Dissolved Air Flotation (DAF)

Oleh: Noerhidajat, M.Sc

Dissolved air flotation atau lebih dikenal dengan singkatan DAF merupakan metode untuk memisahkan zat atau bahan pencemar dari air dengan menggunakan metode bantuan gelembung udara.

Metode DAF terutama berguna untuk memisahkan partikel yang berdiameter kecil, misalnya gelembung-gelembung minyak yang terdispersi di dalam air. Dalam kondisi demikian, penggunaan alat pemisah yang mengandalkan gaya gravitasi seperti API separator, dianggap sudah tidak efisien lagi. Hal ini karena partikel minyak yang terdispersi terlalu kecil sehingga waktu yang dibutuhkan oleh partikel tersebut naik ke permukaan memakan waktu yang sangat lama. 

 



Unit dissolved air flotation (DAF)

Prinsip kerja dissolved air flotation (DAF)

Prinsip kerja dari metode ini adalah dengan cara mengalirkan udara ke dalam campuran air limbah dari dasar wadah. Udara tersebut dialirkan melalui pipa atau selang dan dikeluarkan pada tekanan atmosfer sehingga udara tersebut keluar berupa gelembung-gelembung udara mikroskopis yang berukuran kecil. Akibat masa jenis udara yang jauh lebih kecil daripada air, gelembung udara tersebut secara otomatis akan naik ke permukaan air. Bersamaan dengan itu, partikel-partikel minyak yang berukuran halus ikut menempel pada gelembung udara tersebut. Akibat pergerakan udara ke permukaan air, butiran minyak yang halus pun ikut naik  ke permukaan. Dengan demikian, proses penambahan gelembung udara ke dalam air limbah yang tercampur dengan partikel minyak yang terdispersi turut mempercepat proses naiknya minyak ke lapisan atas air. Dengan demikian, metode DAF ini mempercepat proses pemisahan minyak dan air.

Metode DAF telah digunakan secara luas untuk proses pengolahan air limbah yang dihasilkan dari industry pemurnian minyak, petrokimia, pabrik kimia, pengolahan air umum, dan lain-lain.
Instalasi DAF terdiri dari beberapa buah alat, yaitu pompa, tangki air, tangki pencampur udara dan air (saturation tank), pipa penyalur udara, pipa penyalur air, saluran pemasukan air, compressor, dan saluran pengeluaran air, saluran pembuangan padatan, panel pengatur aliran udara (air control panel), dan lain-lain. Prosesnya berlangsung sebagai berikut.

Prinsip kerja metode dissolved air flotation

Pertama, air limbah yang mengandung minyak terdispersi atau partikel padat dengan massa jenis lebih ringan daripada air masuk ke dalam tangki flotation. Selanjutnya, udara dialirkan ke dalam tangki pencampur udara dan air (saturation tank). Air yang berasal dari bak proses selanjutnya didaur ulang dengan menggunakan pompa yang dialirkan ke dalam tanki saturasi untuk dicampur dengan udara. Sumber udara yang diinjeksikan ke dalam tangki saturasi berasal dari kompresor. Udara yang telah dicampur dengan air selanjutnya dialirkan ke dalam bak proses melalui pipa yang diletakkan di dasar bak proses. Gelembung-gelembung udara berukuran sangat kecil akan keluar dan bergerak menuju permukaan air. Bersamaan dengan itu, gelembung-gelembung minyak akan melekat pada gelembung udara tersebut untuk kemudian bergerak bersama-sama ke permukaan air. Pergerakan gelembung udara menuju permukaan air lebih cepat daripada partikel minyak terdispersi yang berukuran sangat kecil. Hal ini karena massa jenis udara yang lebih kecil daripada minyak. Dengan demikian, selisih massa jenis udara dengan air semakin besar, yang berakibat gaya dorong ke atas (buoyancy effect) dari air akan semakin besar. Secara praktis, penggunaan prinsip tersebut sangat bermanfaat dalam mengurangi rentang waktu untuk memisahkan partikel minyak dari air.

Efektivitas metode dissolved air flotation (DAF)

Pada prinsipnya, proses pemisahan zat yang tersuspensi di dalam air menggunakan metode DAF efisien digunakan untuk partikel dengan specific gravity yang kurang atau mendekati 1. Specific gravity merupakan angka yang diperoleh dengan membandingkan massa jenis suatu zat dengan air. Dalam fenomena zat yang tersuspensi tersebut memiliki massa jenis yang kurang atau sama dengan massa jenis air. Dengan demikian, partikel akan memiliki kecenderungan untuk mengapung pada permukaan air. Partikel jenis ini di antaranya adalah minyak, alga, lemak, gemuk, dan lain-lain.

Sementara itu, jika partikel yang tersuspensi memiliki massa jenis yang lebih besar daripada air, dengan kata lain specific gravity-nya lebih besar dari angka 1, metode DAF tidak cocok digunakan. Sebagai gantinya, proses pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan tangki sedimentasi. Pada proses ini, zat yang tersuspensi karena memiliki massa jenis yang lebih tinggi daripada air, memiliki kecenderungan untuk mengendap akibat gaya gravitasi yang bekerja. Sehingga, partikel akan terakumulasi di dasar tangki (noerhidajat).

selanjutnya: Aplikasi CFD pemodelan dan simulasi dalam proses pengolahan limbah

Zeolit untuk Proses Pengolahan Air Tanah

Air merupakan salah satu kebutuhan dasar dalam kehidupan manusia. Air memiliki banyak fungsi dalam kehidupan sehari-hari, baik untuk keperluan rumah tangga, industri, maupun untuk lingkungan.

