Sistem Hidroponik untuk Pengolahan dan Pemanfaatan Efluen dari IPAL Anaerobik Industri Tahu di Dusun Giriharja, Kabupaten Sumedang
Abstract
Efluen dari IPAL anaerobik industri tahu merupakan sumberdaya air alternatif bersifat lokal yang berpotensi dimanfaatkan kembali untuk irigasi tanaman. IPAL anaerobik berkapasitas 120 m3 di Dusun Giriharja mengolah limbah cair tahu pekat (whey tahu) dengan volume 40 m3/hari dan menghasilkan biogas sekitar 120 m3/hari yang dimanfaatkan oleh warga setempat. Penilaian terhadap kualitas, kuantitas, dan potensi manfaat efluen merupakan komponen penting untuk menjawab permasalahan sosial dan teknis dalam pemanfaatan efluen untuk irigasi tanaman. Permasalahan sosial berkaitan dengan penerimaan dan kesediaan (willingness to use) petani yang dipengaruhi oleh pengetahuan, persepsi, dan sikap sosial. Sementara permasalahan teknis meliputi kesesuaian karakteristik kualitas fisika-kimia efluen untuk media tumbuh tanaman dan tingkat penurunan beban cemaran bahan organik dalam efluen. Sistem hidroponik DFT diharapkan dapat mengintegrasikan proses pengolahan sekunder efluen dengan pemanfaatan efluen sebagai media tumbuh.
Penelitian ini dilaksanakan dalam rangka pemanfaatan kembali efluen untuk irigasi tanaman dengan mendapatkan hal sebagai berikut: (1) tingkat persepsi petani terhadap kualitas, kuantitas, dan potensi manfaat efluen; (2) faktor-faktor yang mempengaruhi persepsi petani; (3) kesesuaian karakteristik kualitas fisika-kimia efluen pada proses penurunan beban cemaran dan sebagai media tumbuh tanaman hidroponik; (4) tingkat penurunan beban cemaran bahan organik dalam efluen melalui sistem hidroponik; dan (5) perlakuan konsentrasi efluen dan dosis nutrisi AB-mix terbaik sebagai media tumbuh dalam sistem hidroponik.
Skala Likert digunakan untuk menilai persepsi petani dan model regresi logistik ordinal digunakan untuk menganalisa faktor-faktor yang mempengaruhi persepsi petani. Sistem hidroponik deep flow technique (DFT) digunakan untuk menguji penurunan beban cemaran bahan organik dan pertumbuhan tanaman dalam efluen sebagai media tumbuh.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa petani Dusun Giriharja memiliki tingkat persepsi sedang terhadap kualitas, kuantitas, dan potensi manfaat efluen, kecuali penilaian terhadap tingkat kekeruhan whey tahu yang dipersepsikan tinggi oleh responden. Dari sisi kualitas, responden menyatakan bahwa efluen tampak lebih jernih dibandingkan dengan whey tahu. Adapun tingkat persepsi sedang terhadap bau dan potensi pencemaran mengindikasikan keraguan responden bahwa efluen memiliki bau tidak sedap dan menyebabkan pencemaran lingkungan. Dari sisi kuantitas, tingkat persepsi sedang mengindikasikan keraguan responden bahwa ketersediaan efluen dapat memenuhi kebutuhan air untuk lahan persawahan seluas 5 hektar dan aksesibilitas antara lokasi efluen dan lahan pertanian mudah dijangkau. Dari sisi potensi manfaat, tingkat persepsi sedang mengindikasikan keraguan responden bahwa efluen mengandung pupuk dan layak digunakan untuk irigasi tanaman. Faktor-faktor yang mempengaruhi persepsi petani mengenai potensi manfaat efluen adalah usia, pengalaman bertani, dan luas lahan pertanian. Faktor usia (36−60 tahun) mempengaruhi persepsi petani secara positif, sedangkan faktor pengalaman bertani (≤ 5 tahun) dan luas lahan pertanian (≤ 0,25 ha dan 0,26–0,50 ha) mempengaruhi persepsi petani secara negatif.
Selama percobaan, kadar amonium menunjukkan pola menurun, sedangkan kadar nitrat menunjukkan pola meningkat. Penurunan kadar amonium dan peningkatan kadar nitrat dalam efluen mengindikasikan proses dekomposisi bahan organik di dalam efluen oleh bakteri dekomposer melalui proses nitrifikasi yang berlangsung selama 10 hari. Hal ini ditunjukkan dengan penurunan kadar amonium secara signifikan hingga mencapai kisaran 0,05–4,01 mg/L pada 10 hari setelah transplanting (HST). Di sisi lain, penurunan kadar amonium menunjukkan bahwa ketersediaan amonium dalam efluen tidak dapat memenuhi kebutuhan unsur hara nitrogen (N) untuk pertumbuhan tanaman kangkung. Unsur hara yang lain, yakni P dan K, dalam efluen konsentrasi 100% memiliki kadar yang cukup tinggi dibandingkan dengan nilai optimum larutan nutrisi hidroponik. Kondisi pH efluen yang bersifat basa menjadi faktor pembatas dalam serapan hara oleh akar tanaman tetapi memberikan lingkungan kondusif bagi bakteri nitrifikasi. Karakteristik kualitas fisika-kimia efluen yang lain, seperti oksigen terlarut dan suhu, memberikan lingkungan yang kondusif, baik bagi bakteri nitrifikasi maupun bagi pertumbuhan tanaman. Adapun nilai EC efluen, baik dengan pengkayaan nutrisi AB-mix maupun tanpa nutrisi AB-mix, tidak memenuhi kisaran EC optimum untuk pertumbuhan tanaman kangkung. Secara umum, nilai TDS efluen tanpa nutrisi AB-mix memenuhi kriteria mutu air Kelas IV untuk irigasi tanaman berdasarkan PP Nomor 82 Tahun 2001. Peningkatan dan penurunan padatan terlarut total (TDS) dapat diidentifikasi melalui peningkatan dan penurunan padatan total dalam efluen. Sementara ketersediaan nutrisi dalam efluen dapat diidentifikasi melalui penurunan dan peningkatan kadar abu.
Sistem hidroponik DFT untuk budidaya tanaman kangkung selama 20 hari berhasil menurunkan COD di semua konsentrasi efluen dan dosis nutrisi AB-mix dari kisaran 344−747 mg/L menjadi 18−417 mg/L dengan efisiensi penurunan mencapai mencapai 11−95%. Kadar COD efluen konsentrasi 75% telah memenuhi baku mutu, yakni 18−129 mg/L dengan efisiensi penurunan relatif tinggi mencapai 73−95%. Sementara efluen konsentrasi 100% memiliki kadar COD hampir mendekati baku mutu, yakni 317−390 mg/L dengan efisiensi penurunan yang relatif rendah dalam kisaran 11−37%. Efisiensi penurunan COD yang rendah pada efluen konsentrasi 100% diduga berkaitan dengan jumlah bakteri dekomposer yang tidak memadai; pH efluen yang tinggi; dan produktivitas tanaman yang rendah.
Efluen konsentrasi 25% yang diperkaya nutrisi AB-mix dosis 10 ml/L menghasilkan pertumbuhan dan hasil tanaman kangkung yang lebih baik dari efluen konsentrasi lain. Adapun efluen 50, 75, dan 100% bukan substrat yang cocok bagi pertumbuhan tanaman kangkung dalam sistem hidroponik DFT. Effluent from Anaerobic Wastewater Treatment Plant (WWTP) treated tofu whey is an alternative for domestic water resources that can be reused for crop irrigation. The 120 m3 anaerobic WWTP in Giriharja Hamlet treated whey tofu about 40 m3/day and produced 120 m3/day biogas used by the residents. Assessment of the effluent’s quality, quantity, and potential benefits for utilization is an important component to answer social and technical problems for crop irrigation. The current social problem is related to the farmers' acceptance and willingness to use, which is influenced by the level of knowledge, perception, and social attitudes. Meanwhile, the technical problems are the suitability of physicochemical properties of the effluent for the plant growing media and the level of reduction in organic matters contamination in the effluent. Therefore, the deep flow technique (DFT) hydroponic system is expected to integrate secondary effluent processing with effluent utilization as a growing medium.
