Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

TEORI SUB-SURFACE FLOW SYSTEM (SFS) WETLANDS Disbatraksikan oleh Smno.jursntnhfpub.2014.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "TEORI SUB-SURFACE FLOW SYSTEM (SFS) WETLANDS Disbatraksikan oleh Smno.jursntnhfpub.2014."— Transcript presentasi:

1 TEORI SUB-SURFACE FLOW SYSTEM (SFS) WETLANDS Disbatraksikan oleh Smno.jursntnhfpub.2014

2 Sistem Lahan Basah Buatan (LBB) Sistem lahan basah biasanya digambarkan dalam bentuk posisi permukaan air dan / atau jenis vegetasi yang ditanam. Sebagian besar lahan basah alami adalah sistem air permukaan bebas dimana permukaan air terkena atmosfer; sistem lahan basah ini termasuk bogs (vegetasi primernya lumut), rawa-swamp (vegetasi primernya pohon), dan rawa-rawa marsh (vegetasi primernya rumput dan tumbuhan apungan). Sebuah LBB dengan aliran bawah permukaan (ABP) dirancang khusus untuk pengolahan atau pembersihan beberapa jenis air limbah dan biasanya dibangun sebagai bedengan atau saluran yang berisi media tanam yang tepat. Batu kasar, kerikil, pasir dan kotoran lainnya dapat digunakan, namun demikian media kerikil yang paling umum digunakan di Amerika Serikat dan Eropa. Media tanam ini biasanya ditanami dengan jenis-jenis vegetasi ekosistem rawa-rawa, dan permukaan air dirancang untuk tetap berada di bawah permukaan atas medium. Keuntungan utama dari permukaan air di bawah permukaan media tanam ini adalah pencegahan nyamuk dan bau, dan eliminasi risiko kontak publik dengan air limbah yang belum bersih.

3 Perbaikan kualitas air di lahan basah alami telah diamati oleh para ilmuwan dan insinyur selama bertahun-tahun dan hal ini telah memunculkan perkembangan lahan basah buatan (LBB) sebagai upaya untuk meniru perbaikan kualitas air dan manfaat habitat dari lahan basah alami dalam ekosistem buatan. Reaksi-reaksi fisika, kimia, dan biokimia semuanya berkontribusi dalam peningkatan kualitas air dalam sistem lahan basah buatan ini. Reaksi biologis diyakini karena aktivitas mikroorganisme yang melekat pada permukaan substrat yang terendam air limbah. Dalam kasus LBB-PAB (permukaan air bebas), substrat ini adalah bagian terendam dari tanaman yang hidup, seresah tanaman, dan lapisan tanah bentik. Dalam LBB-ABP, substrat terendam adalah akar tanaman yang tumbuh di media tanam, dan permukaan media itu sendiri. Karena luas permukaan media dalam LBB-ABP jauh melebihi substrat dalam LBB-PAB, maka laju reaksi mikroba pad LBB-ABP dapat lebih tinggi daripada LBB-PAB untuk sebagian besar kontaminan. Akibatnya, LBB-ABP dapat lebih kecil ukurannya dibandingkan dnegan LBB-PAB untuk laju aliran yang sama dan tujuan kualitas air limbah yang optimum.

4 LBB-ABP biasanya mencakup satu atau lebih cekungan dangkal atau saluran dengan penghalang untuk mencegah rembesan air limbah ke dalam groundwater yang sensitif. Jenis penghalang tergantung pada kondisi lokal. Dalam beberapa kasus, pemadatan tanah lokal sudah dapat berfungsi secara memadai, dalam kasus lainnya diperlukan tanah liat khusus dari tempat lain atau lembaran membran plastik (PVC atau HDPE). Struktur inlet dan outlet yang sesuai digunakan untuk menjamin distribusi air limbah secara seragam dan koleksi air limbah yang diperlukan. Sebuah pipa berlubang sering digunakan dalam sistem LBB-ABP yang lebih kecil. Kedalaman media pada LBB-ABP ini berkisar 0,3-0,9 meter (1 sampai 3 kaki) dan yang paling lazim adalah 0,6 meter (2 kaki). Ukuran media yang digunakan berkisar dari kerikil halus (0,6 cm) hingga batu hancur besar (15,2 cm). Kombinasi ukuran dari 1,3 cm hingga 3,8 cm paling lazim digunakan (Reed, Crites dan Middlebrooks, 1995). Media kerikil ini harus bersih, keras, tahan lama dan mampu mempertahankan bentuk dan permeabilitasnya dalam jangka panjang. Reed, S.C., R.W. Crites dan E.J. Middlebrooks Natural Systems for Waste Management and Treatment – Second Edition, McGraw Hill Co, New York, New York..