Permasalahan yang umum terjadi di Indonesia adalah ketersediaan sumber air bersih yang terbatas, terutama di daerah-daerah yang memiliki kandungan air tanah yang kurang bagus, di antaranya adalah daerah gambut dan berawa, seperti sebagian daerah Sumatera dan Kalimantan. Berdasarkan hasil survey penduduk antar sensus (SUPAS) 1985, diketahui pola penggunaan air masyarakat Indonesia. Dari hasil tersebut, sebanyak 10,77 % masyarakat Indonesia memperoleh air dari air ledeng, sebanyak 7,85% dari air tanah dengan menggunakan pompa air, air sumur (perigi) sebanyak 53,78 %, mata air (air sumber) 15,70 %, air sungai 8,54 %, air hujan 1,64 % dan lainnya 1,71 %.

Dari pola penggunaan air tersebut di atas, dapat kita simpulkan bahwa penggunaan sumber air tanah di masyarakat masih sangat dominan. Hal itu dapat diketahui dari persentase masyarakat yang menggunakan air dari sumur dan pompa air dari air tanah. Namun, permasalahannya, kualitas air sungai dan tanah di Indonesia sangat bervariasi. Di beberapa tempat, sering ditemukan bahwa kualitas air tersebut tidak layak untuk dijadikan sebagai air minum.

Padahal, untuk dapat dijadikan sebagai air minum, air tanah harus memenuhi beberapa persyaratan yang ditetapkan supaya tidak menyebabkan sakit bagi orang yang mengonsumsinya. Persyaratan tersebut tertuang dalam baku mutu air minum yang ditetapkan dalam Peraturan Pemerintah Republik Indonesia No.20 Tahun 1990.

Tingkat kekeruhan

Tingkat kekeruhan air merupakan salah satu indikator adanya padatan yang tersuspensi di dalam air. Air dengan tingkat kekeruhan yang tinggi menandakan kualitas yang rendah sehingga tidak baik untuk dijadikan sebagai sumber air minum. Padatan yang tersuspensi (suspended solid) dapat berupa lumpur, tanah, atau zat padat lain yang tidak larut dalam air akan tetapi memiliki ukuran partikel yang kecil, maksimum 2 µm dan lebih besar dari ukuran partikel koloid.

Dalam proses pengolahan air, kandungan zat tersuspensi ini dapat dipisahkan dengan menggunakan proses pengendapan. Proses ini menggunakan prinsip gaya gravitasi, di mana partikel yang tersuspensi yang memiliki densitas lebih besar daripada air akan mengendap. Selain itu, proses pemisahan materi tersuspensi dapat dilakukan dengan proses penyaringan saringan pasir. Syaratnya, pori-pori bahan yang dijadikan penapis harus lebih kecil dari ukuran material tersuspensi tersebut. sehingga, partikel tersebut akan tertahan sementara air dapat diloloskan.

Kandungan zat terlarut

Di antara sejumlah zat terlarut dalam air, zat besi dan mangan merupakan beberapa unsur yang sering ditemukan dalam air tanah. Zat besi ditemukan dalam bentuk ion Fe terlarut dalam air tanah. Kandungan besi dalam air dapat meyebabkan warna kuning dan bau yang kurang enak. Jika digunakan untuk mencuci, warna tersebut akan membekas terutama pada pakaian putih berupa bercak-bercak kuning.

Berdasarkan baku mutu air yang ditetapkan dalam peraturan pemerintah tersebut, kadar zat besi dalam air minum maksimum dalam rentang 0,3 mg/L. sementara itu, kandungan zat mangan dibatasi maksimal 0,1 mg/L. Di dalam air, besi atau mangan terlarut dalam bentuk garam bikarbonat, garam sulfat, hidroksida, dalam bentuk koloid, atau bentuk yang tergabung dengan zat organik lain.

Zat besi yang terlarut di dalam air salah satunya dapat dihilangkan dengan cara oksidasi. Garam ferro bikarbonat ketika teroksidasi dengan udara kelarutannya akan berkurang di dalam air sehingga akan mengendap. Oleh karena itu, pada metode ini, teknik aerasi terhadap air yang dioleh kerap dilakukan. Proses aerasi dapat diterapkan dengan memasukkan gelembung-gelembung udara halus ke dalam air dengan pompa.

Di samping menurunkan kualitas air, kandungan besi dan mangan terlarut juga dapat menyebabkan air menjadi bau. Sehingga, bau sangat mengganggu ketika air tersebut dijadikan air minum. Tidak hanya itu, bau pada air juga dapat disebabkan oleh karena adanya pencemar bahan organik.

Pengolahan air dengan proses aerasi

Proses aerasi dapat mengoksidasi kandungan besi dan mangan yang terlarut dalam air. Secara alami, senyawa bikarbonat cenderung lebih tidak stabil dibandingkan dengan senyawa karbonat. Oleh karena itu, besi dalam bentuk Fe(HCO₃)₂ akan berubah menjadi bentuk ferro karbonat.

