Tingginya kandungan bahan organik dalam air limbah domestik, terutama yang berasal dari kegiatan restoran atau pusat kuliner, dapat meningkatkan pencemaran pada badan air penerima. Limbah pusat kuliner berasal dari pencucian peralatan makan, air limbah, dan sisa makanan seperti lemak, nasi, sayuran, dan lain-lain. Berdasarkan karakteristiknya, air limbah jenis ini tidak boleh dibuang langsung ke badan air karena dapat menyebabkan penurunan kualitas badan air dan selanjutnya menimbulkan masalah kesehatan masyarakat.
Beberapa pengolahan air limbah yang efisien menghilangkan parameter pencemar adalah pemanfaatan serat biodegradable alami seperti media biofilm dan sumber karbon, serta kolam stabilisasi. Namun pengolahan air limbah pusat kuliner yang paling sederhana, hemat biaya, dan fleksibel adalah menggunakan kombinasi saringan pasir kasar atau roughing filter (RF) dan saringan pasir lambat atau slow sand filter (SSF). Hal tersebut dikarenakan RF sebagai unit pengolahan pemolesan air limbah domestik menunjukkan kinerja yang baik dalam penghilangan padatan >90% dan penghilangan bahan organik >70%. Secara keseluruhan, kombinasi RF dan SSF menunjukkan kemampuan yang baik dalam menangani parameter seperti kekeruhan, padatan tersuspensi, bahan organik, dan total coliform.
Kinerja RF dan SSF dipengaruhi oleh sistem biologis yang kompleks dan dinamis. Pemodelan dan simulasi suatu sistem biologi yang kompleks dapat dilakukan dengan pendekatan sistem dinamis (SD). Pada prinsipnya, SD digunakan untuk mempelajari fenomena dinamis dari suatu sistem yang kompleks dan hubungan antara loop sebab akibat, umpan balik, dan penundaan yang diharapkan menghasilkan perilaku sistem. Pemodelan sistem dinamis dipilih karena dapat meningkatkan pembelajaran sistem biologis yang kompleks dan dapat menafsirkannya secara grafis.
Air limbah kuliner dikumpulkan dari Pusat Kuliner Deles di Surabaya, Indonesia. Sampel kemudian dipindahkan ke rumah kaca 51¶¯Âþ untuk dilakukan percobaan. Pada penelitian ini, air limbah dengan volume 1100 L akan diolah menggunakan RF (P × L × T : 25 × 15 × 95) yang diisi kerikil berukuran 25 cm (Ø 10“30 mm) dan SSF (P × L × T : 32 × 13 × 110) diisi pasir setebal 60 cm (Ø 0,2“0,6 mm). Sistem dijalankan selama 30 hari secara intermitten dengan waktu detensi 48 jam. Pengambilan sampel dilakukan setiap 3 hari sekali. Sampel yang dikumpulkan disimpan dalam lemari es (±4 oC) dan dibawa ke laboratorium untuk analisis. Parameter yang diukur adalah kekeruhan dan total padatan tersuspensi (TSS) untuk inlet RF, serta kekeruhan, TSS, kebutuhan oksigen biologis atau Biological Oxygen Demand (BOD), kebutuhan oksigen kimia atau Chemical Oxygen demand (COD), dan fosfat untuk inlet SSF. parameter kebutuhan oksigen biologis atau Biological Oxygen Demand (BOD), kebutuhan oksigen kimia atau Chemical Oxygen demand (COD), total padatan tersuspensi atau Total Suspended Solid (TSS), fosfat dan kekeruhan. Target efluen untuk setiap parameter tunduk pada Peraturan Pemerintah Indonesia No. 22 tahun 2021, tentang baku mutu air limbah. Data hasil laboratorium tersebut akan menjadi data primer dalam pemodelan.