5 Model untuk desain LBB-ABP telah tersedia sejak akhir tahun1980-an. Upaya-upaya yang lebih baru yang dimulai sejak taghun 1990-an telah menghasilkan tiga buku teks yang berisi model desain untuk LBB-ABP (Reed, et al, 1995, Kadlec Dan Ksatria 1996, Crites dan Tchobanoglous, 1998). Model-model LBB didasarkan pada kinetika aliran order pertama, tetapi hasilnya tidak selalu bersesuaian karena pilihan para pengembangnya dan karena tidak digunakan database yang sama untuk derivasi Model- model LBB. 1.Kadlec, R.H. dan R. Knight Treatment Wetlands, Lewis Publishers, Boca Raton, Florida. 2.Reed, S.C., R.W. Crites dan E.J. Middlebrooks Natural Systems for Waste Management and Treatment – Second Edition, McGraw Hill Co, New York, New York.. 3.Crites, R.W. dan G. Tchobanoglous Small and Decentralized Wastewater Management Systems, McGraw Hill Co., New York, New York.

6 Ukuran LBB-ABP ditentukan oleh bahan pencemar yang membutuhkan lahan terbesar untuk menghilangkannya. Ini adalah luas permukaan bagian dasar dari LBB dan agar supaya permukaan ini efektif 100 persen, maka aliran air limbah harus didistribusikan secara merata ke seluruh permukaan. Hal ini dimungkinkan dengan LBB yang kemiringan dasar permukaannya dibuat dnegan hati-hati dan penggunaan struktur inlet dan outlet yang tepat. Total luasan pengolahan harus dibagi menjadi setidaknya dua sel untuk sistem yang berukuran kecil. Sistem yang lebih besar harus memiliki minimal dua rangkaian sel paralel untuk memberikan fleksibilitas bagi manajemen dan pemeliharaannya.

7 Lahan basah buatan (LBB) atau taman-air merupakan lahan basah buatan yang dibuat sebagai habitat baru atau pulihan untuk satwa liar asli dan jenis-jenis satwa migrasi, untuk mengolah limbah antropogenik, limpasan air ghujan, atau pengolahan air limbah, reklamasi lahan bekas penambangan, kilang minyak, atau gangguan ekologi lainnya, seperti mitigasi yang diperlukan untuk daerah alami yang hilang akibat pembangunan. Lahan basah alami (LBA) bertindak sebagai biofilter, menghapus sedimen dan polutan seperti logam berat dari air, dan lahan basah buatan (LBB) dapat dirancang untuk meniru fitur-fitur lahan basah alamiah.

8 Bio-filtrasi Vegetasi di lahan basah menyediakan substrat (akar, batang, dan daun) dimana mikroorganisme dapat tumbuh pada saat mereka mendekomposisi bahan organik. Komunitas mikroorganisme ini dikenal sebagai perifiton. Perifiton dan proses-proses kimia alamiah bertanggung jawab sekitar 90 persen dari pengambilan polutan dan degradasi limbah. Tanaman menghapus sekitar tujuh sampai sepuluh persen polutan, dan bertindak sebagai sumber karbon bagi mikroba ketika mereka mengalami dekomposisi. Berbagai jenis tanaman air memiliki tingkat yang berbeda-beda untuk menyerap logam berat, kemampuan ini menjadi bahan pertimbangan untuk memilih jenis tanaman di lahan basah buatan untuk pengolahan air limbah. Lahan basah buatan biasnaya terdiri dari dua tipe dasar, yaitu aliran permukaan (AP) dan aliran bawah permukaan (ABP).

9 LBB –AP (Lahan Basah Buatan - Aliran Permukaan) Lahan basah buatan dengan aliran permukaan (LBB-AP) mengalirkan air limbah di atas permukaan tanah dalam suatu sistem rawa yang ditanami, dan dengan demikian dapat didukung oleh berbagai jenis material tanah seperti lumpur pantai dan tanah liat berdebu. Penanaman jenis “reedbed” sangat populer pada lahan basah buatan di Eropa, dan tanaman tanaman rawa (Typha spp.), Sedges, eceng gondok (Eichhornia crassipes) dan Pontederia spp. digunakan di seluruh dunia (meskipun Typha dan Phragmites bersifat sangat invasif). Penelitian terbaru tentang penggunaan LBB di daerah subarctic menunjukkan bahwa tumbuhan buckbeans (Menyanthes trifoliata) dan rumput liontin (Arctophila fulva) sangat berguna untuk penyerapan polutan logam.