Fe(HCO₃)₂ ==> FeCO₃ + CO₂ + H₂O

Mn(HCO₃)₂ ==> MnCO₃ + CO₂ + H₂O

Ketika udara berkurang (kandungan CO₂ menurun), kesetimbangan reaksi akan condong ke kanan. Reaksinya dapat dijabarkan sebagai berikut:

FeCO₃ + CO₂ ==> Fe(OH)₂ + CO₂

MnCO₃ + CO₂ ==> Mn(OH)₂ + CO₂

Senyawa besi di atas, yaitu hidroksida besi (II), (Fe(OH)₂ dan mangano hidroksida, Mn(OH)₂ masih mempunyai kelarutan yang cukup besar di dalam air. Sehingga, proses pemisahan masih sulit dilakukan. Namun, jika aerasi terus dilakukan, reaksi akan terus berlanjut menjadi:

 4 Fe²⁺ + O₂ + 10 H₂O ==>4 Fe(OH)₃ + 8 H⁺

 2 Mn²⁺ + O₂ + 2 H₂O ==> 2 MnO₂ + 4 H⁺

Pada reaksi tersebut, baik senyawa ferro (III) hidroksida, Fe(OH)₃ maupun MnO₂ merupakan senyawa berbentuk padat dan tidak larut di dalam air sehingga mudah dipisahkan pada proses penyaringan.

Penggunaan zeolit untuk pengolahan air

Bahan zeolit sudah lama diketahui mampu memiliki kapasitas penukar ion. Sehingga, penggunaan batuan ini dalam proses penyaringan air dapat mengendapkan larutan besi dan mangan dalam air sehingga mudah untuk disaring/ diendapkan. Prosesnya yaitu dengan cara mengoksidasi kation besi sehingga larutan berubah menjadi senyawa garam besi dan mudah mengendap. Reaksi kimianya dapat dijabarkan sebagai berikut:

Na₂Z + Fe(HCO₃)₂ ==> FeZ + 2 Na(HCO₃)

Na₂Z + Mn(HCO₃)₂ ==> MnZ + 2 Na(HCO₃)

Zeolit untuk pengolahan air yang mengandung ion besi dan mangan (www.cerita dan ilmu.net)

Fe(HCO₃)₂ merupakan senyawa ferro bikarbonat yang mudah larut di dalam air, begitu pun juga dengan senyawa Mn(HCO₃)_2, mangano bikarbonat. Dengan adanya proses pertukaran ion yang dilakukan oleh media zeolite, senyawa tersebut berubah menjadi FeZ dan MnZ yang merupakan senyawa padat (garam) sehingga akan mengendap ketika di dalam air.

Proses pemisahan air dan minyak dalam air limbah

Proses produksi, aktivitas rumah tangga menghasilkan limbah dalam jumlah yang besar. Sebagai produk samping, keberadaan limbah tidak dikehendaki. Pada proses produksi, limbah memerlukan proses pengolahan terlebih dahulu sebelum dibuang ke badan air. Setelah air limbah tersebut memenuhi baku mutu air limbah yang ditetapkan, limbah dapat dibuang langsung karena dianggap sudah memenuhi persyaratan yang ditetapkan.

Salah satu industri dan kegiatan yang menghasilkan air limbah dalam jumlah yang cukup besar antara lain adalah aktivitas pengilangan minyak bumi. Air limbah ini berasal dari proses pemompaan minyak dari sumur menuju ke permukaan tanah. Air digunakan dalam proses tersebut antara lain digunakan sebagai ‘injector’ dalam proses enhanced oil recovery (EOR). Proses ini dilakukan pada sumur-sumur minyak yang sudah tua dimana kandungan minyak dalam reservoir sudah jauh menurun dari cadangan minyak sebelum proses eksploitasi. Tak jarang, proses penyuntikan air ke dalam reservoir tersebut disertai dengan sejenis senyawa surfaktan. Senyawa ini berfungsi untuk menurunkan tegangan permukaan minyak sehingga viskositas minyak turun dan mudah mengalir.

Proses injeksi air dalam enhanced oil recovery (EOR)

Dalam proses injection (penyuntikan) menggunakan air, air didorong ke dalam sumur injector menuju reservoir yang mengandung minyak. Hal ini dilakukan agar minyak yang terdapat di dalam pori-pori batuan terdorong keluar untuk selanjutnya dapat disedot oleh pompa minyak. Dengan penyuntikan minyak ke dalam reservoir, tekanan minyak di dalam batuan tersebut akan dijaga tetap stabil sehingga memudahkan proses naiknya minyak melalui pipa menuju permukaan tanah.

Proses pemisahan minyak dan air

Pada dasarnya, minyak bumi (hidrokarbon) merupakan senyawa yang tidak polar dan tidak larut di dalam air. Minyak dan air merupakan dua fluida yang tidak bisa menyatu (immiscible fluid). Karena tingkat kerapatan jenis yang berbeda, minyak dan air akan berada pada posisi yang berbeda. Mengingat minyak memiliki densitas yang lebih rendah daripada air, minyak akan selalu mengapung di air.

