilter yang digunakan dalam studi ini hanya terdiri dari satu buah reaktor yang terbuat dari bahan akrilik setebal 5 mm. Media pengolah utama yakni gambut kelapa setebal 0,8 m. Dimensi tangki filter adalah 100 cm x 100 cm x 120 cm. Pada bagian bawah (sekitar 6cm dari dasar reaktor) terdapat pipa underdrain PVC berdiameter 10 cm, dilubangi 1 cm bagian bawahnya setiap jarak 10 cm. Pipa outlet ini dilindungi oleh lapisan kerikil berukuran ±5 mm setinggi 10 cm.
Sementara pipa distribusi influen berdiameter 2 inci diletakkan di bagian paling atas, diliputi seluruhnya oleh serabut kelapa. Alas serabut di bagian bawah pipa inlet untuk meratakan distribusi influen dan menjamin proses aerob. Sementara serabut penutup di bagian atas bertujuan untuk mencegah penyebaran bau saat influen disemprotkan melalui lubang-lubang pipa sebesar 2 cm dengan jarak masing-masing 10 cm. Lubang ini dilengkapi pelindung untuk mencegah penyemprotan yang terlalu tinggi, sehingga efluen dapat langsung dipantulkan ke permukaan media. Pemasangan pelindung ini juga memiliki fungsi untuk membantu proses pemerataan distribusi dan aerasi air limbah di permukaan filter.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Penyisihan Parameter Pencemar
Hal-hal yang perlu dibahas dalam upaya mengetahui kinerja biofilter adalah kualitas air meliputi sampel influen dan efluen filter. Parameter-parameter yang ditinjau sebagai berikut.
Kandungan TOC (Total Organic Carbon), BOD (Biodegradable Oxygen Demand), dan COD (Chemical Oxygen Demand).
TOC menyatakan jumlah karbon yang terikat dalam senyawa organik sehingga ia banyak digunakan sebagai ukuran tak langsung dari kandungan zat organik. Pada Gambar 4, dapat dilihat bahwa biofilter cukup signifikan menyisihkan kandungan TOC influen selama 3 bulan periode uji hingga relatif stabil di bawah 50 mg/l. Menurut Ricki (2005), limbah dengan kadar TOC berada pada rentang 100 – 200 mg/l seperti pada efluen tangki septik CC Barat termasuk kategori lemah – medium.
Gambar 4 Konsentrasi TOC, BOD, serta COD pada sampel inlet dan outlet biofilter
Untuk kandungan BOD, penyisihannya selama tengah Mei hingga tengah Juli mengalami kenaikan, baru kemudian sedikit menurun pada akhir Juli. Namun, kualitas efluen yang dihasilkan relatif stabil dan selalu memenuhi baku mutu air limbah domestik Keputusan Menteri LH No. 112/2003, yakni sebesar 100 mg/l. Sementara jika dibandingkan dengan standar air kelas IV yang tertera pada PP 82/2001 senilai 12 mg/l, kandungan BOD dalam efluen filter masih jauh terpaut sehingga tidak memenuhi syarat untuk dapat dikatakan sebagai air bersih kelas IV.
Perolehan reduksi kadar COD tidak jauh berbeda dengan BOD. Secara umum, level COD lebih besar dibanding BOD karena senyawa organik non-biodegradable akan ikut terhitung di dalamnya, tidak hanya yang biodegradable saja. Uji COD akan mengukur seluruh potensi konsumsi oksigen terlarut dalam suatu sampel air oleh senyawa organik toksik, anorganik, berikut senyawa biodegradable (Sawyer et al., 1994; Donaldson, 1977). Berdasarkan parameter COD, kualitas efluen filter memenuhi baku mutu air bersih kelas IV sebesar 100 mg/L.
