Tumbuhan air telah banyak digunakan sebagai agen dalam pengolahan air limbah. Keterlibatan tumbuhan dalam pengolahan air limbah tidak lepas dari pemanfaatan lahan basah. Sebagai salah satu teknologi hijau dalam instalasi pengolahan air limbah, lahan basah menunjukkan kinerja yang luar biasa, terutama dalam menghilangkan nutrisi dari air limbah sebelum pembuangan akhir. Penggunaan tanaman menghasilkan biomassa sebagai produk sampingan pengolahan. Biomassa tanaman yang dihasilkan dapat dimanfaatkan atau diubah menjadi beberapa produk berharga untuk mencapai ekonomi sirkular dalam pengolahan air limbah, namun informasi terkait masih sangat terbatas.
Ekonomi sirkular didefinisikan sebagai model ekonomi berkelanjutan yang bertujuan untuk memanfaatkan sumber daya secara bijaksana dan efektif dengan meminimalkan limbah, emisi, dan kebocoran energi, mengurangi sumber primer, dan menghindari penipisan sumber daya dan dampak merugikan terhadap lingkungan untuk manfaat sosial ekonomi. Kerangka ekonomi sirkular didasarkan pada 10 strategi yang mempromosikan aktivitas pemulihan, daur ulang, penggunaan kembali, pembuatan ulang, perbaikan, perbaikan, penggunaan kembali, pengurangan, pemikiran ulang, dan penolakan di sepanjang manajemen rantai pasokan, yang pada akhirnya bertujuan untuk memaksimalkan layanan material per input sumber daya sambil menurunkan dampak lingkungan dan memaksimalkan penggunaan sumber daya. Limbah yang dihasilkan dari tahap manufaktur harus terlebih dahulu dipertimbangkan untuk digunakan kembali atau didaur ulang. Limbah padat seperti kayu dan tandan kosong dapat digunakan untuk menghasilkan panas untuk utilitas atau listrik. Semi-padat atau biosolid dapat dimanfaatkan untuk pembangkitan biogas atau diubah menjadi kompos atau pupuk. Selanjutnya, air limbah dapat dimurnikan untuk pengolahan lebih lanjut. Dalam pengolahan air limbah, ekonomi sirkular atau solusi sirkular sangatlah dapat diadopsi. Misalnya, limbah minyak nabati yang dikumpulkan secara terpisah dari rumah sebagai sumber bahan bakar untuk menghasilkan energi bagi instalasi pengolahan air limbah dan lumpur. Tergantung pada jenis pengolahan dan limbah (beracun atau tidak beracun), peluang untuk memulihkan atau mengklaim kembali lumpur yang dihasilkan dan agen pengolahan untuk diubah sebagai sumber daya baru untuk proses lain ketika limbah tidak beracun, terutama dari pertanian, akuakultur, dan industri makanan. Selain itu, pengolahannya juga melalui pendekatan biologis yang ramah lingkungan, seperti lahan basah buatan (constructed wetland/CW).
Kontaminan dalam air limbah menimbulkan ancaman bagi manusia dan lingkungan dalam hal keberadaan mikroorganisme pembawa penyakit dan zat berbahaya, serta kemungkinan terjadinya eutrofikasi karena kandungan nutrisi yang berlebihan. Dengan nilai nutrisi dalam air limbah, persepsi konservatif lama tentang air limbah telah bergeser dari pengolahan “end of pipe” ke konversinya sebagai sumber daya berharga menuju upaya ekonomi sirkular meskipun penghilangan polutan hanya cenderung untuk mematuhi peraturan lingkungan yang ketat. Air limbah biasanya mengandung nutrisi dalam konsentrasi tinggi yang dapat dimanfaatkan kembali dan diubah menjadi pupuk, bahan baku digester, dan makanan ternak, terutama di bidang pertanian, akuakultur, dan industri makanan. Dengan demikian, bagian berikut berfokus pada pengolahan air limbah dengan CWs. Untuk limbah tidak beracun yang mengandung nutrisi tinggi, CWs adalah pilihan yang sangat baik karena pertumbuhan tanaman ditingkatkan karena kandungan nutrisi tinggi yang tersedia secara bebas. Tumbuhan air yang digunakan sebagai agen pengolahan dapat diubah menjadi sumber daya potensial lainnya, seperti pakan ternak, biochar, dan biofuel.