Sebagian besar limbah yang dihasilkan dari proses produksi minyak berupa campuran minyak dan air, dengan fase kontinyunya adalah air. Sementara itu, minyak merupakan zat yang terdispersi. Perbedaan ukuran partikel minyak yang terdispersi di dalam air menyebabkan perlakuan yang berbeda. Sebagai contoh, partikel minyak yang berukuran besar dapat dipisahkan dari air dengan menggunakan alat API (American Petroleum Institute) separator. Alat ini akan efektif untuk partikel minyak yang berukuran minimal 150 um. Sementara itu, partikel yang lebih kecil harus menggunakan metode atau teknik lain, di antaranya adalah flotation, pemisahan melalui membrane.

Pemisahan yang paling sulit adalah ketika ukuran minyak yang terdispersi sangat kecil, di bawah ukuran 20 um, bahkan 5 um. Minyak ini dapat menjadi teremulsi di dalam air, bahkan menjadi minyak yang terlarut.  

Ukuran partikel gelembung minyak yang terdispersi dalam air

API separator

API separator menggunakan prinsip gaya gravitasi dalam proses pemisahan minyak dan air. Alat ini, pada praktiknya, tidak hanya berfungsi untuk memisahkan minyak dan air, akan tetapi memisahkan padatan tersuspensi dari air limbah. Dalam alat tersebut, terdapat dua bagian, yaitu inlet dan outlet. Limbah yang mengandung minyak terdispersi dimasukkan ke dalam alat melalui saluran inlet. Sementara itu, air limbah yang telah mengalami pengolahan akan dikeluarkan melalui saluran outlet. Di dalam alat tersebut, di pasang beberapa lempeng logam yang berfungsi untuk menggabungkan partikel-partikel/ gelembung-gelembung minyak yang berukuran kecil (coalescence). Semakin besar ukuran gelembung minyak, semakin cepat pula minyak tersebut bergerak ke permukaan air. Sehingga, minyak yang berukuran kecil akan membutuhkan waktu yang sangat lama untuk mencapai permukaan air. Dengan demikian, partikel minyak yang berukuran kecil akan menyulitkan proses pemisahan.

API separator

Prinsip kerja API separator menggunakan hukum Stokes, yang menyatakan bahwa rise of velocity (laju pergerakan naik) sebuah gelembung minyak bergantung pada ukuran gelembung, densitas, dan karakteristik air.

Dimana,

• v  = kecepatan gerak naik (cm/s)
• g  = konstanta gravitasi 
• D = diameter gelembung minyak (cm)
• μ_L= viskositas air

Dari persamaan Stokes di atas, dapat diketahui bahwa kecepatan gerak naik berbanding lurus dengan kuadrat diameter gelembung minyak. Oleh karena itu, semakin besar diameter partikel minyak, semakin cepat pula partikel minyak tersebut bergerak menuju permukaan air. Selanjutnya, kecepatan gerak naik minyak juga dipengaruhi oleh viskositas fluida fase kontinyu, dalam hal ini adalah air. Dengan demikian, untuk mempercepat gerak partikel minyak, viskositas air harus diturunkan. Salah satu cara untuk menurunkan nilai viskositas air adalah dengan menaikkan suhu. Sehingga, dalam praktiknya, penggunaan panas untuk menaikkan suhu air diperlukan.

Dengan dioperasikannya alat tersebut, air limbah akan terpisah menjadi tiga bagian besar, yaitu material padat yang tersuspensi, yang akan mengendap di bagian dasar alat. Bagian yang kedua adalah lapisan minyak yang berada di permukaan air. Selanjutnya, yang terakhir adalah air yang sudah terbebas dari partikel minyak dan zat padat.

Meskipun demikian, alat ini mempunyai keterbatasan. Tidak semua partikel minyak dapat terpisahkan dari air. Gelembung-gelembung minyak yang berukuran halus akan sangat sulit untuk dipisahkan. Sehingga, proses pemisahan berikutnya memerlukan metode lain, di antaranya adalah metode flotation atau metode pemisahan menggunakan membrane (noerhidajat) 


selanjutnya: Dissolved air flotation

Aquaponik, sekayuh dua keuntungan

Siapa yang tak kenal dengan hidroponik? Siapa pula yang tak kenal dengan akuakultur? Hidroponik sudah lama dikenal dalam budidaya tanaman. Sistem ini seringkali dipraktekkan untuk menyiasati keterbatasan lahan. Sementara itu, akuakultur merupakan sistem budidaya perikanan. Keduanya bisa digabungkan menjadi satu sistem. Lantas bagaimanakah caranya?

Hidroponik merupakan sistem budidaya tanaman yang sudah lama dikenal, terutama pada cocok tanam di dalam rumah kaca. Tak seperti sistem pertanian konvensional, sistem hidroponik tidak memerlukan media tanah sebagai media tumbuh tanaman. Meskipun demikian, tanaman tetap memerlukan nutrisi untuk menunjang pertumbuhannya. Alternatifnya, karena tanaman tidak memperoleh zat hara dari tanah, mereka menyerap unsur hara dari substrat yang digunakan sebagai media tumbuh hidroponik. Sementara itu, substrat yang digunakan sebagai media tumbuh tidak seperti tanah yang mengandung zat hara. Pada umumnya, media tumbuh hidroponik merupakan substrat yang miskin hara, misalnya serbuk arang, serpihan batu bata, arang sekam, dan lain-lain. Sehingga, pasokan hara untuk tanaman dijamin oleh air yang digunakan untuk mengairi perakaran tanaman.

