ANALISIS PENGARUH RESIRKULASI LINDI PADA LYSIMETER TERHADAP KONSENTRASI AMMONIA, NITRIT, DAN NITRAT AIR LINDI

Transkripsi

1 ANALISIS PENGARUH RESIRKULASI LINDI PADA LYSIMETER TERHADAP KONSENTRASI AMMONIA, NITRIT, DAN NITRAT AIR LINDI Listy Ayuningtias, Gabriel S.B. Andari K., Evi Novita Z. Program Studi Teknik Lingkungan Fakultas Teknik Universitas Indonesia ABSTRAK Meningkatnya produksi sampah menyebabkan lahan Tempat Pemrosesan Akhir (TPA) menjadi kian hari semakin terbatas. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, salah satu metode yang dapat dilakukan adalah dengan mempercepat proses stabilisasi landfill melalui mekanisme resirkulasi lindi. Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah untuk mengetahui konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada air lindi yang dihasilkan dari lysimeter dengan dan tanpa proses resirkulasi, serta untuk mengetahui waktu pembentukan senyawa ammonia, nitrit, dan nitrat dalam lysimeter terkait dengan kondisi temperatur sampah dan ph lindi. Penelitian dilakukan dengan membuat pemodelan sistem sanitary landfill dalam dua buah lysimeter, masing-masing untuk proses dengan resirkulasi dan tanpa resirkulasi. Pada lysimeter juga diberikan asupan air sesuai dengan data curah hujan yang ada. Hasil pengamatan terhadap kedua lysimeter selama 100 hari menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia dan nitrat pada lysimeter dengan resirkulasi (lysimeter A) cenderung lebih tinggi dibandingkan pada lysimeter tanpa resirkulasi (lysimeter B).Sedangkan untuk konsentrasi nitrit, pada kedua lysimeter tidak menunjukkan perbedaan yang berarti. Senyawa ammonia, nitrit, dan nitrat pada kedua lysimeter sudah terbentuk sejak awal penelitian meskipun pada awalnya memiliki nilai yang relatif rendah. Terkait dengan temperatur sampah, diketahui bahwa pelepasan ammonia tertinggi terjadi pada temperatur 30 o C. Sedangkan terkait dengan ph lindi, konsentrasi ammonia meningkat pada rentang nilai ph 7,5-8. ANALYSIS OF LEACHATE RECIRCULATION EFFECT IN LYSIMETER ON AMMONIA, NITRITE, AND NITRATE CONCENTRATION IN LEACHATE ABSTRACT A rapid increase in waste volumes resulted in the accumulation of waste in landfill. This condition causes landfill that will run out of space within years. In order to overcome this problem, leachate recirculation is applied to accelerate waste stabilisation. The objective of the research project was to investigate ammonia, nitrite, and nitrate concentration in leachate generated from lysimeters with and without recirculation, as well as to determine the time formation of ammonia, nitrite, and nitrate in lysimeters associated with waste temperature and leachate ph. Two lysimeters were used to simulated sanitary landfill with and without recirculation. Water was added to both lysimeters in accordance with the rainfall data. Experiments carried out in lysimeters demonstrated that for 100 days, concentration of ammonia and nitrate in lysimeter with recirculation (lysimeter A) tend to be higher than in lysimeter without recirculation (lysimeter B). However, nitrite concentration in both lysimeters showed no significant differences. Ammonia, nitrite, and nitrate in both lysimeters have been formed since the beginning of the study in low concentration. Associated with waste temperature, the highest ammonia release occured at temperature of 30 o C, and related to leachate ph, ammonia concentration increased in the range of 7,5-8 ph value. Keywords : ammonia, leachate recirculation, lysimeter, nitrate, nitrite,

2 PENDAHULUAN Meningkatnya urbanisasi serta perubahan pola hidup manusia yang lebih konsumtif memberikan dampak pada produksi sampah yang juga semakin meningkat. Dengan mengacu pada hal tersebut, maka pemrosesan akhir sebagai puncak dari seluruh proses pengelolaan sampah harus benar-benar diperhatikan. Salah satu permasalahan yang muncul adalah semakin terbatasnya lahan Tempat Pemrosesan Akhir (TPA). Permasalahan keterbatasan lahan TPA tersebut pada kenyataannya dapat diatasi dengan beberapa cara, diantaranya adalah dengan mempercepat proses stabilisasi landfill. Oleh sebab itu maka diperlukan penerapan suatu metode baru dalam pemrosesan sampah agar proses stabilisasi dan degradasi sampah dapat berlangsung lebih cepat. Salah satu metode yang dapat digunakan adalah dengan melakukan resirkulasi lindi pada landfill. Merujuk pada fenomena tersebut, maka perlu diteliti efektivitas proses resirkulasi lindi dalam mendekomposisi material sampah dengan melakukan tinjauan pada karakteristik lindi yang dihasilkan. Beberapa senyawa berbahaya yang terdapat dalam air lindi diantaranya adalah senyawa nitrogen, baik dalam bentuk ammonia, nitrit, maupun nitrat. Dari uraian di atas, dapat dirumuskan beberapa masalah, yaitu konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada air lindi yang dihasilkan dari lysimeter dengan dan tanpa proses resirkulasi, serta waktu pembentukan ketiga senyawa tersebut terkait dengan kondisi ph lindi dan temperatur sampah pada lysimeter. Berdasarkan rumusan masalah tersebut, maka tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada air lindi yang dihasilkan dari lysimeter dengan dan tanpa proses resirkulasi serta untuk mengetahui waktu pembentukan ketiga senyawa tersebut terkait dengan kondisi ph lindi dan temperatur sampah pada lysimeter. TINJAUAN TEORITIS Lysimeter dikenal sebagai bioreaktor landfill, yaitu suatu sistem yang secara operasional dipengaruhi untuk mensinergiskan mikroba, dan dikontrol untuk mempercepat fase stabilisasi sampah melalui penambahan cairan atau udara (Warith dalam Vazquez, 2008). Sebelumnya, lysimeter digunakan sebagai metode untuk mempelajari perkolasi dan evapotranspirasi. Pada lysimeter yang digunakan sebagai bioreaktor landfill, parameter utama proses yang terjadi dipengaruhi oleh kondisi operasional yang diterapkan untuk meningkatkan proses biologis sampah. Misalnya dengan penambahan cairan yang mempu meningkatkan kadar air sampah, mendistribusikan kembali mikroorganisme dan nutrien ke dalam sampah,