10 LBB-ABP (Aliran Bawah Permukaan) Lahan basah buatan dengan aliran bawah permukaan dapat diklasifikasikan menjadi LBB dengan aliran horizontal (LBB-AH) dan LBB dengan aliran vertikal (LBB-AV). Lahan basah buatan dengan aliran bawah permukaan memindahkan air limbah (air limbah rumah tangga, pertanian, limbah pabrik kertas atau limpasan pertambangan, penyamakan kulit atau limbah pengolahan daging, atau saluran air hujan, atau air limbah lainnya) melalui media tanam kerikil (umumnya batu kapur atau batuan vulkanik) atau media pasir yang ditanami dengan jenis tanaman yang berakar. Dalam sistem aliran bawah permukaan ini, air limbah dapat bergerak secara horisontal, sejajar dengan permukaan, atau vertikal, dari lapisan yang ditanami turun melalui substrat dan mengalir ke luar. LBB-AH kurang ramah bagi populasi nyamuk (karena tidak ada air di permukaan) ; populasi nyamuk ini dapat menjadi masalah serius dalam sistem LBB-AP. Tanaman karnivora dapat digunakan untuk mengatasi masalah nyamuk ini. Sistem aliran bawah permukaan memiliki keuntungan karena hanya membutuhkan lahan sedikit untuk pengolahan air, tetapi umumnya tidak sesuai untuk habitat satwa liar.

11 Pengambilan Kontaminan secara Umum Proses-proses fisika, kimia, dan proses biologis bekerja bersama-sama dalam sistem lahan basah untuk menghilangkan kontaminan dari air limbah. Pemahaman tentang proses-proses ini sangat fundamental, tidak hanya untuk merancang sistem lahan basah buatan tetapi untuk memahami nasib kimiawi air limbah yang memasuki sistem lahan basah buatan. Secara teoritis, pengolahan air limbah dalam konstruksi lahan basah buatan terjadi saat mereka melewati medium lahan basah dan rizosfer tumbuhan. Sebuah film tipis di sekitar setiap akar rambut bersifat aerobik karena kebocoran oksigen dari rimpang, akar, dan rootlets. Mikro-organisme aerobik dan anaerobik memfasilitasi dekomposisi bahan organik. Mikroba nitrifikasi dan denitrifikasi melepaskan gas nitrogen ke atmosfer. Fosfor diendapkan bersama dengan besi, aluminium, dan senyawa kalsium yang berada di media tumbuh akar (Fried dan Dean, 1955; Patrick dan Reddy, 1976; Sah dan Mikkelson, 1986; Hammer, 1989; Davies dan Hart, 1990). Padatan tersuspensi akan mengendap karena mereka menetap dalam kolom air di lahan basah aliran permukaan atau secara fisik disaring oleh medium dalam lahan basah dnegan aliran bawah permukaan. Bakteri berbahaya dan virus dapat dikurangi dengan filtrasi dan adsorpsi oleh biofilm pada media batuan dalam LBB dengan aliran bawah permukaan dan LBB dengan aliran vertikal. Hammer, D.A. (ed.) Constructed wetlands for wastewater treatment. Chelsea, Michigan: Lewis publishers. Davies, T.H. dan B.T. Hart Use of aeration to promote nitrification in reed beds treating wastewater. Advanced Water Pollution Control, 11: 77–84. Fried, M. dan L.A. Dean Phosphate retention by iron and aluminum in cation exchange systems. Soil Science Society of America Proceedings: 143–47. Sah, R.N. dan D. Mikkelson Transformations of inorganic phosphorus during the flooding and draining cycles of soil. American Journal Soil Science, 50: 62–67. Patrick, W.H., Jr. dan K.R. Reddy Nitrification-denitrification in flooded soils and water bottoms: dependence on oxygen supply and ammonium diffusion. Journal of Environmental Quality, 5:

12 Pengambilan Logam Lahan basah buatan (LBB) telah digunakan secara luas untuk menghilangkan logam dan metaloid yang terlarut dalam air limbah. Meskipun kontaminan ini lazim dalam air drainase tambang, mereka juga ditemukan dalam limpasan air hujan dan air sungai, lindi sampah dan sumber-sumber lain (misalnya, lindi atau air bekas di pembangkit listrik tenaga batubara). Lahan basah butaan dibuat untuk mengolah aneka macam air limbah tambang (Eger dan Lapakko, 1988), dan aplikasi lainnya (Otte, Kearns dan Doyle, 1995). Eger, P. dan K. Lapakko Nickel and copper removal from mine drainage by a natural wetland. U.S. Bureau of Mines Circular 9183, Otte, M.L., C.C. Kearns dan M.O. Doyle Accumulation of arsenic and zinc in the rhizosphere of wetland plants. Bull. Environ. Contam. Toxicol. 55:

13 Naz, et al. (2009) merancang sistem LBB-ABP-AH dan LBB-PAB (masing-masing seluas 4 m2) di kampus Universitas Harran, Sanliurfa, Turki. Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kinerja dari dua sistem LBB guna perencanaan masa depan sistem pengolahan air limbah di kampus. Kedua sistem lahan basah ditanami dengan Phragmites australis dan Canna indica. Selama periode pengamatan (10 bulan), kondisi lingkungan, seperti pH, suhu, COD total, COD larut, total BOD, BOD terlarut, total padatan tersuspensi (TSS), fosfat total (TP ), total nitrogen (TN), semuanya diukur. Hasil- hasil penelitian menunjukkan rata-rata efisiensi penyerapan tahunan untuk kedua sistem ini masing-masing adalah : Total COD (75,7% dan 69,9%), COD terlarut (85,4% dan 84,3%), Total BOD (79,6% dan 87,6% ), BOD terlarut (87,7% dan 95,3%), TN (33,2% dan 39,4%), dan TP (31,5% dan 6,5%). Efisiensi penyerapan COD larut dan BOD larut kedua sistem ini meningkat secara bertahap sejak awal percobaan. Setelah sembilan bulan operasi, penghapusan bahan organik lebih dari 90%. Kinerja pengolahan sistem LBB-ABP-AH yang lebih baik, hal ini berkenaan dengan penghapusan padatan tersuspensi total dan COD pada suhu yang sangat tinggi. Dalam sistem LBB-PAB, konsentrasi COD sangat melebihi nilai batas debit karena tingginya konsentrasi ganggang selama musim semi (Naz, et al., 2009). Kinerja kedua sistem ini dapat dimodelkan dengan menggunakan algoritma jaringan- propagasi saraf tiruan. Model jaringan syaraf tiruan ini kompeten untuk memberikan perbandingan yang wajar antara nilai-nilai yang diukur dengan nilai perkiraan konsentrasi total COD, BOD terlarut, COD Total, dalam air limbah yang diolah dalam sistem LBB. Naz,M., S. Uyanik, M. I.Yesilnacar dan E. Sahinkaya Side-by-side comparison of horizontal subsurface flow and free water surface flow constructed wetlands and artificial neural network (ANN) modelling approach. Ecological Engineering, 35(8): 1255–1263.

14 Tomenko, Ahmed dan Popov (2007) membandingkan analisis regresi berganda (MRA) dan dua jaringan syaraf tiruan (JST) - multilayer perceptron (MLP) dan radial jaringan fungsi basis (RBF)- dalam hal akurasi dan efisiensinya untuk diterapkan pada prediksi kebutuhan oksigen biokimia (BOD) pada titik-titik konsentrasi limbah dan pusat pengolahan air limbah dengan sistem LBB-ABP. Kinerja MRA dimaksimalkan dengan memanfaatkan 14 kali lipat validasi silang. MRA dan model ANN ternyata mampu menjadi alat yang efisien dan kuat untuk memprediksi kinerja LBB-ABP. MLP dan RBF menghasilkan hasil yang paling akurat yang menunjukkan potensi kuat untuk pemodelan proses pengolahan air limbah. Tomenko, V., S. Ahmed dan V. Popov Modelling constructed wetland treatment system performance. Ecological Modelling, 205(3–4): 355–364.

15 Lahan basah buatan (LBB) dengan aliran bawah permukaan horisontal (ABP-AH) telah digunakan untuk pengolahan air limbah selama lebih dari 30 tahun. Kebanyakan sistem ini telah dirancang untuk mengolah air limbah kota atau air limbah domestik (Vymazal, 2009). Pada saat ini, pengolahan air limbah kota tidak hanya fokus pada polutan umum tetapi juga pada parameter khusus seperti obat-obatan, bahan kimia endokrin berbahaya atau alkylbenzensulfonates linear (LAS). Model sistem ini digunakan untuk mengolah banyak jenis air limbah. Aplikasi industrial termasuk air limbah dari kilang minyak, pabrik kimia, produksi pulp dan kertas, penyamakan kulit dan industri tekstil, rumah potong hewan, dan industri penyulingan minuman anggur. Secara khusus, penggunaan sistem ini menjadi sangat umum untuk pengobatan air limbah pengolahan makanan (misalnya, produksi dan pengolahan susu, keju, kentang, gula). Lahan basah buatan ini juga berhasil digunakan untuk mengolah air limbah dari pertanian (misalnya peternakan babi, limbah perikanan) dan berbagai air limpasan (pertanian, bandara, jalan raya, rumah kaca, pembibitan tanaman). Sistem ini juga efektif digunakan untuk mengolah lindi sampah. Selain digunakan sebagai satu kesatuan, sistem ini juga digunakan dalam kombinasinya dengan jenis-jenis lahan basah buatan dengan sistem hibrida (Vymazal, 2009). Vymazal, J The use constructed wetlands with horizontal sub-surface flow for various types of wastewater. Ecological Engineering, 35 (1): 1–17.