Sementara itu, dalam melangsungkan kehidupannya, ikan melakukan proses metabolisme. Dari proses tersebut, ikan menghasilkan energi untuk beraktivitas, memperoleh nutrisi untuk pertumbuhan dan menjaga kesehatan. Seperti halnya manusia, dari proses tersebut, ikan akan menghasilkan zat-zat sisa, yang berupa cairan (urin) maupun zat padat (kotoran, feces). Cairan urin mengandung sejumlah senyawa ammonia dengan konsentrasi tertentu. Sedangkan feces ikan yang merupakan bahan organic, akan terurai oleh mikroorganisme dalam air dan selanjutnya menjadi senyawa ammonia. Zat-zat ini merupakan racun bagi ikan dan akan dibuang ke lingkungan hidupnya, baik melalui eksresi maupun defekasi.

Prinsip saling memberi

Kebutuhan nutrisi utama tanaman merupakan unsur nitrogen yang diperoleh dari akar, kemudian disalurkan ke seluruh bagian tumbuhan. Di dalam air, unsur nitrogen ini terikat dalam senyawa nitrogen, antara lain nitrit (NO₂^-), nitrat (NO₃^-), dan sebagian ammonia (NH₃) yang terlarut dalam air. Sementara itu, dalam proses fotosintesis, tanaman mengikat gas zat asam arang (karbodioksida) dari udara, untuk direaksikan dengan air, membentuk senyawa karbohidrat dengan bantuan sinar matahari. Produk sampingnya, dihasilkan gas oksigen yang dibebaskan ke udara.

Sebaliknya,  zat-zat sisa seperti ammonia, nitrit, dan nitrat merupakan racun bagi ikan. sehingga, ikan membutuhkan lingkungan air yang bebas dari senyawa-senyawa tersebut. Amonia merupakan gas dalam kondisi normal yang dihasilkan dari proses dekomposisi bahan organik yang berasal dari hewan atau tumbuhan. Ambang batas kandungan ammonia bagi ikan berada pada kisaran angka 0,2 mg/ liter atau 0,2 ppm. Kandungan ammonia yang terlalu tinggi melebihi ambang batas ini akan menganggu ikan dalam memperoleh oksigen dari air. Konsentrasi yang mencapai 0,5 ppm akan menyebabkan kematian pada ikan. sementara itu, ikan lebih toleran terhadap kandungan senyawa nitrit dan nitrat. Pada konsentrasi di bawah 100 mg/L atau 100 ppm, nitrit atau nitrat masih aman bagi kelangsungan hidup ikan.

Lingkungan ikan menghasilkan senyawa-senyawa yang menjadi nutrisi bagi tumbuhan. Sebaliknya, bagi ikan, senyawa tersebut tidak dikehendaki. Di dalam system akuaponik, dua kondisi ini disiasati sehingga lingkungan ikan terbebas dari zat-zat beracun. Pada saat yang sama, tanaman memperoleh pasokan nutrisi dari sisa metabolisme ikan.

Zat padat hasil samping ini mengendap di dasar kolam. Dalam kondisi anaerob, bakteri akan menguraikan zat ini menjadi senyawa yang berbahaya baik bagi lingkungan maupun ikan. Ammonia, nitrit dan nitrat yang dihasilkan bergantung pada seberapa banyak pakan yang diberikan, rasio konversi pakan (FCR), serta berapa banyak pakan yang terbuang. Senyawa Nitrogen tersebut berasal dari kandungan protein pada pakan. Sehingga, semakin tinggi kandungan protein pakan, semakin besar pula potensi senyawa Nitrogen yang dihasilkan di lingkungan hidup ikan. David Bengstson, peneliti asal University of Rhode Island, AS, mengungkapkan, dari total protein yang dikonsumsi ikan, hanya sekitar 30% saja yang diserap oleh tubuh ikan untuk pertumbuhan. Sementara, sisanya terbuang dalam bentuk urin, feses, dan proses pernafasan insang. Masih menuurut David, dari senyawa nitrogen yang terbuang tersebut, sekitar 49 - 60% akan terlarut dalam air dan sisanya, dalam kisaran 15 – 30% akan mengendap dalam bentuk partikulat di dasar kolam.

Tentu saja, seberapa banyak senyawa nitrogen yang menjadi produk samping dari budidaya ikan menjadi penting sebagai sumber nutrisi untuk tanaman. Wilson Andew Lennard, dari RMIT University, Melbourne Australia, mengungkapkan, sebagai acuan rasio antara ikan dan tanaman hidroponik, ia menggunakan 1 kg ikan yang dipelihara dengan 20 tanaman selada yang ditumbuhkan dalam system hidroponik.