3 dan mendilusikan substansi penghambat yang berkonsentrasi tinggi. Teknik mempercepat stabilisasi lainnya yang dapat digunakan adalah pencacahan sampah, pemilihan jenis sampah, serta penambahan buffer atau lumpur (Vazquez, 2008). Lysimeter umumnya ditempatkan di bagian bawah lapisan pembatas landfill untuk mengumpulkan cairan yang mengalami perkolasi melalui liner. Dekomposisi Anaerobik Material organik dalam sampah dapat dikonversi secara biologis dalam kondisi anaerobik sehingga menghasilkan gas berupa karbon dioksida dan metana. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut (Tchobanoglous, 1993): Material organik + H 2 O + nutrien sel-sel baru + material organik resisten + CO 2 + CH 4 + NH 3 + H 2 S + panas Dalam proses konversi secara anaerobik, 99% gas yang dihasilkan berupa gas karbon dioksida dan metana. Proses dekomposisi anaerobik tersebut terjadi dengan bantuan mikroorganisme. Sampah memberikan suplai nutrien, baik organik maupun anorganik pada mikroorganisme sebagai bahan makanan. Proses konversi biologis tersebut dilakukan untuk memberikan hasil akhir sampah yang lebih stabil. Proses dekomposisi sampah secara anaerobik terbagi menjadi tiga tahap, yaitu (Kayhanian et al. dalam Bagchi, 1994): a. Hidrolisis dan fermentasi Transformasi dengan bantuan enzim ini terjadi pada senyawa dengan berat molekul tinggi sehingga berubah menjadi senyawa yang tepat untuk digunakan sebagai sumber energi bagi mikroorganisme. Fase ini terjadi akibat fermentasi bakteri. ph akan menurun secara signifikan dan diiringi dengan meningkatnya kadar BOD dan COD. b. Asidogenesis dan dehidrogenasi Merupakan proses konversi dari senyawa yang dihasilkan pada proses tahap pertama menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih kecil.pada fase ini material terlarut akan dioksidasi menjadi asam organik dengan berat molekul rendah. Gas hidrogen terbentuk di fase ini. c. Metanogenesis Merupakan proses konversi dari senyawa yang dihasilkan pada proses tahap kedua menjadi hasil akhir yang lebih sederhana, umumnya berupa metana dan karbon dioksida. Gas-gas lain seperti hidrogen sulfida, hidrogen, dan nitrogen juga terbentuk. Pertumbuhan mikroorganisme dalam sampah didukung oleh kondisi lingkungan yang baik, kondisi temperatur dan ph tertentu dapat mendukung mikroorganisme untuk tumbuh

4 dengan optimal. Umumnya, ph optimum untuk pertumbuhan bakteri berkisar antara 6,5 7,5. Sedangkan untuk temperatur, kondisi yang optimum untuk bakteri mesophilic adalah antara o C, dan untuk bakteri thermophilic adalah antara o C. Parameter lain yang juga mendukung pertumbuhan mikroorganisme adalah kadar air. Selain itu, kondisi lingkungan juga harus bebas dari konsentrasi penghambat seperti logam berat, ammonia, sulfida, dan konstituen beracun lainnya (Tchobanoglous, 1993). Ammonia, Nitrit, dan Nitrat Ammonia (NH 3 ), nitrit (NO - 2 ), dan nitrat (NO - 3 ) yang dihasilkan pada lysimeter terbentuk akibat reaksi dekomposisi material organik yang mengandung nitrogen, seperti protein dan asam amino. Protein harus mengalami proses hidrolisis menjadi asam amino agar dapat digunakan sebagai sumber energi oleh mikroorganisme. Proses hidrolisasi dan fermentasi protein oleh mikroorganisme tersebut menyebabkan terbentuknya ammonia (NH 3 ) pada air lindi. Proses ini disebut dengan ammonifikasi (Reinhart, 2005). Senyawa ammonia tersebut teridentifikasi sebagai parameter utama yang menghambat tercapainya kualitas sampah akhir yang stabil (Barlaz et al. dalam Vazquez, 2008). Ammonia cenderung terakumulasi dalam air lindi akibat tidak tersedianya mekanisme penghilangan ammonia yang efektif dalam kondisi anaerobik (Jokela et al. dalam Vazquez, 2008). Diperkirakan hanya 4% nitrogen yang hilang dari landfill melalui air lindi, sedangkan 96%-nya tetap berada dalam sampah (Huber et al. dalam Vazquez, 2008). Pada kondisi di mana terdapat oksigen yang cukup memadai, ammonia akan dikonversi secara biologis melalui proses nitrifikasi. Nitrifikasi merupakan proses dua tahapan yang juga melibatkan dua jenis bakteri yaitu Nitrosomonas dan Nitrosococcus yang mampu menguraikan ammonia menjadi nitrit, serta Nitrobacter yang mampu menguraikan senyawa nitrit menjadi nitrat. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: 2NH O 2 2NO H + + 2H 2 O oleh bakteri Nitrosomonas 2NO O 2 2NO 3 oleh bakteri Nitrobacter Bakteri nitrifikasi tergolong ke dalam jenis bakteri obligat kemolitotrofik di mana jenis bakteri tersebut akan memanfaatkan senyawa anorganik sebagai sumber energi. Bakteri nitrifikasi harus mengoksidasi ammonia dan nitrit sebagai sumber energi serta mengikat karbon dioksida untuk memenuhi kebutuhan akan karbon. Bakteri Nitrosomonas, Nitrosococcus dan Nitrobacter bersifat obligat aerob sehingga tidak dapat menjalankan perannya dalam kondisi tidak ada oksigen. Dalam prosesnya, ada beberapa kondisi lingkungan yang dapat mempengaruhi nitrifikasi, seperti ketersediaan ammonia, kondisi ph yang netral, ketersediaan oksigen

5 (konsentrasi DO minimum 2 mg/l), kadar air yang cukup, serta suhu optimum (30 o C). Konsentrasi organik yang tinggi dan adanya penghambat lain seperti logam pun harus dihilangkan untuk mendukung terjadinya nitrifikasi. Konsentrasi organik yang tinggi dapat menimbulkan kompetisi antara bakteri autotrof dan bakteri heterotrof, di mana bakteri heterotrof mampu berkembang lebih cepat dibandingkan bakteri nitrifikasi sebagai bakteri autotrof (Grady dalam Clabaugh, 2001). Untuk mencapai proses nitrifikasi yang efisien, sejumlah karbon anorganik dalam bentuk bikarbonat dapat ditambahkan sebagai sumber karbon untuk bakteri nitrifikasi (Wett dan Rauch dalam Parkes et al., 2006). METODE PENELITIAN Pada penelitian ini, alat yang digunakan adalah berupa lysimeter dengan pengoperasian yang dibuat hampir serupa dengan sistem sanitary landfill. Lysimeter dibuat sebanyak dua buah dengan menggunakan tangki air (toren) setinggi 2,03 m dengan diameter 0,83 m. Gambar detail lysimeter yang digunakan adalah sebagai berikut: Gambar 1. Desain lysimeter

6 Gambar 2. Tampak atas lysimeter Parameter yang diamati dalam penelitian ini adalah konsetrasi ammonia (NH 3 ), nitrit (NO - 2 ), dan nitrat (NO - 3 ), serta nilai ph lindi dan temperatur sampah lindi pada lysimeter dengan dan tanpa proses resirkulasi. Selanjutnya, ketika lysimeter sudah siap dioperasikan, pada lysimeter akan diberikan air sesuai dengan data curah hujan Fakultas Teknik UI selama 10 tahun terakhir. Pada lysimeter juga diasumsikan terjadi kebocoran pada lapisan geotekstil sebesar 24% (Peggs, 2009). Berdasarkan perhitungan dari data tersebut, didapatkan bahwa air sebanyak 1,4 L/hari akan diberikan selama pengoperasian lysimeter terhitung tujuh hari setelah lysimeter mulai dioperasikan. Sedangkan untuk resirkulasi lindi, volume resirkulasi yang diberikan adalah sebesar 1,5 L dengan waktu yang divariasikan. Percobaan lysimeter ini akan dilakukan selama 100 hari, dan pengumpulan data akan dilakukan setiap minggu sekali hingga masa akhir penelitian. Metode analisis yang dilakukan adalah analisis statistik deskriptif. Analisis statistik deskriptif merupakan metode analisis yang menyajikan rangkuman statistik data hasil penelitian dalam bentuk tabel dan grafik. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Gambaran Kondisi Lysimeter Dalam pelaksanaannya lysimeter yang digunakan sedikit berbeda dengan desain yang telah direncakanan sebelumnya. Gambar detail untuk masing-masing lysimeter adalah sebagai berikut:

7 Gambar 3. Lysimeter dengan resirkulasi (Lysimeter A) Gambar 4. Lysimeter tanpa resirkulasi (Lysimeter B)

8 Perbedaan jumlah sampah serta pemadatan yang dilakukan pada kedua lysimeter mengakibatkan terjadinya perbedaan densitas. Pada akhir proses pembuatan lysimeter didapatkan densitas sampah pada lysimeter A adalah 421 kg/m 3 sedangkan pada lysimeter B adalah 573 kg/m 3. Kondisi lysimeter yang seharusnya berada dalam kondisi anaerobik tidak sepenuhnya dapat dicapai dalam penelitian ini. Oksigen kemungkinan besar dapat masuk ke dalam lysimeter melalui lubang pipa pada saat jeda pemberian air atau saat resirkulasi lindi, serta pada saat pengecekan parameter ph dan temperatur dilakukan. Selain itu ruang yang tersisa antara jirigen dan pipa lindi di bagian bawah pun dapat memberikan kesempatan masuknya oksigen ke dalam lysimeter. Karakteristik Sampah Sampah yang digunakan pada kedua lysimeter merupakan sampah dari Pasar Kemiri Muka, Beji, Depok. Untuk sampah yang akan digunakan pada lysimeter dilakukan pemilahan terlebih dahulu di mana sampah yang digunakan hanyalah sampah organik. Untuk mengetahui karakteristik awal sampah maka dilakukan pemeriksaan terhadap nilai kadar air. Kadar air sampah yang digunakan dalam lysimeter diketahui sebesar 88,2%. Hal-hal yang mempengaruhi nilai kadar air tersebut diantaranya adalah umur sampah dan kondisi cuaca di mana pada saat pengujian berada di musim penghujan. Pemeriksaan karakteristik sampah juga dilakukan melalui analisis ultimat untuk mendapatkan rumus molekul kimia sampah yang sesuai berdasarkan literatur Tchobanoglous (1993). Berdasarkan perhitungan yang mengacu pada literatur didapatkan bahwa rumus molekul kimia sampah organik dari Pasar Kemiri Muka adalah C 320 H 2508 O 188 N 15 S. Analisis Konsentrasi Ammonia, Nitrit, dan Nitrat Menurut penelitian yang dilakukan oleh Erses et al. (2008), protein dari sampah yang dapat terurai mampu melepaskan ammonia pada lindi dengan konsentrasi mg/l. Fluktuasi konsentrasi ammonia serta senyawa nitrit, dan nitrat di dalam lindi yang keluar dari lysimeter dapat dilihat pada Gambar 5 dan 6 berikut di bawah ini.

9 Gambar 5. Konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada lysimeter A Gambar 6. Konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada lysimeter B Proses resirkulasi lindi dan penambahan air baru dilakukan di hari ketujuh pengoperasian dan dilakukan terus menerus selama 7 hari. Pada grafik terlihat bahwa selama masa resirkulasi lindi dan penambahan air yang dilakukan per hari tersebut (hari ke-7 hingga hari ke-14) terjadi peningkatan konsentrasi ammonia pada kedua lysimeter. Fenomena tersebut menunjukkan bahwa proses resirkulasi lindi dan penambahan air memberikan pengaruh dalam peningkatan konsentrasi ammonia. Hasil ini sesuai dengan yang dikemukakan oleh Vazquez (2008) di mana proses resirkulasi lindi dan pemberian air dapat menaikkan konsentrasi ammonia karena proses tersebut mampu membuat ammonia yang berada di dalam bioreaktor terlarut di dalam lindi. Selanjutnya konsentrasi ammonia mengalami penurunan, di mana pada lysimeter A konsentrasi menurun di hari ke 28 dan pada lysimeter B menurun di hari ke 35. Penurunan

10 konsentrasi ini diduga akibat proses pemberian asupan air dan resirkulasi lindi yang tidak lagi dilakukan per hari melainkan per minggu. Kemudian konsentrasi ammonia meningkat kembali dari hari ke 35 hingga hari ke 46. Peningkatan konsentrasi ini terjadi akibat sudah mulai terjadi proses dekomposisi material organik yang mengandung protein. Protein dikonversikan ke dalam bentuk asam amino dalam proses hidrolisis lalu asam amino dikonversikan kembali menjadi ammonia. Kemudian mulai dari hari ke-45 hingga seterusnya konsentrasi ammonia cenderung terus menurun. Penurunan ini menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia di dalam sampah sudah mulai menipis dan hanya tinggal sedikit yang tersisa. Hal ini dibuktikan dengan pengecekan kadar total nitrogen sampah pada hari ke 95 di mana diketahui hanya 1,70 % pada lysimeter A dan hanya 1,60 % pada lysimeter B, mengalami penurunan dibandingkan ketika pengecekan saat awal yaitu 2,00%. Berdasarkan hasil analisis laboratorium yang dilakukan, diketahui bahwa konsentrasi ammonia pada lysimeter A hampir selalu lebih tinggi dibandingkan pada lysimeter B. Hal ini dikarenakan pada lysimeter A ammonia yang seharusnya dikeluarkan oleh sistem dimasukkan kembali dalam bentuk resirkulasi lindi sehingga menyebabkan ammonia semakin terakumulasi di dalam sistem. Mekanisme penghilangan ammonia juga akan terganggu akibat kondisi lysimeter yang cenderung anaerobik. Selanjutnya untuk konsentrasi nitrit terlihat tidak terlalu banyak perbedaan antara lysimeter A dan lysimeter B. Adanya konsentrasi nitrit menunjukkan terjadinya proses nitrifikasi di dalam lysimeter. Reaksi nitrifikasi dipicu oleh masuknya oksigen akibat proses resirkulasi lindi maupun pemberian air. Selain itu kemungkinan masuknya oksigen dari beberapa bagian pada tangki yang tidak tertutup rapat pun mampu mendorong terjadinya nitrifikasi. Sejak awal pengoperasian, konsentrasi nitrit terus meningkat hingga hari ke-49. Terus meningkatnya konsentrasi nitrit ini sejalan dengan penurunan konsentrasi ammonia karena telah berubah menjadi nitrit melalui proses nitrifikasi. Setelah mencapai titik tertinggi, konsentrasi nitrit cenderung terus menurun hingga akhir masa penelitian. Selain konsentrasi ammonia dan nitrit, konsentrasi nitrat juga diperiksa untuk melihat keterkaitannya sebagai salah satu komponen penting dalam reaksi nitrifikasi. Sejak hari pertama pengoperasian lysimeter, konsentrasi nitrat terus menurun hingga hari ke-11. Selanjutnya konsentrasi nitrat pada lysimeter cenderung bersifat fluktuatif. Penurunan paling mencolok terlihat pada hari pengamatan ke-55 di mana konsentrasi nitrat pada kedua lysimeter tidak terbaca pada spektrofotometer. Hal ini dapat disebabkan karena konsentrasi nitrat yang sangat kecil.

11 Analisis Hubungan Temperatur Sampah dengan Pembentukan Ammonia, Nitrit, dan Nitrat pada Lindi Parameter lain yang diperiksa dalam penelitian ini diantaranya adalah temperatur sampah. Parameter ini tergolong penting karena dapat menjadi indikator pertumbuhan bakteri dan juga keberlangsungan reaksi kimia dalam sampah. Berikut di bawah ini merupakan grafik yang menghubungkan temperatur sampah serta konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada lysimeter A dan B. Gambar 7. Temperatur dan konsentrasi ammonia, nitrit, nitrat lysimeter A Gambar 8. Temperatur dan konsentrasi ammonia, nitrit, nitrat lysimeter B

12 Berdasarkan Gambar 7 dan 8 tersebut di atas terlihat bahwa nilai temperatur sampah cukup fluktuatif, yaitu berada pada rentang o C untuk lysimeter A dan berada pada rentang o C untuk lysimeter B. Rentang temperatur tersebut sebagian masih berada pada kondisi normal untuk bakteri mesophilic di mana dekomposisi sampah umumnya terjadi pada temperatur o C mengacu pada Tchobanoglous (1993). Pelepasan ammonia dipengaruhi oleh temperatur pada lysimeter. Berdasarkan Gambar 7 dan 8 terlihat bahwa pelepasan ammonia tertinggi terjadi pada temperatur 30 o C. Hal ini sesuai dengan yang ditemukan oleh Lubberding et al. (2012) di mana hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia pada lindi meningkat perlahan dan sangat dipengaruhi oleh temperatur. Penelitian yang menggunakan bioreaktor landfill tersebut juga menunjukkan bahwa konsentrasi ammonia tertinggi diketahui terjadi pada temperatur 30 o C. Temperatur optimum untuk pertumbuhan bakteri nitrifikasi sendiri adalah pada o C. Analisis Hubungan ph Lindi dengan Pembentukan Ammonia, Nitrit, dan Nitrat pada Lindi Selain konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada lindi serta temperatur sampah, parameter lain yang diperiksa diantaranya adalah ph lindi. Nilai ph lindi diketahui memiliki kaitan yang cukup erat dengan konsentrasi material yang terlarut di dalamnya. ph lindi juga dapat memberikan gambaran mengenai fase-fase yang sedang berlangsung di dalam lysimeter. Berikut di bawah ini merupakan grafik yang menghubungkan ph lindi serta konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat pada lysimeter A dan B. Gambar 9. ph lindi dan konsentrasi ammonia, nitrit, nitrat lysimeter A

13 Gambar 10. ph lindi dan konsentrasi ammonia, nitrit, nitrat lysimeter B Pada 35 hari pertama pengamatan, terlihat bahwa ph lindi cenderung asam pada kedua lysimeter. Hal ini disebabkan karena mulai terbentuknya asam organik dan meningkatnya karbon dioksida pada sampah. Pembentukan dan akumulasi asam organik ini juga mengakibatkan jumlah metana yang dihasilkan cenderung sedikit karena lysimeter lebih didominasi oleh bakteri asidogenik, bukan bakteri metanogenik. Memasuki pengamatan di hari ke-36, nilai ph cenderung terus meningkat. Peningkatan nilai ph terjadi karena populasi bakteri metanogenik yang berperan dalam mengkonversi asam organik menjadi metana sudah mulai mendominasi. Dengan kondisi tersebut jumlah metana yang dihasilkan pun akan meningkat. Konversi senyawa asam juga bersamaan dengan terlarutnya garam-garam anorganik pada sampah seperti karbonat dan fosfat sehingga menyebabkan meningkatnya konduktivitas, seperti yang telah dikemukakan oleh Valencia et al. (2011). Berdasarkan grafik di atas, terlihat bahwa nilai ph lindi dengan resirkulasi secara umum lebih rendah dibandingkan dengan ph lindi tanpa resirkulasi. Resirkulasi lindi pada lysimeter A menyebabkan dimasukannya kembali senyawa-senyawa asam terlarut ke dalam sistem sehingga membuat lysimeter menjadi bersifat lebih asam, seperti yang telah dikemukakan oleh Sanphoti et al. (2006). Sedangkan pada lysimeter B, pemberian air mampu membantu menetralkan ph di dalam sistem sehingga lindi yang keluar pun memiliki nilai ph yang lebih tinggi dibandingkan hasil lindi dari lysimeter A. Nitrifikasi umumnya terjadi secara optimal pada ph ± 7,5-8, sesuai dengan yang dikemukakan oleh Lubberding et al.(2012). Peningkatan konsentrasi ammonia di 15 hari pertama merupakan efek dari mekanisme fisis yang terjadi akibat resirkulasi yaitu terlarutnya