16 Wynn dan Liehr (2001) menyajikan model-model mekanistik, model simulasi kompartemen LBB-ABP. Model ini terdiri dari enam sub model, termasuk siklus karbon dan nitrogen, pertumbuhan bakteri autotrofik dan heterotrofik dan metabolismenya, dan kesetimbangan air dan oksigen. Interaksi antara siklus-siklus karbon, nitrogen, dan oksigen muncul dalam output model. Secara umum, konsentrasi BOD limbah, nitrogen organik, amonium nitrat dapat diperkirakan dengan baik. Dengan keterbatasan pengetahuan tentang aerasi zone akar tanaman lahan basah, prediksi oksigen ternyata cukup bagus. Model ini umumnya tidak sensitif terhadap perubahan parameter individual. Hal ini disebabkan oleh kompleksitas ekosistem dan model, serta berbagai mekanisme umpan balik yang mungkin terjadi. Model ini paling sensitif terhadap perubahan parameter yang mempengaruhi pertumbuhan mikroba dan penggunaan substrat secara langsung. Model-model dinamis, kompartemen, dan model simulasi ini merupakan alat bantu yang efektif untuk mengevaluasi kinerja Sistem LBB-ABP. Model ini memberikan wawasan mengenai masalah pengolahan air limbah dalam lahan basah buatan. Dengan evaluasi lebih lanjut dan perbaikannya, model ini akan menjadi alat yang berguna untuk desain sistem LBB- ABP. Wynn,M.T. dan S.K. Liehr Development of a constructed subsurface- flow wetland simulation model. Ecological Engineering, 16(4): 519–536.

17 Aplikasi Umum Lahan Basah Buatan (LBB) Ada tiga macam LBB yang biasanya menggunakan gabungan kolam pengolahan air limbah. Tiga jenis pengolahan ini menggunakan media tanam (lahan basah buatan dengan tanaman reed). Semua sistem ini digunakan secara komersial, biasanya bersama-sama dengan tangki septik sebagai sarana pengolahan utama, Imhoff tank atau penyaring untuk memisahkan padatan dari cairan limbah. Beberapa desain digunakan untuk bertindak sebagai sarana pengolahan yang utama. Cara lain adalah kombinasi lahan basah buatan dengan toilet-kompos. Jenis sistem LBB adalah: (1) LBB dengan Aliran permukaan (SF), (2) LBB dengan Aliran Bawah Permukaan (SSF), dan (3) LBB dengan aliran vertikal (VF) Semua ketiga jenis LBB ditempatkan dalam baskom dengan substrat. Untuk sebagian besar usaha pada bagian bawahnya dilapisi dengan geomembrane polimer, beton atau tanah liat (bila ada jenis tanah liat yang tepat) untuk melindungi permukaan air dan lahan sekitarnya. Substrat dapat berupa kerikil,batu kapur atau batu apung, batuan vulkanik, tergantung pada ketersediaan lokal, pasir atau campuran berbagai ukuran media (untuk LBB dengan aliran vertikal).

18 Karakteristik disain LBB Sebuah kolam pemurni air komersial, ditanami dengan jenis Iris pseudacorus. LBB dnegan aliran permukaan : dicirikan oleh aliran horisontal air limbah melintasi akar tanaman. Air kotor ini dialirkan bertahap, karena diperlukan luasan yang besar untuk membersihkan (20 meter persegi per orang) dan meningkatnya masalah bau dan pemurnian yang buruk pada musim dingin..52.

19 LBB-ABP : aliran air limbah terjadi di antara akar tanaman dan tidak ada air permukaan (air limbah disimpan di bawah media tumbuh kerikil). Akibatnya sistem ini lebih efisien, tidak menarik nyamuk, kurang berbau dan tidak peka terhadap kondisi musim dingin. Sistem ini juga memerlukan lebih sedikit area yang dibutuhkan untuk memurnikan air meter persegi. Sebuah downside ke sistem adalah intake, yang dapat tersumbat dengan mudah, meskipun beberapa kerikil berukuran lebih besar dapat mengatasi masalah ini. Untuk aplikasi sekala besar, sistem ini sering digunakan berkombinasi dengan LBB-AV. Dalam iklim yang hangat, untuk mengolah limbah organik, dibutuhkan sekitar 3,5 m2 / 150 L untuk campuran air hitam dan air abu-abu, dengan ketinggian air rata-rata 0,50 m. Dalam iklim dingin sistem ini memerlukan ukuran duakali lebih besar (7 m2/150 L). Untuk pengolahan air hitam saja, sistem ini membutuhkan sekitar 2 m2 / 50 L dalam cuaca hangat..

20 Rai (2008) mengkaji masalah polusi logam berat yang berasal dari proses industrialisasi dan urbanisasi, serta pengolahannya dengan menggunakan sistem lahan basah buatan bervegetasi baik dalam kondisi mikrokosmos maupun kondisi alamiah di lapangan. Kontaminasi logamberat dalam ekosistem akuatik karena pembuangan limbah industri dapat menimbulkan ancaman serius bagi kesehatan manusia. Metode-metode pengendapan alkali, kolom pertukaran ion, penghapusan elektrokimia, filtrasi, dan teknologi membran adalah teknologi saat ini tersedia untuk menyerap logam berat dari perairan. Teknologi-teknologi konvensional tidak ekonomis dan dapat menghasilkan dampak negatif terhadap ekosistem perairan. Fitoremediasi logam merupakan teknologi hijau yang efektif dan murah, berdasarkan pada penggunaan tanaman khusus yang dipilih untuk menyerap logam beracun dari tanah dan air. Sistem lahan basah bervegetasi merupakan alat penting untuk menghilangkan logam berat. Konvensi Ramsar, salah satu perjanjian konservasi global modern, mengadopsi konvensi sebelumnya tahun 1971 dan berlaku efektif pada tahun Konvensi ini menekankan penggunaan sistem lahan basah buatan secara bijaksana. Tanaman lahan basah lebih disukai daripada bio-agen lainnya karena biayanya murah, banyak ditemukan dalam ekosistem perairan, dan penanganannya mudah. Rizosfer tanaman lahan basah menyediakan zona budidaya yang diperkaya untuk mikroba yang terlibat dalam degradasi limbah. Zona sedimen pada lahan basah buatan menyediakan kondisi reduksi yang kondusif bagi penghapusan logam-logam. Lahan basah buatan terbukti efektif untuk pengurangan polusi logam berat dalam air asam tambang; lindi sampah; limbah tenaga panas; dan limbah kota, pertanian, kilang, dan limbah chlor-alkali. Sifat fisikokimia sistem lahan basah buatan ini memberikan banyak atribut positif untuk remediasi logam berat. Tumbuhan air Typha, Phragmites, Eichhornia, Azolla, Lemna, dan tumbuhan air lainnya merupakan tumbuhan lahan basah buatan yang ampuh untuk menghilangkan logam berat. Masalah pembuangan biomassa dan pertumbuhan musiman tumbuhan air menjadi kendala dalam transfer teknologi fitoremediasi dari sekala laboratorium ke sekala lapangan. Namun demikain, biomassa tumbuhan dapat digunakan untuk berbagai aplikasi yang bermanfaat. Model LBB yang ramah lingkungan telah dikembangkan melalui berbagai penelitian, yang dapat memperbaiki beberapa keterbatasannya (Rai, 2008). Rai, P.K Heavy metal pollution in aquatic ecosystems and its phytoremediation using wetland plants: an ecosustainable approach. Int. J. Phytoremediation, 10(2):

21 Mishra et al. (2008) menggunakan tiga jenis tumbuhan air Eichhornia crassipes, Lemna minor dan Spirodela polyrhhiza, di laboratorium untuk menghilangkan logam berat dari limbah pertambangan batubara. Tumbuhan ini ditanam secara tunggal dan sampuran (kombinasi) selama percobaan fitoremediasi 21 hari. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kombinasi E. crassipes dan L. minor adalah yang paling efisien untuk menghilangkan logam berat, sedangkan E. Crassipes paling efisien dalam sistem monokultur. Korelasi yang signifikan antara konsentrasi logam dalam air olahan dengan makro-fita. Faktor translokasi, yaitu rasio konsnetrasi logam dalam daun dengan konsentrasi logam dalam akar mengungkapkan bahwa logam sebagian besar disimpan dalam akar tumbuhan air. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa akar tumbuhan air telah mengakumulasikan logam berat kira-kira 10 kali dari konsentrasi awalnya. Tumbuhan air ini juga menjadi sasaran penilaian toksisitas dan tidak ada gejala keracunan logam, metode ini dapat diterapkan pada pengolahan skala besar air limbah dimana volume yang dihasilkan sangat tinggi dan konsentrasi polutannya rendah. Mishra,V.K., A.R.Upadhyaya, S.K.Pandey dan B.D.Tripathi Heavy metal pollution induced due to coal mining effluent on surrounding aquatic ecosystem and its management through naturally occurring aquatic macrophytes.. Bioresour Technol., 99(5):

