Belajar › Unit pengolahan

Lahan basah buatan

Rujukan buku: Buku 3, Bab 8

Coba di simulasi →

Apa fungsinya

Lahan basah buatan (constructed wetland) adalah kolam dangkal berisi kerikil yang ditanami tumbuhan rawa seperti Typha (ekor kucing) atau Cyperus. Pada tipe yang dipakai aplikasi, aliran bawah permukaan horizontal (SSF-H), air limbah mengalir mendatar di dalam kerikil dan tidak tampak di permukaan, sehingga tidak berbau dan tidak menjadi sarang nyamuk. Unit ini dipakai sesudah ABR: menurunkan sisa BOD dan TSS tanpa listrik dan sekaligus menjadi ruang hijau. Kelemahan utamanya adalah kebutuhan lahan yang besar.

Cara kerja

• Kerikil menyaring padatan halus. Bakteri yang melekat pada kerikil dan akar mengurai bahan organik, sebagian besar secara anaerobik dan sebagian aerobik di sekitar akar.
• Dasar dibuat miring sekitar 1 persen ke arah keluaran, dilapis geomembran agar air tidak meresap ke air tanah.
• Air masuk melalui zona batu besar di hulu dan dikumpulkan pipa berlubang di hilir. Tinggi muka air diatur dengan pipa keluaran yang bisa diputar.

Rumus dan cara menghitung

Luas permukaan diambil dari tiga syarat; yang terbesar menjadi kriteria penentu.

kT = k20 x 1,06^(T - 20)
(1) A_1 = Q x ln(C0 / Ce) / (kT x d x n)
(2) A_2 = B_BOD x 1000 / beban_BOD_maks
(3) A_3 = Q / (HLR_maks / 100)
    A   = maks(A_1, A_2, A_3)

• kT = tetapan laju penguraian BOD pada suhu T (/hari); k20 = tetapan pada 20 derajat C (baku 1,104 /hari)
• Q = debit rata-rata (m3/hari); C0, Ce = BOD masuk dan sasaran keluar (mg/L)
• d = tinggi media (m); n = porositas kerikil
• B_BOD = beban BOD masuk (kg/hari); beban_BOD_maks dalam g/m2/hari
• HLR_maks = beban hidrolis permukaan maksimum (cm/hari)

Rumus (1) adalah model orde-satu aliran sumbat; di aplikasi langkahnya diberi label "persamaan Kickuth". Sasaran Ce diambil yang lebih kecil dari 0,7 x baku mutu BOD atau 0,5 x C0. Waktu tinggal = A x d x n / Q. Luas lahan yang perlu disiapkan = 1,25 x luas sel (tanggul dan jalan inspeksi).

Jumlah sel lahan basah

Coba di simulasi →

Jumlah sel adalah banyaknya petak lahan basah yang dipasang paralel dan berbagi debit sama rata. Luas total tidak berubah; yang berubah adalah ukuran tiap petak.

Satu sel saja berisiko: bila kerikil tersumbat atau tanaman diganti, seluruh aliran berhenti. Dengan dua sel atau lebih, satu sel bisa diistirahatkan sementara sel lain bekerja. Terlalu banyak sel membuat tanggul, pipa pembagi, dan biaya bertambah, dan tiap sel menjadi sempit sehingga sulit memenuhi perbandingan panjang : lebar.

Nilai baku aplikasi 2 sel. Kode tidak memeriksa jumlah sel secara langsung; batas yang terkait adalah panjang : lebar 2,0-4,0 tiap sel dan syarat lebar Darcy.

Kalau muncul PERIKSA pada panjang : lebar: ubah jumlah sel. Menambah sel memperkecil luas tiap sel (sel lebih pendek), sedangkan mengurangi sel menurunkan debit tiap sel sehingga syarat lebar Darcy lebih ringan.

Syarat lebar menurut Darcy

Syarat Darcy adalah lebar sel minimum agar seluruh debit bisa mengalir di dalam kerikil tanpa meluap ke permukaan. Menurut hukum Darcy, debit melalui media berpori = konduktivitas x luas penampang x kemiringan hidrolis.

W_min = Q / (n_sel x ks x s x d)

ks = konduktivitas hidrolis kerikil (baku 5.000 m/hari, sudah memakai faktor keamanan untuk penyumbatan); s = kemiringan dasar (0,01); d = tinggi media (m).

Bila sel lebih sempit dari W_min, air naik ke permukaan, menggenang, berbau, dan melewati kerikil tanpa terolah. Sel yang jauh lebih lebar dari W_min tidak merugikan aliran, tetapi pembagian air di zona masuk menjadi lebih sulit.

Aplikasi otomatis melebarkan sel sampai W_min, sehingga pemeriksaan ini hampir selalu OK; akibatnya justru terlihat pada panjang : lebar. Kalau muncul PERIKSA: tambah tinggi media (batas praktis sekitar 0,6-0,8 m), kurangi jumlah sel, atau pakai kerikil lebih kasar (ks lebih besar).

Kriteria perancangan

Parameter baku: tinggi media 0,60 m, porositas 0,38, k20 1,104 /hari, konduktivitas 5.000 m/hari, kemiringan dasar 1 persen, 2 sel, panjang : lebar 3, media kerikil 20-60 mm, tanaman 4 batang/m2.

Pemeliharaan dan pengoperasian

Periksa genangan di permukaan setiap minggu; genangan menandakan penyumbatan di zona masuk. Siangi gulma dan potong tanaman yang mati sekali atau dua kali setahun. Bersihkan pipa pembagi dan kotak kontrol. Atur ketinggian pipa keluaran agar muka air tetap sekitar 5 cm di bawah permukaan kerikil.

Studi kasus: lahan basah Griya Asri

Rangkaian R5: debit 150,0 m3/hari, suhu 27 derajat C. BOD keluar ABR (masuk lahan basah) 71,7 mg/L; beban BOD 10,8 kg/hari.

1. Sasaran Ce = min(0,7 x 30; 0,5 x 71,7) = 21 mg/L.
2. kT = 1,104 x 1,06^7 = 1,660 /hari.
3. A_1 = 150,0 x ln(72/21) / (1,660 x 0,60 x 0,38) = 486,6 m2.
4. A_2 = 10,8 x 1000 / 12 = 896,0 m2.
5. A_3 = 150,0 / 0,050 = 3.000,0 m2.
6. Penentu: beban hidrolis permukaan, 3.000,0 m2, dibagi 2 sel (1.500 m2 per sel).
7. W_min Darcy = 150,0 / (2 x 5.000 x 0,01 x 0,60) = 2,50 m. Lebar dari panjang : lebar 3 = 22,4 m, jauh di atas W_min.
8. Tiap sel 22,4 m x 67,0 m; total 3.001,6 m2.

BOD keluar 21,0 mg/L (penyisihan 70,7 %), TSS 6,8 mg/L. Luas lahan yang perlu disiapkan 3.752 m2, hampir lima kali lahan tersedia 42 m x 18 m (756 m2). Unitnya memenuhi semua kriteria, tetapi rangkaian ini tidak muat di tapak Griya Asri; lihat kebutuhan lahan.

Rujukan

• Buku 3, Bab 8 (seri Menggambar Teknik untuk Teknik Lingkungan).
• Kadlec, R.H. & Wallace, S.D. (2009). Treatment Wetlands.
• Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.