14 material yang mengandung ammonia pada lindi. Sedangkan peningkatan konsentrasi ammonia selanjutnya merupakan akibat dari proses dekomposisi material organik yang mengandung protein. Mengacu pada grafik ph lindi yang dihasilkan, dapat diidentifikasi fase-fase dekomposisi yang terjadi pada lysimeter. Menurut Kayhanian et al. dalam Bagchi (1994), proses dekomposisi sampah secara anaerobik terbagi menjadi tiga tahap, yaitu hidrolisis, asidogenesis, serta metanogenesis. Fase hidrolisis dan asidogenesis tidak dapat dibedakan jika hanya dilihat dari nilai ph lindi dari lysimeter karena pada kedua fase tersebut nilai ph samasama cenderung menurun, oleh sebab itu digunakan data konsentrasi COD dan BOD untuk membantu mengidentifikasi perubahan dari fase hidrolisis menjadi fase asidogenesis. Identifikasian ketiga fase di atas disajikan dalam grafik berikut. Gambar 11. Identifikasi fase hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis lysimeter A

15 Gambar 12. Identifikasi fase hidrolisis, asidogenesis dan metanogenesis lysimeter B Berdasarkan dua grafik tersebut di atas, terlihat bahwa peralihan dari fase hidrolisis menjadi fase asidogenesis terjadi pada saat yang hampir bersamaan pada lysimeter A dan lysimeter B. Pada lysimeter A perubahan terjadi di hari ke-8, sedangkan pada lysimeter B terjadi di hari ke-11. Fase hidrolisis merupakan fase terjadinya perubahan senyawa dengan berat molekul tinggi menjadi senyawa yang tepat untuk digunakan sebagai sumber energi bagi mikroorganisme. Pada fase ini, senyawa-senyawa lemak, polisakarida, dan protein diuraikan menjadi asam lemak, monosakarida, dan asam amino. Pada lysimeter A, perubahan fase terjadi lebih cepat dibandingkan lysimeter B, hal ini dapat disebabkan karena pada hari ke-8 tersebut dilakukan proses resirkulasi lindi di mana mikroorganisme kembali dimasukkan ke dalam sistem sehingga mampu mempercepat proses stabilisasi sampah. Selanjutnya fase hidrolisis akan diteruskan dengan fase asidogenesis di mana terjadi konversi dari senyawa yang dihasilkan pada proses hidrolisis menjadi senyawa dengan berat molekul yang lebih kecil. Pada fase ini material terlarut akan dioksidasi menjadi asam organik dengan berat molekul rendah. Terjadinya fase hidrolisis dan asidogenesis ditandai dengan penurunan nilai ph serta peningkatan nilai BOD dan COD. Kadar ammonia, nitrit, dan nitrat pun cenderung meningkat selama fase hidrolisis dan asidogenesis sebagai akibat dari konversi asam amino hasil proses hidrolisis protein. Peralihan dari fase asidogenesis menjadi fase metanogenesis pada kedua lysimeter pun terjadi pada waktu yang tidak terpaut jauh. Pada lysimeter A peralihan terjadi di hari ke-46, sedangkan pada lysimeter B terjadi pada hari ke-49. Fase metanogenesis merupakan proses konversi dari senyawa yang dihasilkan pada proses asidogenesis menjadi hasil akhir yang

16 lebih sederhana, umumnya berupa metana dan karbon dioksida. Fase ini ditandai dengan peningkatan nilai ph serta penurunan nilai BOD dan COD. Kadar ammonia, nitrit, dan nitrat pada fase ini pun cenderung sudah menurun. Berdasarkan uraian di atas, maka dapat ditarik kesimpulan bahwa lysimeter A secara umum mengalami proses stabilisasi sampah yang lebih cepat dibandingkan dengan lysimeter B meskipun perbedaan waktunya tidak terlalu jauh. Pada dasarnya, durasi setiap fase tersebut di atas bergantung pada komposisi material organik pada sampah, ketersediaan nutrien, kadar air sampah, serta tingkat pemadatan. Keseimbangan Massa Nitrogen Pengukuran dilakukan terhadap total nitrogen pada sampah. Total nitogen merupakan penjumlahan dari Total Kjehldahl Nitogen (TKN) dengan nitrit dan nitrat. Sedangkan TKN sendiri merupakan penjumlahan dari ammonia nitrogen dan nitrogen organik. Gambar 13. Keseimbangan massa nitrogen lysimeter A Gambar 14. Keseimbangan massa nitrogen lysimeter B Berdasarkan hasil perhitungan di atas, terlihat bahwa hanya sebagian kecil nitrogen yang keluar dari lysimeter akibat proses dekomposisi sampah. Nitrogen dari sampah lysimeter dilepaskan baik dalam bentuk lindi maupun sebagai gas N 2. Sedangkan sebagian besar senyawa nitrogen lainnya akan tetap tertinggal di dalam sampah. Dari hasil tersebut juga dapat disimpulkan bahwa pada lysimeter A residu nitrogen dalam sampah di akhir masa penelitian memiliki nilai yang lebih besar dibandingkan dengan lysimeter B. Pada lysimeter A terdapat 85,05% residu nitrogen sedangkan pada lysimeter B terdapat 79,87% residu nitrogen