The research aims to reuse the effluent from the anaerobic WWTP tofu industry for crop irrigation by obtaining the following results: (1) level of farmer’s perception towards the quality, quantity, and the potential benefits for the utilization of the effluent; (2) factors that influence the farmer’s perception; (3) the suitability of physicochemical quality characteristics of the effluent in the process reducing contamination load and as a plant growing media for hydroponic; (4) the level of reduction in organic matters of the effluent using the hydroponic system; and (5) treatment of the most suitable effluent concentration and nutrition dose of AB-mix as growing media for a hydroponic system.
Likert scale was used to assess the farmer’s perception, and ordinal logistic regression was used to analyze the factors influencing the farmer’s perception. The DFT hydroponic system was used to test the reduction of organic matters contamination and the plant growth in the effluent as a growing medium.
The result showed the level of farmers' perceptions in Giriharja Hamlet towards the quality, quantity, and potential benefits of the effluent are moderate, except for the assessment of the turbidity of tofu’s whey which was perceived as high by the respondents. In terms of quality, respondents stated that the effluent observed is clearer than tofu’s whey. However, the moderate level of perception towards the odor and its potential in causing pollution indicated the doubt from the respondents that effluent has an unpleasant odor and could cause environmental pollution. In terms of quantity, the moderate perception indicated the respondent’s doubt that the availability of the effluent could fulfill the water of 5 hectares of rice fields, and the accessibility between the effluent’s location to the agriculture field is reachable. As for the potential benefits, the moderate perception indicated the doubt of the respondents that the effluent contains fertilizer and is suitable for plants irrigation. The influencing factors of farmers' perception towards the potential benefits of the effluent are the age of the farmers, farming experience, and the immensity of the agricultural work area. Age (36−60 years) was found to be positively influencing farmers' perception, meanwhile farming experience (≤ 5 years) and area of farmland (≤ 0,25 ha and 0,26–0,50 ha) have been negatively influencing farmers’ perceptions.
During the observation, there was a decreasing trend of ammonium level, while the opposite trend was found in the increasing nitrate level. The increasing ammonium and nitrate in effluent indicated occurrences nitrification process of organic materials by microorganisms. The decreasing of ammonium level significantly showed on the 10th day after trans-planting reached 0,05–4,01 mg/L. On the other hand, the decreasing ammonium level also showed that the ammonium availability in the effluent could not meet the nutrition needs for water spinach growth. There was a fairly high level of Phosphor (P), and Potassium (K) found in the effluent concentration (100%) compared to the optimum value of hydroponic nutrition solution. The alkaline pH condition of the effluent is a limiting factor in the rate of nutrient uptake by the plant root but provides a conducive environment for the nitrifying bacteria. Another physicochemical quality characteristic of the effluent, such as dissolved oxygen and temperature, has given a conducive environment for nitrifying bacteria and crop production.
Other findings from the research were that the value of electrical conductivity (EC), both with and without the enriched AB-mix nutrition, did not meet the criteria of optimal EC for the growth of water spinach. Generally, the effluent’s Total Dissolved Solids (TDS) without AB-mix nutrition has fulfilled the class IV of water quality criteria based on the Regulation of the Government Number 82 of 2001. The value of TDS could be identified through the value of the total solids (TS) in the effluent. Meanwhile, the availability of nutrition in the effluent could be identified by decreasing and increasing ash content.
The DFT hydroponic system for water spinach cultivation was tested for 20 days. It successfully reduced the Chemical Oxygen Demand (COD) in all effluent with Ab-mix enrichment from 344−747 mg/L to 18−417 mg/L, reaching 11−95% reduction efficiency. Thus, the COD of 75% effluent has met the quality standard of 18−129 mg/L with a relatively high reduction efficiency reaching 73−95%. On the other hand, 100% effluent has a COD level that closely meets the quality standard, 317−390 mg/L, with a relatively low reduction efficiency reaching 11−37%. The lower COD reduction efficiency in effluent 100% is related to the inadequate decomposer bacteria, high effluent pH, and low crop productivity.
The effluent 25% enriched with 10ml/L AB-mix nutrition resulted in better water spinach growth and yield than other effluent concentrations. However, according to the findings, effluent 50%, 75%, and 100% were unsuitable for water spinach growth in the DFT hydroponic system.