Perlu kehadiran bakteri ‘perantara’

Perlu diketahui, meskipun akar tanaman bisa menyerap senyawa ammonia, konsentrasinya yang terlalu tinggi di daerah perakaran tanaman justru bisa menyebabkan keracunan. Untuk itu, perlu diupayakan agar konsentrasi ammonia yang terlarut di dalam air dalam ambang batas yang aman bagi tanaman. Agar konsentrasi ammonia tidak melebihi ambang batas, diperlukan koloni bakteri yang mampu mengubahnya menjadi senyawa nitrit dan nitrat. Bakteri yang berperan dalam kondisi ini adalah bakteri nitrifikasi, yaitu jenis bakteri nitrosomanas dan bakteri nitrobacter. Nitrosomonas akan mengoksidasi ammonia menjadi senyawa nitrit. Selanjutnya, bakteri nitrobacter akan mengubah nitrit menjadi senyawa nitrat.

Proses nitrifikasi ammonia menjadi nitrit dan nitrat

Karakteristik dari koloni bakteri ini adalah sejenis mikroorganisme aerob, sehingga membutuhkan oksigen dalam proses nitrifikasi. Karena karakteristik ini, bakteri akan berkembang biak dan tumbuh subur pada air yang memiliki kandungan oksigen tinggi dan mengandung senyawa nitrogen. Air yang memiliki kandungan oksigen terlarut yang tinggi biasanya berdekatan dengan permukaan air yang kontak secara langsung dengan udara.

Selain itu, bakteri ini membentuk koloni dan hidup pada lapisan padat yang bersentuhan dengan air. Sehingga, diperlukan benda-benda padat, misalnya batuan atau permukaan padat lainnya sebagai tempat menempel bakteri tersebut.

Jenis tanaman dan ikan sistem akuaponik

Tidak semua jenis tanaman cocok untuk system akuaponik. Berdasarkan hasil penelitian, sebagian besar sayuran yang berdaun hijau cocok ditumbuhkan dalam system ini. Meskipun demikian, beberapa sayuran tumbuh sangat subur dalam system akuaponik, di antaranya adalah kubis, selada, kemangi, selasih, tomat, kacang okra, belewa, dan paprika. Selain itu, ada beberapa jenis tanaman lain yang tumbuh baik dalam system akuaponik, yaitu buncis, kacang polong, sayur kol, talas/ keladi, lobak, stroberi, melon, bawang merah, lobak cina, wortel, dan ubi manis.

Untuk di Indonesia, redaksi infoakuakultur mencoba menelusuri informasi jenis tanaman apa saja cocok dipadukan dengan system akuaponik. Salah seorang praktisi akuaponik di Yogyakarta, Nanang Dwianto, S.Si, mengutarakan, tanaman yang pernah ia coba pelihara dan tumbuh baik dalam system akuaponiknya antara lain sawi, bayam, kembang kol, seledri, tomat, koro roay, serai, cabai, kangkung, bawang merah, kemangi, jembak, brokoli, dan selada.

#Foto Nanang Dwianto, S.Si dengan perangkat akuaponiknya

Di rumahnya, suami dari Bernadeta Siti Hawa ini memiliki tiga perangkat akuaponik. Ikan dan sayurannya untuk konsumsi keluarga. Di dalam kolam ikannya, dipelihara beberapa jenis ikan antara lain nila, grass carp, gurame, lele, bahkan ikan koi.  Mengenai perbandingan luasan kolam dan hidroponiknya, berdasarkan pengalamannya selama ini, ia menggunakan perbandingan luas yang sama antara hidroponik dengan kolam ikan. Ia mengaku, sistem akuaponiknya bisa memperbaiki kualitas air kolam.

Rancangan sistem akuaponik

Konstruksi kolam

Konstruksi kolam untuk sistem akuaponik bisa berbentuk apa saja. Syaratnya, kolam tersebut harus dilengkapi dengan sistem drainase sentral yang terletak di dasar kolam. Fungsinya adalah untuk menarik semua kotoran/ endapan yang terbentuk di dasar untuk dialirkan ke sistem hidroponik menggunakan pompa.

Nanang menuturkan, jenis kolam bisa berupa kolam IBC, kolam beton maupun kolam yang terbuat dari fiber. “Dalam membangun akuaponik ini, semua saya lakukan serba alami tidak ada penambahan bahan-bahan pabrik selain pelet  yang dimasukkan karena itu prinsip yang saya pegang,” ungkap ayah dari F.A. Tirta Prasaja ini. Di samping pellet, ia pun menggunakan dedaunan sebagai sumber pakan untuk ikannya, antara lain daun talas, kangkung, azola, duckweed, daun murbey, dan lain-lain. 

Ia melanjutkan, semua akuaponiknya menggunakan filter dengan volume 25-30 % dari volume kolam sehingga akan memberikan dampak baik terhadap kesehatan ikan. Filter terdiri dari dua unit yang memiliki fungsi berbeda. Filter yang pertama berfungsi sebagai pengendapan kotoran padat (bak/tong 1) dan yang kedua sebagi rumah bakteri (bak/tong 2). Untuk sistem dalam penanaman hampir seluruhnya menggunakan sistem pasang surut, dengan dibantu alat bell siphon dan juga siphon apung hasil inovasinya sendiri.

Skema kolam akuaponik milik Nanang Dwianto, S.Si

Media tanam

Media tanam untuk tanaman hidroponik bisa berasal dari arang sekam, arang tempurung kelapa, atau pecahan batu bata, seperti layaknya sistem hidroponik biasa. Di samping sebagai tempat tumbuh bagi tanaman, media ini juga berfungsi sebagai penyaring air sebelum masuk ke kolam. Dengan demikian, air yang telah melewati media ini akan melewati proses penyaringan dan menjadi bersih kembali.