Dinamika perilaku sistem RF dan SSF dirancang dan dianalisis menggunakan perangkat lunak STELLA. STELLA digunakan untuk memodelkan, memprediksi pola perilaku, dan kinerja sistem dalam menghilangkan kekeruhan, total padatan tersuspensi (TSS), BOD, COD, dan fosfat. Pemodelan SD terdiri dari identifikasi sistem, kerangka model sistem, pembangunan struktur model, pemodelan sistem, verifikasi, dan validasi. Seluruh variabel yang mempengaruhi dan dipengaruhi oleh sistem kinerja RF dan SSF diidentifikasi lalu digambarkan hipotesis kausal (hubungan timbal balik) menggunakan diagram lingkaran sebab akibat (CLD). CLD kemudian dirumuskan secara matematis berdasarkan konseptualisasi pada STELLA membentuk struktur model yaitu diagram stok dan flow (SFD). Model yang dibangun akan diuji melalui proses verifikasi dan validasi. Verifikasi berfungsi untuk memastikan model tidak mengalami kesalahan saat dijalankan dan dilakukan secara otomatis oleh sistem melalui pemeriksaan unit dan formulasi. Validasi berfungsi untuk memastikan model telah mewakili kondisi nyata dan dilakukan melalui uji kondisi ekstrim dan uji replikasi.
Hasil yang diprediksi oleh pemodelan SD menunjukkan kecocokan yang baik dengan proses aktual. Hal tersebut menunjukkan bahwa faktor-faktor yang diterapkan dalam pembuatan model cukup untuk menunjukkan sistem sebenarnya. Dua submodel diperoleh dari model utama yang terdiri dari submodel RF dan SSF. Sub-model RF menunjukkan pola perilaku variabel kekeruhan dan TSS di RF. Data aktual menunjukkan bahwa RF mampu menghilangkan 80,5 %“85 % kekeruhan dan 70,63 %“85 % TSS. Sedangkan, hasil simulasi model pada removal kekeruhan berkisar antara 82.28 %“82.45 % dan Removal TSS berkisar antara 70,63 % “ 85 %. Perbedaan nilai penghilangan pada data simulasi dan data aktual dipengaruhi oleh struktur model dan formulasi pada saat membangun model. submodel SSF lebih kompleks karena menunjukkan pola perilaku variabel kekeruhan, TSS, BOD, COD dan fosfat. Perubahan variabel ditampilkan sebagai persentase penghapusan (removal). SSF mampu menghilangkan 48,50 %“82,43 % kekeruhan, 0,92 %“46,15 % TSS, 1,65 %“65,45 % BOD, 22,69 %“ 65,22 % COD, dan 7,96 %“27,11 % fosfat. Efluen setelah SSF masih memiliki konsentrasi BOD dan COD yang melebihi standar pemerintah (BOD < 5 mg/L dan COD < 50 mg/L) sehingga perlu dilakukan skenario model.
Skenario model dilakukan dengan meningkatkan nilai DO inlet dan laju pertumbuhan mikroorganisme. Nilai DO inlet dari 4 mg/L ditingkatkan menjadi 6 mg/L sesuai dengan nilai DO pada kondisi air sungai. DO inlet dapat ditingkatkan dengan melakukan pre-treatment berupa aerasi. Laju petumbuhan mikroorganisme dalam sistem memiliki rentang 0,05-0,9/jam dan diskenariokan dengan peningkatan menjadi 1/jam. Peningkatan laju pertumbuhan mikroba dapat dilakukan dengan melakukan bioaugmentasi pada kultur bakteri pra-tumbuh. Setelah penerapan skenario, hanya sampel ke-8 yang masih menunjukkan konsentrasi 105,45 mg/L dengan rata-rata konsentrasi COD menunjukkan nilai yang jauh lebih rendah di bawah 50 mg/L (30,07 mg/L). Mengacu pada konsentrasi BOD outlet, sampel pertama masih menunjukkan nilai lebih tinggi dari 5 mg/L, sedangkan sampel lainnya menunjukkan rata-rata nilai < 5 mg/L (4,98 mg/L).
Berdasarkan hasil penelitian di atas, temuan kami menunjukkan bahwa kinerja RF dan SSF efisien menghilangkan parameter pencemar TSS dan kekeruhan hingga di bawah baku mutu air limbah. Skenario model dengan meningkatkan DO inlet menjadi 6 mg/L dan tingkat pertumbuhan mikroorganisme menjadi 1/jam mampu mendapatkan nilai BOD dan COD di bawah standar pemerintah.
Penulis: Nurina Fitriani
Artikel ini dapat diakses pada:
