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 (first-order plug-flow): BOD diperkirakan turun secara eksponensial sepanjang aliran. Di aplikasi langkah ini diberi label "model orde-satu aliran sumbat"; label lama "persamaan Kickuth" sudah diganti dengan nama modelnya yang lebih tepat, karena yang dipakai adalah bentuk umum model orde-satu dengan tetapan laju kT per volume pori (d x n), bukan tetapan khas 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).

Mutu keluar diperkirakan dari luas terpasang

Sasaran Ce hanya dipakai untuk menghitung luas yang diminta rumus (1). Sesudah luas rancangan dan ukuran sel dibulatkan, aplikasi menghitung ulang mutu keluar dari luas yang benar-benar terpasang, bukan menganggapnya sama dengan sasaran:

Ce_nyata = C0 x exp(- kT x d x n x A_terpasang / Q)
Ce       = maks(Ce_nyata ; 0,15 x C0)       (penyisihan BOD dibatasi 85 persen)

Bila luas terpasang jauh melampaui kebutuhan model (karena beban hidrolis atau beban BOD yang menentukan), BOD keluar lebih rendah dari sasaran, tetapi tidak lebih rendah dari 15 persen BOD masuk. Penyisihan parameter lain adalah angka tetap (asumsi): TSS 80 persen, amoniak (NH3-N) 50 persen, minyak dan lemak 50 persen, dan fecal coliform 1,5 log. Karena penyisihan amoniak tetap 50 persen, memperluas lahan tidak membuat amoniak turun lebih jauh; lihat amoniak dan nitrifikasi.

Referensi kinetika orde-satu yang dipakai: Kadlec dan Wallace (2009) serta Reed dkk. (1995). Nilai k20 = 1,104 /hari dan faktor suhu 1,06 adalah asumsi perancangan yang perlu dikalibrasi dengan data lokal.

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.

Mutu keluar diperkirakan dari luas terpasang 3.001,6 m2: Ce_nyata = 71,7 x exp(-1,660 x 0,60 x 0,38 x 3.001,6 / 150,0) = 0,04 mg/L secara hitungan, dibatasi penyisihan 85 persen sehingga BOD keluar = 0,15 x 71,7 = 10,8 mg/L (bukan 21 mg/L sasaran). Hasil lainnya:

Luas lahan yang perlu disiapkan 3.752 m2, hampir lima kali lahan tersedia 42 m x 18 m (756 m2). Seluruh rangkaian R5 memerlukan 4.346,1 m2 lahan, panjang unit terpanjang 67,3 m melampaui panjang tapak (39 m), dan sisa tinggi tekan di atas muka air badan penerima hanya -0,26 m. Unitnya memenuhi semua kriteria unit, tetapi R5 gagal amoniak (20,0 mg/L terhadap baku 10 mg/L) dan tidak muat di tapak Griya Asri. Luas lahan basah tidak menyelesaikan amoniak karena model hanya memberi penyisihan 50 persen berapa pun luasnya. Itu bukan kegagalan aplikasi, melainkan pelajaran: lahan basah aliran horizontal cocok untuk BOD dan TSS, bukan untuk nitrifikasi. Lihat kebutuhan lahan.

Latihan

Soal 1 (mudah). Hitung tetapan laju kT pada suhu air 30 derajat C bila k20 = 1,104 /hari.

Jawaban: kT = 1,104 x 1,06^(30 - 20) = 1,104 x 1,7908 = 1,977 /hari.

Soal 2 (sedang). Debit 100 m3/hari, BOD masuk 60 mg/L, sasaran keluar 20 mg/L, suhu 27 derajat C, tinggi media 0,60 m, porositas 0,38, batas beban BOD 12 g/m2/hari, batas beban hidrolis 5 cm/hari. Tentukan luas dari tiga syarat dan kriteria penentunya.

Jawaban: kT = 1,660 /hari. A_1 = 100 x ln(60/20) / (1,660 x 0,60 x 0,38) = 290,3 m2. Beban BOD = 60 x 100 / 1000 = 6,0 kg/hari, A_2 = 6.000 / 12 = 500 m2. A_3 = 100 / 0,05 = 2.000 m2. Penentu beban hidrolis permukaan, 2.000 m2 (1.000 m2 per sel bila 2 sel).

Soal 3 (menantang). Pada soal 2, lahan basah dibuat seluas 1.000 m2 (misalnya hanya lahan itu yang tersedia). Perkirakan BOD keluar dan amoniak keluar (amoniak masuk 40 mg/L). Apakah ada risiko kegagalan?

Jawaban: Eksponen = 1,660 x 0,60 x 0,38 x 1.000 / 100 = 3,785; Ce_nyata = 60 x exp(-3,785) = 1,4 mg/L, dibatasi 85 persen penyisihan, sehingga BOD keluar = 0,15 x 60 = 9,0 mg/L. Amoniak = 40 x (1 - 0,50) = 20 mg/L, di atas baku 10 mg/L. Selain itu beban hidrolis = 100 / 1.000 x 100 = 10 cm/hari, melampaui batas 5 cm/hari, sehingga status PERIKSA dan risiko penyumbatan atau limpasan permukaan nyata.

Hubungan dengan baku mutu 11/2025

Lahan basah membantu menurunkan BOD, TSS, dan sebagian minyak-lemak hingga mendekati baku tingkat lebih dari 50 m3/hari menurut Permen LH/BPLH 11/2025 (BOD 30, TSS 30, minyak-lemak 5 mg/L); lihat halaman baku mutu. Penyisihan amoniaknya di aplikasi hanya 50 persen, sehingga ia tidak cukup untuk baku amoniak 10 mg/L bila amoniak masuk 40 mg/L; rangkaian yang memakai lahan basah perlu unit nitrifikasi aerob di hulunya. Fecal coliform turun 1,5 log, tidak cukup berdiri sendiri, jadi desinfeksi tetap diperlukan. Penyisihan ini adalah asumsi perancangan, bukan syarat peraturan; peraturan hanya menetapkan baku mutu di titik penaatan.

Rujukan

• Buku 3, Bab 8 (seri Menggambar Teknik untuk Teknik Lingkungan).
• Kadlec, R.H. & Wallace, S.D. (2009). Treatment Wetlands.
• Reed, S.C., Crites, R.W. & Middlebrooks, E.J. (1995). Natural Systems for Waste Management and Treatment.
• Sasse, L. (1998). DEWATS: Decentralised Wastewater Treatment in Developing Countries.

Foto dan gambar dari sumber terbuka

Foto dan gambar dari sumber terbuka

Foto dari sumber terbuka; hak cipta tetap pada pembuatnya sesuai lisensi.