17 dibandingkan dengan jumlah nitrogen saat awal penelitian. Begitu pula dengan kandungan nitrogen pada lindi di mana lindi dari lysimeter A mengandung lebih banyak nitrogen dibandingkan dengan lindi dari lysimeter B. Lindi dari lysimeter A diketahui mengandung 0,026% nitrogen, sedangkan lindi dari lysimeter B mengandung 0,021% nitrogen. Masih banyaknya konsentrasi nitrogen yang tertinggal di landfill ini sesuai dengan yang telah dikemukakan oleh Huber et al. dalam Vazquez (2008) di mana pada sebuah landfill di Austria, ditemukan bahwa hanya 4% nitrogen yang keluar dari sampah landfill, sedangkan 96%-nya tetap tertinggal di dalam landfill. Mekanisme Penghilangan Nitrogen pada Air Lindi Pengelolaan nitrogen merupakan salah satu aspek penting dalam manajemen landfill karena menentukan kapan waktu yang tepat untuk mengakhiri pemantauan pasca penutupan landfill, seperti yang telah dikemukakan oleh Price et al. dalam Qi et al. (2008). Pada umumnya, pengolahan senyawa nitrogen yang banyak dilakukan adalah dengan cara nitrifikasi dan denitrifikasi. Kedua proses tersebut dapat dilakukan baik secara in situ maupun ex situ. Nitrifikasi merupakan proses yang biasanya dilakukan untuk menghilangkan ammonia pada air lindi dengan oksidasi biologis. Sedangkan denitrifikasi merupakan proses mengkonversi nitrat menjadi gas nitrogen, dengan nitrit, nitric oxide (NO), dan nitrous oxide (N 2 O) sebagai perantaranya. Salah satu mekanisme penghilangan nitrogen pada lindi yang direkomendasikan adalah dengan metode nitrifikasi ex situ dan denitrifikasi in situ. Untuk menerapkan metode tersebut, sebaiknya dilakukan terlebih dahulu pembenahan pada sistem penumpukan sampah pada sel landfill di mana sampah yang sudah terdekomposisi diletakkan di bagian bawah sampah yang masih baru. Sampah yang telah terdekomposisi tersebut berperan sebagai area metanogenesis yang mampu mereduksi konsentrasi organik pada lindi sehingga nilainya menjadi lebih rendah, seperti yang telah dikemukakan oleh He et al. (2006). Selanjutnya lindi akan dimasukkan dalam suatu reaktor nitrifikasi untuk mengurangi konsentrasi nitrogen yang terkandung di dalamnya. Mengingat proses nitrifikasi dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti ketersediaan ammonia, ketersediaan oksigen, ph, kadar air, serta suhu, maka dapat dilakukan beberapa penyesuaian dengan mengikuti karakteristik lindi yang terus berubah seiring dengan umur sampah di landfill. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan oleh Ganigue et al. dalam Qi et al. (2008), efisiensi penghilangan ammonia diketahui sangat tinggi dengan menggunakan metode nitrifikasi ex situ. Untuk denitrifikasi in situ, He et al. (2006) menyimpulkan bahwa metode tersebut memiliki lebih banyak keuntungan dibandingkan dengan denitrifikasi ex situ apabila dilihat

18 dari dari segi ekonomi dan lingkungan. Pengolahan secara in situ dapat mengurangi kebutuhan biaya untuk pengolahan lindi serta menjadikan landfill sebagai suatu sistem yang berkelanjutan. Denitirifikasi secara in situ pun berlangsung dalam waktu yang relatif cepat. Denitrifikasi in situ pada lindi yang diresirkulasi diketahui berpotensi menghilangkan kandungan organik. Material organik akan dioksidasi menjadi CO 2 melalui denitrifikasi, sehingga produk yang dihasilkan tidak lagi berupa CH 4. Namun, yang harus diperhatikan dalam pengolahan denitrifikasi in situ adalah emisi gas rumah kaca berupa N 2 O yang dihasilkan. KESIMPULAN 1. Konsentrasi ammonia dan nitrat pada lysimeter dengan resirkulasi (lysimeter A) cenderung lebih tinggi dibandingkan pada lysimeter tanpa resirkulasi (lysimeter B). Sedangkan untuk konsentrasi nitrit, pada kedua lysimeter tidak menunjukkan perbedaan yang berarti. Konsentrasi ammonia tertinggi diketahui terjadi pada hari ke-14 di mana pada lysimeter A mencapai 1930 mg/l dan pada lysimeter B mencapai 995 mg/l. Trend konsentrasi ammonia pada kedua lysimeter adalah meningkat pada 14 hari pertama, menurun pada hari ke-14 hingga hari ke-30, kemudian meningkat kembali hingga hari ke-46, dan terus menurun hingga akhir masa penelitian. Untuk konsentrasi nitrit, nilai tertinggi pada lysimeter A adalah 15,6 mg/l dan pada lysimeter B mencapai 17 mg/l. Tren konsentrasi nitrit pada kedua lysimeter adalah meningkat hingga hari ke-50 pengamatan dan selanjutnya terus menurun hingga hari ke-100. Untuk trend konsentrasi nitrat, diketahui memiliki pola yang hampir mirip dengan konsentrasi ammonia, di manakonsentrasi tertinggi pada lysimeter A terjadi pada hari ke-14 dan hari ke-46 yaitu mencapai 8 mg/l. Sedangkan pada lysimeter B terjadi pada hari ke-71 dengan konsentrasi 5,5 mg/l 2. Senyawa ammonia, nitrit, dan nitrat pada kedua lysimeter sudah terbentuk sejak awal penelitian meskipun pada awalnya memiliki nilai yang relatif rendah. Seiring dengan berjalannya waktu penelitian, konsentrasi ketiganya mengalami peningkatan hingga akhirnya mengalami penurunan pada 50 hari terakhir penelitian. Terkait dengan temperatur sampah, diketahui bahwa pelepasan ammonia tertinggi terjadi pada temperatur 30 o C. Sedangkan terkait dengan ph lindi, konsentrasi ammonia meningkat pada rentang nilai ph 7,5-8.