22 Lahan basah buatan (LBB) juga diakui sebagai konstruksi sederhana dan pemeliharaannya murah, dan kebutuhan energinya sangat rendah. Namun demikian, desain LBB terutama didasarkan pada pendekatan aturan-of- thumb. Choi, et al. (2012) mempelajari efisiensi modular LBB aliran horisontal bawah permukaan dengan menggunakan empat skema desain yang berbeda-beda. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa empat sistem telah mencapai penghapusan lebih dari 90% dari total padatan tersuspensi dan efisiensi penyerapannya lebih dari 50% total fosfor dan Zn. Sistem yang ditanami mencapai tingkat penyerapan polutan lebih tinggi dari sistem tanpa tanaman. Dalam hal media-tanam, abu-dasar ternyata lebih efektif dibandingkan dengan potongan-kayu dalam menyerap polutan. Mengingat panjangnya aliran, efisiensi penyerapan optimum dicapai setelah melewati tangki sedimentasi dan lapisan media vertikal; sehubungan dengan kedalaman, polutan lainnya telah diserap pada lapisan pasir bagian atas daripada di lapisan kerikil di bagian yang lebih rendah. Penelitian ini merekomendasikan luas permukaan 0,25-0,8% dari daerah tangkapan untuk LBB bervegetasi dan 0,26 -0,9% untuk LBB tanpa vegetasi, dengan menggunakan 7,5-10 mm curah hujan. Choi, J.Y., M.C.Maniquiz, F.K.Geronimo, S.Y.Lee, B.S.Lee dan L.H.Kim Development of a horizontal subsurface flow modular constructed wetland for urban runoff treatment. Water Sci Technol., 66(9):

23 Camacho et al. (2007) mempelajari pengolahan air limbah domestik dengan sistem LBB-ABP-AH dan membandingkan efek dari empat spesies tanaman yang berbeda terhadap kondisi operasi, oksigen terlarut (DO), potensial redoks (ORP), dan efisiensinya dalam menyerap polutan. Lima sistem LBB- ABP-AH diberi makan selama 10 bulan dengan air limbah domestik sintetis, menggunakan waktu tinggal hidrolik teoritis 7,6 hari. Spesies tanaman yang diteliti adalah : Phragmites australis (LBB1), Lythrum salicaria (LBB3), Cladium mariscus (LBB4) dan Iris pseudacorus (LBB5). LBB2 adalah perlakuan tanpa tanaman dan digunakan sebagai kontrol. Pengukuran kualitatif menunjukkan pertumbuhan yang lebih besar dari Lythrum salicaria dan Iris pseudacorus daripada jenis tumbuhan yang lain. Konsentrasi oksigen terlarut sangat rendah dalam cairan massal pada semua sistem lahan basah buatan. Demikian juga nilai ORP yang sangat mirip dalam semua sistem lahan basah, hal ini berhubungan dengan lingkungan anaerobik fakultatif. Semua lahan basah yang ditanami meningkat penyerapannya polutan dibandingkan dengan lahan basah kontrol. Kinerja LBB dalam hal penyerapan COD, TN, TP dan SO4= berada dalam rentang masing-masing 80-90%, 35-55%, 15-40% dan 45-60% (Camacho et al., 2007). Tumbuhan Lythrum salicaria dan Iris pseudacorus, menunjukkan pertumbuhan yang lebih besar, spesies yang paling efisien menyerap hara tanaman, tetapi juga proses penghapusan mikrobiologis lainnya, mungkin karena potensi aerasinya yang lebih tinggi, seperti nitrifikasi atau respirasi aerobik. Reduksi sulfat adalah mekanisme yang paling penting untuk mengyurangi COD. Cladium mariscus, tanaman asli yang tumbuh di Semenanjung Iberia, kurang efisien dibandingkan dengan Lythrum salicaria dan Iris pseudacorus, tetapi meningkatkan efisiensi LBB bervegetasi. Camacho, V.J., A.De L.Martínez, R.G.Gómez dan L.M.Sanz A comparative study of five horizontal subsurface flow constructed wetlands using different plant species for domestic wastewater treatment. Environ Technol., 28(12):

24 Terlepas dari kenyataan bahwa sistem LBB-ABP-AH telah beroperasi selama beberapa dekade hingga sekarang, namun masih belum ada pemahaman yang jelas dari beberapa fungsi internal yang paling mendasar. Campa dan García (2014) menganalisis apa yang disebut "The Cartridge Theory". Teori ini berasal dari hasil simulasi yang diperoleh dengan model BIO_PORE dan menjelaskan fungsi LBB untuk pengolahan air limbah perkotaan didasarkan pada interaksi antara komunitas bakteri dan akumulasi padatan yang menyebabkan penyumbatan. Dalam analisis ini dibahas beberapa perubahan pada model biokinetic yang diterapkan dalam BIO_PORE (LBBM1) sehingga pertumbuhan komunitas bakteri konsisten dengan model dinamika populasinya. Hasil-hasil simulasi sistem percontohan lahan basah buatan, mempromosikan "The Cartridge Theory", yang menyatakan bahwa media granular lahan basah aliran bawah permukaan horisontal dapat diasimilasikan dengan cartridge generik yang mudah tersumbat dengan padatan yang terangkut dari inlet ke outlet. Simulasi juga mengungkapkan bahwa distribusi komunitas bakteri dalam sistem sangat buruk dan bahwa lokasinya tidak statis tetapi berubah dari waktu ke waktu, bergerak menuju outlet sebagai konsekuensi dari penyumbatan progresif media granular. Menurut temuan ini, rentang hidup sistem LBB sesuai dengan waktu dimana komunitas bakteri didorong sebanyak jungkin ke arah outlet sehingga biomassanya tidak lagi cukup untuk menghapus proporsi polutan yang diinginkan. Campà, R.S. dan J. García The Cartridge Theory: A description of the functioning of horizontal subsurface flow constructed wetlands for wastewater treatment, based on modelling results. Science of The Total Environment, ( ):