“Media tanam, saya menggunakan arang kayu, pecahan genting, batu split, batu kerikil putih,” terang Nanang, “saya memilih sistem tersebut karena berbagai jenis tanaman bisa ditanam dengan sistem tersebut. Selain itu, adanya media tersebut bisa sebagai filter ke-2, sehingga air kolam lebih jernih,” ungkapnya. Pria yang gemar berbagi ini memberikan tips, sebaiknya setelah arang ditaburkan, ditambahkan pecahan genting. Hal ini untuk mencegah arang mengapung ketika dialiri air. Ke dalam bak filter ke-2, Nanang menambahkan serpihah genteng, fungsinya adalah sebagai tempat melekatnya bakteri yang berperan dalam penguraian ammonia.

Pipa untuk mengurangi endapan

Gambar skema filter endapan

Skema alat SLO (solid lifting overflow)

Instalasi pompa air

Ammonia yang merupakan racun bagi ikan, dimanfaatkan oleh bakteri menjadi nitrit dan nitrat, dua senyawa yang menjadi nutrisi bagi tumbuhan. Selanjutnya, air yang sudah bebas dari dua senyawa tersebut kembali bersih setelah melewati material penyaring fisik dan perlakuan biologis dialirkan kembali ke kolam ikan secara gravitasi.

Untuk menaikkan air dari kolam ke pot-pot tanaman, diperlukan pompa air. Pompa ini bisa berupa pompa tenggelam (submerged pump) atau pun pompa air listrik yang biasa.

(noerhidajat)

Optimalkan Resirkulasi Air Tambak dengan Saringan Pasir Lambat

Permasalahan pasokan air dalam sistem budidaya ikan dalam tambak merupakan salah satu kunci penting dalam keberhasilan budidaya. Terjadinya penurunan kualitas lingkungan menyebabkan pasokan air yang ideal menjadi hal yang lazim bagi petambak.

Keberhasilan budidaya ikan, baik di tambak (air payau) maupun di kolam darat (air tawar) sangat bergantung pada kualitas air. Untuk menjaga kualitas air tesebut, beberapa tambak menggunakan sistem pasokan air masuk buang. Artinya, air dari sumber dimasukkan ke dalam tambak kemudian beberapa hari selanjutnya disalurkan melalui lubang pengeluaran untuk dibuang. Namun, mengingat adanya keterbatasan sumberdaya air, sistem masuk buang dianggap tidak ekonomis dan boros air. Misalnya, ketika musim kemarau, pasokan air tersendat sehingga terjadinya kekurangan air ini akan menjadi masalah serius bagi pembudidaya. Di samping itu, tidak semua daerah memiliki sumberdaya air yang melimpah.

Oleh karena itu, untuk menyiasati keterbatasan sumberdaya air tersebut, dibuatlah sistem resirkulasi. Dengan menggunakan sistem ini, kondisi air tambak tetap terjaga dalam kondisi optimal tanpa harus menggunakan air yang berlebihan. Pasalnya, dalam sistem resirkulasi ini, air buangan tambak yang berasal dari saluran pengeluaran dialirkan kembali masuk ke dalam tambak. Tentu saja, sebelum dimasukkan ke dalam tambak tersebut, air harus melewati beberapa proses untuk mengembalikan kualitas air agar memenuhi persyaratan yang dikehendaki ikan.

Proses pengolahan air dalam sistem resirkulasi ini di antaranya adalah proses penapisan atau penyaringan air. Beberapa sistem penyaringan air sudah banyak dikenal saat ini. Namun, sistem yang sudah lama dikenal dan dianggap paling tua yaitu sistem penyaringan pasir lambat atau slow sand filter.

Persyaratan air tambak yang baik

Air tambak, sebagai lingkungan hidup ikan atau pun udang budidaya harus memenuhi beberapa kriteria, di antaranya adalah batas maksimum kandungan zat organik dan anorganik 50 – 60 ppm, tingkat kekeruhan, dan total kandungan zat padat yang tersuspensi. Di samping itu, air harus terbebas dari mikroorganisme pathogen yang dapat menyebabkan penyakit pada ikan budidaya. Untuk mendukung budidaya yang optimal, air tambak harus memenuhi persyaratan lain, di antaranya kadar garam/ salinitas air berkisar 10 – 35 ppt, pH pada kisaran normal (7,5 – 8,5).

Tambak biasanya dibangun di kawasan pantai, di mana terjadi pasang surut air laut. Tambak yang bagus terletak pada daerah pasang surut dengan perbedaan muka air pasang dan surut 1,5 hingga 2,5 m. Pasokan air tambak sebagiannya berasal dari air pasang ini. Ketika terjadi pasang, air laut akan masuk ke dalam tambak. Sementara itu, air tambak berbeda dengan air laut. Kadar garam atau salinitasnya lebih rendah daripada air laut. Untuk itu, tambak memerlukan campuran air tawar untuk menurunkan kadar garam yang terlalu tinggi. Pencampuran dua jenis air ini menghasilkan air payau dengan kadar salinitas 0,5 – 30 gram/ liter.

Saringan pasir lambat (slow sand filter)

Saringan pasir lambat merupakan sistem penyaringan air yang dianggap paling tua di dunia. Sistem ini pertama kali diaplikasikan di Amerika Serikat pada abad 19, sekitar tahun 1872. Pada awalnya, saringan pasir lambat ini digunakan sebagai pengolah air untuk memenuhi kebutuhan air penduduk. Meskipun mudah pembuatannya dan murah pengoperasiannya, hasil filtrasinya tidak bisa dianggap remeh.

Saringan ini terdiri dari media pasir dengan tingkat porositas tinggi sehingga mampu meloloskan air dalam waktu singkat. Hal ini karena keberadaan ruang kosong di antara partikel-partikel pasir yang ditempati udara. Pada ruang-ruang ini, terdapat banyak zat organic yang dikenal dengan istilah schmutzdecke, atau filter skin. Zat organic ini terdiri dari sekumpulan berbagai jenis mikroorganisme plankton, protozoa, rotifera, dll. Ketika terjadi proses penyaringan, air akan melewati celah-celah kecil ini dan akan berlangsung proses anorganik sederhana yang membentuk garam. Pada saat yang sama, senyawa nitrogen yang terkandung dalam air akan terurai dan teroksidasi. Ketika proses ini berlangsung, partikel padat yang tersuspensi dalam air akan tersaring.

Sebelum dialirkan ke instalasi saringan pasir lambat, air permukaan dengan kandungan zat padat tersuspensi yang tinggi harus melewati beberapa perlakuan pendahuan, antara lain dengan rapid gravity filter atau dengan alat microstrainer. Sehingga, air dengan kandungan tingkat kekeruhan tinggi tidak menyumbat pori-pori yang terdapat di antara partikel pasir.

Berdasarkan penelitian yang dilakukan oleh Profesor Wahyono Hadi dan mahasiswanya, Chandra Tri Febriwahyudi, dari Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS), Surabaya, sistem saringan pasir lambat terbukti dapat digunakan untuk keperluan pengolahan air tambak bersamaan dengan sistem resirkulasi air. Berdasarkan penelitian mereka, air tambak yang sudah disaring dengan instalasi ini sudah memenuhi persyaratan air tambak yang dikehendaki. Saringan pasir lambat dapat menyaring air dengan tingkat kekeruhan 100 – 200 mg/l dalam beberapa hari. Keberadaan shmutzdecke atau filter skin ini dapat mengurangi kandungan bakteri pathogen dalam air (misalnya E.coli), tingkat kekeruhan air, dan mengurangi jumlah bahan organic dan anorganik yang tersuspensi dalam air.

Proses pembuatan slow sand filter

Saringan pasir lambat dibuat dari pasir sungai dengan diameter partikel 0.25 – 0.42 mm. Di bagian bawahnya, terdapat penyangga berupa kerikil dengan ukuran 20 – 30 mm (diameter). Penyangga ini berfungsi untuk mencegah pasir terbawa aliran air dan menyumbat saluran pengeluaran saringan. Arah aliran air memanfaatkan gaya gravitasi dengan arah aliran air dari atas ke bawah. Menurut Chandra dan Wahyono, ditemukan bahwa ketebalan efektif media pasir yang paling baik dalam menghilangkan kandungan bakteri E. coli dari air adalah antara 80 – 100 cm dengan laju filtrasi 0,1 m/jam. Mereka menyebutkan, ketebalan minimum media pasir agar tercapai efektivitas penyaringan air adalah sekitar 80 cm.

Cara pembuatannya cukup mudah dan peralatan yang dibutuhkan harganya terjangkau. Cukup sediakan tangki air, pasir, dan kerikil. Tangki air berfungsi sebagai tempat menempatkan pasir dan kerikil dan tempat dimana proses penyaringan berlangsung. Untuk tangki air, bisa digunakan wadah yang terbuat dari plastik atau terbuat dari tembok semen. Bentuknya dapat berupa silinder/ tabung ataupun menyerupai bak persegi. Selain itu, diperlukan juga beberapa bahan lain, di antaranya adalah;

• Pipa paralon dengan beberapa siku/sambungan.
• Keran air, ukurannya disesuaikan dengan diameter pipa.
• Lem paralon secukupnya.

Penampang Saringan Pasir Lambat

Proses pengurasan saringan

Seiring dengan seringnya penggunaan saringan, efektivitas media penyaring semakin berkurang. Hal ini karena semakin menumpuknya partikel-partikel yang tertahan dan mengisi celah-celah antara partikel pasir. Kondisi ini akan menyumbat gerakan aliran air ketika proses penyaringan. Untuk mengatasi hal ini, diperlukan proses pengurasan/ pembersihan. Caranya yaitu mengalirkan air dengan arah yang berlawanan dari arah aliran proses penyaringan. Langkah ini dilakukan dengan menutup keran masuk (1) dan keluar air (2) saringan tersebut (lihat gambar 2). Selanjutnya, keran 3 dibuka, air bersih dialirkan melalui saluran tersebut. Air akan mengalir dari bawah ke atas dan terbuang melalui lubang overflow bersama partikel-partikel kotoran.