19 SARAN 1. Dalam pembuatan lysimeter yang digunakan untuk membandingkan dua kondisi berbeda, jumlah, tingkat pemadatan, dan densitas sampah diusahakan harus mendekati nilai yang sama untuk kedua lysimeter, sehingga tidak menimbulkan banyak variabel-variabel lain yang berbeda dan tidak menyulitkan ketika harus membandingkan lysimeter satu dengan lainnya 2. Lysimeter harus dijaga dalam kondisi anaerobik untuk menyesuaikan dengan sistem sanitary landfill yang disimulasikan 3. Melakukan pengecekan karakteristik awal sampah yang meliputi karakteristik fisik dan kimiawi secara keseluruhan untuk memudahkan dalam proses analisis dengan menyesuaikan dengan data eksisting yang dimiliki 4. Untuk penelitian selanjutnya, dapat dilakukan pengecekan terhadap gas nitrogen yang terbentuk, mengingat nitrogen selain terkonversi menjadi lindi juga terkonversi menjadi gas selama proses dekomposisi sampah berlangsung. 5. Membuat rekomendasi berupa desain sistem pengolahan lindi yang dapat digunakan untuk menurunkan konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat agar memenuhi baku mutu lingkungan (untuk TPA Cipayung berdasarkan SK Gubernur Jawa Barat No.6 Tahun 1999 mengenai Baku Mutu Limbah Cair bagi Kegiatan Industri di Jawa Barat). Desain sistem pengolahan lindi yang diajukan pun harus disesuaikan dengan konsentrasi ammonia, nitrit, dan nitrat yang terus berubah seiring dengan umur sampah di landfill KEPUSTAKAAN Bagchi, A. (1994). Design, Construction, and Monitoring of Landfills. Amerika Serikat: Wiley Interscience Clabaugh, M.M. (2001). Nitrification of Landfill Leachate by Biofilm Columns.Tesis, Faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University Erses, A.S., Onay, T.T., & Yenigun, O. (2008). Comparison of Aerobic and Anaerobic Degradation of Municipal Solid Waste in Bioreactor Landfills. Bioresource Technology, 99, He, P.J., Shao, L.M., Guo, H.D., Li, G.J., & Lee, D.J. (2006). Nitrogen Removal from Recycled Landfill Leachate by Ex Situ Nitrification and In Situ Denitrification. Waste Management

20 Lubberding, H.J., Valencia, R., Salazar, R.S., & Lens, P.N.L. (2012). Release and Conversion of Ammonia in Bioreactor Landfill Simulators. Journal of Environmental Management Parkes, S.D., Jolley, D.F., Wilson, S.R. (2006). Inorganic Nitrogen Transformations in The Treatment of Landfill Leachate with a High Ammonium Load: A Case Study. Environ. Monit. Asses Peggs, I.D. (2009). Geomembrane Liner Action Leakage Rates:What is Practical and What is Not?Land and Water, Qi Z., Daping L., Yong T., Xiaomei W., Xiaohong H., Jie Z., Jinliang Z., Weiqiang G., Lan W. (2008). Nitrogen Removal from Landfill Leachate Via Ex Situ Nitrification and Sequential In Situ Denitrification. Journal of Waste Management, 29, Reinhart, D.R. (2005). Long-Term Treatment and Disposal of Landfill Leachate- Year 1. Florida: College of Engineering and Computer Science, University of Central Florida Sanphoti, N., Towprayoon, S., Chaiprasert, P., & Nopharatana, A. (2006). The Effects of Leachate Recirculation with Supplemental Water Addition on Methane Production and Waste Decomposition in A Simulated Tropical Landfill. Journal of Environmental Management, 81, Tchobanoglous, G., Theisen, H., & Vigil, S. (1993). Integrated Solid Waste Management Engineering Principles and Management Issues. Amerika Serikat: McGraw-Hill Valencia, R., Zon, W.V.D., Woelders, H., Lubberding, H.J., & Gizen, H.J. (2011). Annamox: An Option for Ammonium Removal in Bioreactor Landfills. Waste Management, 31, Vazquez, R.V. (2008). Enhanced Stabilisation of Municipal Solid Waste in Bioreactor Landfills. Belanda: CRC Press/Balkema