Pengolahan Air Limbah Domestik (Greywater) Menggunakan Teknologi Floating Treatment Wetland (FTW) Dan Nanobubble

Abstract

Grey water, atau limbah domestik dari dapur, kamar mandi, dan wastafel, mengandung senyawa pencemar seperti lemak, fosfat, nitrat, amonia, dan padatan terlarut. Sebesar 99,7% dari grey water adalah air dan sisanya mengandung bahan pencemar yang dapat menimbulkan penyakit dan mengganggu ekosistem perairan. Umumnya, grey water dibuang langsung ke lingkungan tanpa pengolahan, menyebabkan terjadinya pencemaran sungai dan memberikan risiko kesehatan pada masyarakat. Salah satu teknologi alternatif yang ramah lingkungan untuk pengolahan grey water adalah Floating Treatment Wetland (FTW). Teknologi ini memanfaatkan tanaman air dan mikroorganisme untuk menyerap polutan melalui proses filtrasi, adsorpsi, dan dekomposisi biologis. Struktur terapung FTW memungkinkan akar tanaman menjulur ke dalam air, menyediakan habitat bagi mikroba dan mempercepat proses pengolahan. Tanaman Vetiveria zizanioides dipilih karena daya serap tinggi terhadap nitrogen dan fosfor, ketahanan terhadap kondisi ekstrem, dan kemudahan tumbuh di berbagai wilayah di Indonesia. Namun, kendala utama dari sistem FTW konvensional adalah rendahnya produksi oksigen terlarut dari fotosintesis vetiver, terutama karena proses fotosintesis hanya aktif saat pagi hari. Rendahnya DO (Dissolved Oxygen) dalam air dapat menghambat aktivitas mikroorganisme aerobik yang berperan dalam penguraian senyawa organik dan amonia. Oleh karena itu, dibutuhkan inovasi teknologi yang dapat meningkatkan kandungan oksigen terlarut secara signifikan. Salah satu solusi adalah penambahan aerasi berbasis nanobubble ke dalam sistem FTW, menjadi FTW-Aerasi nanobubble. Teknologi nanobubble memiliki keunggulan berupa ukuran kecil, daya larut tinggi, dan waktu tinggal lebih lama dalam air. Nanobubble mampu meningkatkan kandungan DO secara stabil serta membantu mengikat dan mengangkat partikel pencemar ke permukaan. Selain meningkatkan nitrifikasi dan degradasi amonia, nanobubble juga menghasilkan Reactive Oxygen Species (ROS) yang berperan dalam proses oksidasi polutan. Kombinasi antara FTW dan aerasi nanobubble belum banyak diteliti, hal ini menjadikannya topik penelitian yang cukup menarik dan sangat berpotensi dalam meningkatkan performa pengolahan limbah domestik. Gabungan kedua teknologi ini diharapkan tidak hanya menurunkan kadar amonia dan polutan lain secara lebih efektif, tetapi juga menghadirkan sistem pengolahan limbah yang efisien, berkelanjutan, dan mudah diterapkan pada berbagai skala di masyarakat. Penelitian ini dilaksanakan secara eksperimental di Laboratorium Rumah Kaca, Pusat Riset Limnologi dan Sumber Daya Air, Komplek Cibinong Science Center, selama enam bulan, dari September 2023 hingga April 2024. Karakterisasi aerator nanobubble dilakukan di Advance Characteristic Laboratories, Bandung, Jawa Barat. Penelitian menggunakan sistem batch dengan sembilan reaktor plastik berukuran 60 × 42,5 × 38 cm³, masing-masing berisi 50 liter air limbah domestik yang bersumber dari aktivitas mandi, cuci tangan, pantry, dan laundry di sebuah perusahaan swasta di Kabupaten Bogor. Terdapat tiga perlakuan utama, masing-masing dengan tiga kali ulangan: (1) reaktor dengan sistem Floating Treatment Wetland (FTW), (2) reaktor dengan aerasi nanobubble (NB), dan (3) reaktor dengan kombinasi FTW dan NB (FTW-NB). Tanaman Vetiveria zizanioides ditanam pada reaktor FTW dan FTW-NB menggunakan media apung (floating pads), sebanyak 11 rumpun per reaktor, setelah melalui proses aklimatisasi selama dua minggu. Reaktor NB dan FTW-NB dilengkapi dengan pompa submersible model 4212A (DC12V, 20W, IPX8, Hmax: 5,0 m, Qmax: 800 L/jam) sebagai sumber gelembung nano. Parameter kualitas air yang diukur secara harian meliputi pH, suhu, dissolved oxygen (DO), dan total dissolved solids (TDS) menggunakan Water Quality Meter (WQM). Selain itu, dilakukan analisis kandungan pencemar air seperti amonia (NH3), amonium (NH4?), nitrat (NO3?), fosfat (PO4³?), total fosfat (TP), total amonia nitrogen (TAN), dan chemical oxygen demand (COD). Sistem FTW yang menggunakan tanaman Vetiveria zizanioides menghasilkan performa yang baik dalam menurunkan TSS, amonia, fosfat, total fosfor, total nitrogen dan COD dengan nilai efisiensi berturut yaitu: 56%; 97,86%; 88%; 79%; 33%; dan 70% pada hari ke-13. Sistem FTW secara alami meningkatkan kandungan oksigen terlarut dari 0,92 ? 0,05 mg/L menjadi 3,04 ? 0,45 mg/L, yang berasal dari proses fotosintesis oleh tanaman. Terbatasnya kandungan oksigen terlarut menyebabkan proses oksidasi amonia berlangsung lebih lambat dibanding dengan sistem lain. Sistem aerasi nanobubble (NB) mampu meningkatkan oksigen terlarut pada air limbah dalam 24 jam mencapai 8,00 mg/L dan stabil hingga akhir penelitian dengan konsentrasi semula 1,03 ? 0,06 mg/L menjadi rata-rata 7,72 ? 0,02 mg/L. Sistem NB menurunkan TSS, amonia, fosfat, total fosfor, total nitrogen dan COD berturut-turut sebesar 100%; 100%; 10,5%; 18%; 23%; dan 62%. Oksigen terlarut yang tinggi mempengaruhi proses oksidasi amonia menjadi nitrat sehingga amonia telah habis pada hari ke 5. Konsentrasi oksigen terlarut yang tinggi ini menciptakan kondisi aerobik dan mempengaruhi aktivitas mikroorganisme. Aerasi NB tidak signifikan menurunkan nitrat, fosfat dan total fosfor. Integrasi FTW dan NB (FTW-NB) mampu menurunkan TSS, amonia, fosfat, total fosfor, total nitrogen, dan COD berturut-turut sebesar 52%; 100%; 8%; 24%; 13%; dan 59%. Sisitem FTW-NB meninkatkan konsentrasi oksigen terlarut hingga mencapai ~ 8 mg/L dalam waktu 24 jam dengan rata-rata konsentrasi oksigen terlarut 6,64 ? 0,17 mg/L. Integrasi kedua sistem memberikan efek sinergi dimana aerasi NB dapat dengan cepat mengoksidasi senyawa amonia menjadi nitrat, dan mencapai nol pada hari ke-6. Sistem perakaran FTW yang berperan sebagai filtrasi padatan terlarut menyebabkan terlepasnya padatan terlarut tersebut pada saat pengambilan sampel air, sehingga proses sedimentasi TSS cenderung terganggu. Hal serupa ditemukan pada sistem FTW. Dominansi aerasi NB pada sistem FTW-NB memberikan efek yang tidak cukup baik dalam menurukan fosfat dan total fosfor yang diduga akibat keberadaan gelembung. Aerasi NB mempercepat proses degradasi kandungan organik yang menyebabkan meningkatnya kandungan fosfat dan total fosfor. Perbedaan suhu yang cukup signifikan pada sistem FTW-NB dibandingkan kedua sistem lainnya juga dapat mempengaruhi kinerja tanaman dalam menurunkan nutrien. Peningkatan suhu disebabkan oleh tutupan floating mat yang menghalangi terlepasnya panas ke udara bebas yang disebabkan oleh pompa aerasi. Kenaikkan suhu ini mempengaruhi kelarutan oksigen dan waktu tinggal oksigen di dalam air.