TSS (Total Suspended Solids) dan Amonia (NH3)
Biofilter gambut kelapa mampu menyisihkan TSS pada influen biofilter hingga kadarnya pada efluen selalu berada jauh di bawah standar air kelas IV sebesar 400 mg/l, sehingga dari segi padatan tersuspensi, efluen biofilter layak dinyatakan sebagai air bersih kelas IV berdasarkan PP 82/2001. Baku mutu TSS untuk air limbah domestik sebesar 100 mg/l pun selalu mampu dipenuhi. Sementara untuk parameter amonia, kadarnya pada influen filter berada pada rentang 346–364 mg/l. Menurut Canter dalam Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup No. 01/2010 tentang Tata Laksana Pengendalian Pencemaran Air, limbah tersebut termasuk dalam kategori konsentrasi amonia tinggi karena melebihi angka 50 mg/l. Namun, amonia ini dapat disisihkan dengan baik oleh biofilter gambut kelapa hingga efluennya dapat terjaga di bawah level 100 mg/l. Konsentrasi kedua parameter ini selama tiga bulan periode uji dapat dilihat lebih lanjut pada Gambar 5 berikut.
Gambar 5 Konsentrasi TSS dan amonia pada sampel inlet serta outlet biofilter
Coliform
Bakteri coliform merupakan golongan mikroorganisme intestinal (hidup dalam saluran pencernaan manusia), antara lain Escherichia coli, Enterobacter aerogenes, dan Citrobacter fruendii. Kandungan coliform lazim digunakan sebagai indikator keberadaan bakteri patogen lain, misalnya Shigella yang dapat menyebabkan diare hingga muntaber. Semakin tinggi tingkat kontaminasinya, semakin tinggi pula risiko kehadiran bakteri-bakteri patogen lain yang biasa hidup dalam kotoran manusia dan hewan.
Pada Gambar 6 yang menggunakan skala logaritmik, dapat dilihat bahwa kadar coliform influen filter sangat fluktuatif dengan rentang nilai 3,9 juta hingga 46 juta bakteri dalam 100 ml sampel. Limbah ini termasuk ke dalam konsentrasi coliform rendah – sedang (Canter dalam PerMenLH 01/2010). Biofilter gambut kelapa mampu mereduksinya dengan sangat baik (tercatat bahwa efisiensinya selalu berada di atas 97%), meski efluen filter masih belum memenuhi syarat air kelas IV sebesar 10000 bakteri per 100 ml sampel sehingga ia belum dapat digunakan langsung untuk keperluan pertamanan ataupun kebutuhan lainnya dengan spesifikasi kualitas setara. Masih dibutuhkan upaya tambahan untuk menyisihkan coliform hingga di bawah baku mutu guna memenuhi fungsi sebagai air bersih kelas IV, perlu ditambahkan unit desinfeksi setelah biofiltrasi di dalam konfigurasi pengolahan air limbah yang digunakan.
Gambar 6 Konsentrasi coliform pada inlet dan outlet biofilter
Gambar 7 (lembar selanjutnya) menunjukkan perolehan hasil perhitungan efisiensi penyisihan dan grafik fluktuasi penyisihan untuk setiap parameter pencemar di atas. Parameter yang paling maksimal disisihkan adalah kandungan coliform dengan rata-rata efisiensi sebesar 99,74%, sedangkan yang paling rendah tercatat ada pada parameter amonia senilai 78,32%.
Proses aerob yang berlangsung di dalam biofilter gambut kelapa dapat memberikan performa cukup baik dengan pengaturan waktu penyiraman 2 menit dan selang penyiraman 60 menit. Interval antar-penyiraman tersebut memberikan jeda yang cukup lama bagi udara untuk masuk ke dalam media sehingga mikroorganisme yang berperan di dalamnya memperoleh suplai yang memadai untuk pengolahan berikutnya. Jamur dan bakteri yang tumbuh secara natural pada gambut, didukung kandungan fenol media serta keasaman lingkungan aerob, mampu menyisihkan hampir seluruh konten total dan faecal coliform (Brooks et al. dalam Patterson, 1999). Besarnya luas permukaan dan area pori dalam gambut pun memudahkan pergerakan udara sehingga oksigen dapat mengalami kontak dengan air limbah yang mengalir melalui media dan diserap oleh mikroba aerob (NJDEP, 2008).