Air limbah industri tidak beracun seperti industri makanan, sektor pertanian, dan kegiatan domestik dikategorikan dalam air limbah kaya nutrisi yang dapat berfungsi sebagai sumber daya yang dapat direcovery. Kelebihan nutrisi dalam air limbah biasanya terdiri dari nitrogen (bentuk organik dan amonia) dan fosfor (bentuk ion fosfat), yang dikenal sebagai nutrisi penting bagi tanaman untuk meningkatkan pertumbuhannya. Nitrogen dan fosfor dalam air limbah juga diketahui mampu memenuhi sekitar 15% -20% dari kebutuhan fosfor dunia melalui pemulihan air limbah kota. Pemulihan nitrogen dianggap sebagai pendekatan hemat energi untuk digunakan dalam produksi pupuk. Alih-alih mengubah gas dinitrogen menjadi nitrogen, nitrogen yang sudah ada dapat langsung digunakan dalam proses produksi pupuk, sehingga mengurangi biaya energi dan bahan baku. Limbah domestic dianggap air limbah yang kaya nutrisi, di mana sekitar 50% -80% fosfor dan 75% kandungan nitrogen dalam air limbah domestik disumbangkan oleh urin manusia. Air limbah ini juga terdiri dari beberapa mikronutrien berikut yang dibutuhkan dalam jumlah terbatas untuk pertumbuhan tanaman: besi (Fe) untuk berbagai reaksi enzimatik, mangan (Mn) untuk berbagai aktivitas biologis tanaman, boron (B) untuk pembentukan sel, seng (Zn) untuk produksi klorofil, dan nikel (Ni) untuk metabolisme nitrogen.
CW adalah sistem pengolahan air limbah yang memanfaatkan proses alami yang melibatkan tanaman, mikroorganisme, dan media untuk menghilangkan polutan. CW telah digunakan sebagai metode pengolahan air limbah sebelum dibuang ke badan air untuk mengurangi beban polutan, seperti nutrisi dan limbah organik dan anorganik. CW dapat memberikan alternatif untuk teknologi pengolahan air limbah konvensional yang cenderung tidak ekonomis dan menghasilkan produk sampingan yang beracun. Makrofita adalah tumbuhan air yang diklasifikasikan berdasarkan bagaimana mereka tumbuh di lingkungan akuatik. Umumnya, tumbuhan air ini terdiri dari tiga jenis: Tumbuhan air yang muncul, mengambang, dan terendam. Tumbuhan air yang muncul, seperti Typha, Scirpus, Eleocharis, Zizania, dan Phragmites, adalah tumbuhan yang akarnya terendam air sementara beberapa bagian berada di atas permukaan air. Tumbuhan air terendam, seperti Ceratophyllum, Myriophyllum, Hydrilla, dan Egeria, terendam seluruhnya dalam air. Tumbuhan air terapung, seperti Eichhornia, Lemna, Azolla, dan Spirodela, adalah jenis yang seluruh bagian tumbuhannya berada di atas permukaan air kecuali akarnya. Beberapa spesies tanaman yang muncul, seperti P. australis, memiliki efisiensi tinggi (94,5%) dalam menghilangkan makronutrien dari limbah. Carex virgata menunjukkan penghilangan fosfor hingga 100% dari konsentrasi awal 100 g/L dengan nilai serapan 0,26% dari berat kering. Tanaman Rotala rotundifolia yang terendam dapat menyerap hingga 24 mg nitrogen/g berat kering tanaman, dan nilai ini memiliki potensi yang tinggi untuk dimanfaatkan lebih lanjut. Spesies terapung dari Ludwigia adscendens dan spesies terapung Trapa natans yang tenggelam dapat menghilangkan unsur hara makro dengan nilai penyisihan hingga 99%. Tumbuhan jenis ini juga memiliki nilai serapan nitrogen >15 mg/g. Kemampuan serapan hara tanaman membuka peluang baru untuk pemulihan senyawa berharga ini setelah pengolahan dengan tumbuhan air menggunakan lahan basah. Pemulihan nutrisi atau pemanfaatan biomassa yang dihasilkan setelah pengolahan dapat mengarah pada skema produksi yang lebih bersih di instalasi pengolahan air limbah.
Kinerja CW dalam mengolah air limbah kaya organik tidak dapat disangkal adalah sangat baik. Namun, penanganan biomassa tanaman yang dihasilkan telah muncul sebagai isu yang relevan dalam pengolahan air limbah menggunakan CW. Secara khusus, sebagian besar biomassa tanaman yang dihasilkan di CW dibuang ke TPA meskipun biomassa tanaman dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan beberapa produk berharga, seperti pakan ternak, biodiesel, adsorben, dan pupuk. Biomassa tanaman dari CW dapat langsung digunakan sebagai pakan ternak. Selanjutnya, dua teknologi yang berbeda, yaitu, proses termokimia, dan biokimia, umumnya diterapkan untuk memproses biomassa tanaman. Proses termokimia melibatkan pembakaran, pirolisis, gasifikasi, dan aktivasi, sedangkan metode biokimia meliputi hidrolisis dan ekstraksi. Produk akhir dari konversi biomassa tanaman bervariasi tergantung pada karakteristik tanaman, teknologi yang digunakan, dan tujuan atau target penggunaan produk.
Penulis: Muhammad Fauzul Imron, S.T., M.T.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969721032903