Mekanisme intermittent dosing yang digunakan dalam penelitian biofilter ini mengadopsi pengaturan dosis pada intermittent sand filter (ISF) yang telah lebih banyak diterapkan. sebelumnya. Biodegradasi atau dekomposisi konstituen air buangan dalam ISF terjadi melalui adanya kontak antara air buangan dengan komunitas mikroorganisme aerob yang terbangun baik dan melekat pada permukaan media. Proses ini memerlukan aliran influen yang menurun, tak jenuh, dan terdistribusi merata serta terkontrol melewati media filter. Untuk mencapai dosis yang akurat, sistem ini perlu dilengkapi dengan timer yang terhubung dengan ruang pompa, komponen elektrik lain, serta jaringan distribusi influen. Dosis minimum bervariasi antara 4–18 kali per hari dengan penyebaran influen seragam atau merata selama periode 24 jam, bergantung pada media pasir yang digunakan (DOH, 2012).
Gambar 7 Efisiensi penyisihan parameter pencemar utama efluen tangki septik CC Barat
Analisis Penurunan Media
Penurunan media dipantau dari waktu ke waktu, dibandingkan dengan volume air air limbah terolah oleh biofilter gambut kelapa (diasumsikan berdasarkan bukaan katup menuju biofilter, yakni sebesar 25% volume efluen tangki septik yang tercatat pada meteran outlet tangki septik—75% sisanya dialirkan ke pipa pembuangan). Pada Gambar 8, dapat dilihat tinggi media awal adalah 90 cm pada saat belum ada aliran efluen tangki septik yang diolah. Pada hari ke-50, terukur media gambut kelapa setinggi 86,2 cm saat meteran air menunjukkan angka 34,7125 m³. Pada hari ke-90, media turun lagi sebesar 1,45 cm menjadi 84,75 cm ketika volume air yang telah dialirkan tercatat sebesar 45 m³.
Di bagian akhir (hari ke-60 hingga hari ke-90), tampak bahwa kenaikan volume air tidak sebanyak sebelumnya, ditengarai akibat mulai memasuki masa liburan kampus sehingga intensitas penggunaan toilet pun menurun seiring dengan berkurangnya kegiatan mahasiswa yang berlangsung di gedung CC Barat. Implikasinya, penurunan media pun hanya sebesar 0,65 cm, jauh lebih kecil dibanding masa sebelum hari ke-60 yakni sebesar 4,6 cm selisihnya dari tinggi media awal 90 cm. Untuk masalah penyumbatan atau clogging media, belum tampak keberadaannya pada biofilter gambut kelapa ini, hanya terlihat adanya lapisan lumut di bagian bawah, sekitar area kerikil. Namun, hal ini tidak dirasakan mengganggu proses pengolahan karena performa filter tidak mengalami perubahan signifikan. Diperkirakan penyumbatan media baru terjadi setelah masa operasi memasuki hitungan tahun. Patterson (1999) menyebutkan bahwa dalam penelitiannya, lapisan clogging media gambut terbentuk setelah lima tahun operasi. Perawatan berkala yang ia butuhkan pun hanya penyiraman glyphosate untuk mengontrol tumbuhnya gulma pada media, membuktikan bahwa aplikasi biofilter gambut merupakan teknologi yang tidak memerlukan perhatian khusus dalam perawatannya.
Gambar 8 Hubungan penurunan tinggi media dan volume air teralirkan dari tangki septik
KESIMPULAN
Setelah dilakukan analisis data, diperoleh efisiensi penyisihan parameter pencemar berupa COD sebesar 75,81–87,73%; BOD 81,14–89,89%; TOC sebesar 66,04–86,45%; TSS 73,33–92,93%; NH<sub>3</sub> sebesar 78,32–80,77%; dan total coliform sebesar 95,77–99,74%.
Berdasarkan perbandingan terhadap baku mutu air pada PP 82/2001, efluen olahan biofilter gambut kelapa ini tidak layak dinyatakan sebagai air bersih kelas IV dari sisi parameter BOD dan kandungan total coliform.
UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih ditujukan kepada RTI (Research Triangle Institute) International yang telah mendanai penelitian ini.