25 Langergraber, et al. (2009) menyajikan Model Lahan Basah Buatan No1 (CWM1), untuk menggambarkan transformasi dan degradasi biokimia bahan organik, nitrogen dan sulfur dalam sistem lahan basah buatan dengan aliran bawah permukaan. Tujuan utama dari Model CWM1 ini adalah untuk memprediksi konsentrasi limbah dalam air yang ke luar dari sistem lahan basah buatan tanpa memprediksi emisi gas. Model CWM1 ini menjelaskan proses aerobik, anoksik dan anaerobik dan oleh karena itu berlaku untuk sistem aliran horisontal dan dan sistem aliran vertikal. Dalam model ini dianalisis sebanyak 17 proses dan 16 komponen (8 material dapat larut dan 8 partikulat). Model CWM1 didasarkan pada formulasi matematis seperti yang diperkenalkan oleh Sludge Model IWA Activated (ASM). Penting untuk dicatat bahwa selain model biokinetik, sejumlah proses lainnya termasuk hidrodinamika media yang porous, pengaruh tanaman, pengangkutan partikel / materi tersuspensi untuk menggambarkan proses penyumbatan, proses adsorpsi dan desorpsi fisik dan proses re-aerasi, harus dipertimbangkan untuk perumusan model bagi sistem lahan basah buatan. Langergraber,G., D.P.Rousseau, J.García dan J.Mena CWM1: a general model to describe biokinetic processes in subsurface flow constructed wetlands. Water Sci Technol., 59(9):

26 Sebagai teknologi baru dalam pengolahan air limbah, sistem lahan basah buatan memainkan peranan penting dan memiliki prospek luas dalam pengendalian pencemaran air dan pemulihan kualitas lingkungan. Metode- metode perancangannya semakin berkembang karena penerapannya semakin banyak dalam pengolahan air limbah dengan standar kualitas air yang semakin ketat. Dari kaitannya dnegan aspek hidrodinamika, degradasi kontaminan dan parameter ketidakpastian, Wen Dan Zhou (2007) menyajikan tinjauan sistematis tentang sistem lahan basah buatan dengan aliran permukaan horisontal, termasuk pendekatan beban polutan, persamaan regresi, Model orde pertama k - C *, dan bentuk-bentuk modifikasinya, serta model mekanistik dinamis. Berdasarkan perbandingan asumsi dan metodologi model, dilakukan analisis hubungan intrinsik dalam pengembangan sistem lahan basah buatan dengan aliran bawah permukaan horisontal, dan isu-isu utama dari aplikasinya dalam desain sistem lahan basah buatan. Wen Y. dan Q.Zhou Horizontal subsurface flow constructed wetland models. Ying Yong Sheng Tai Xue Bao, 18(2):

27 Meningkatnya penerapan sistem lahan basah buatan untuk pengolahan air limbah ditambah dengan standar kualitas air yang semakin ketat telah menjadi insentif yang semakin meningkat untuk pengembangan desain alat pengolahan yang lebih baik. Rousseau, Vanrolleghem dan De Pauw (2004) mengkaji model- model desain untuk lahan basah buatan dengan aliran bawah permukaan horisontal, mulai dari cara-cara sederhana praktis dan persamaan regresi, hingga model-model orde pertama kC*, persamaan tipe Monod dan model-model dinamis yang lebih kompleks, dan model kompartemen. Hal-hal utama yang dianalisis dalam ulasan ini adalah kendala-kendala Model dan parameter ketidakpastian. Sebuah studi kasus telah digunakan untuk menunjukkan variabilitas keluaran model dan untuk mengungkapkan apakah model-model yang lebih kompleks tetapi sulit dikelola dapat menawarkan keuntungan yang signifikan bagi para desainer. Rousseau, D.P., P.A.Vanrolleghem dan N.De Pauw Model-based design of horizontal subsurface flow constructed treatment wetlands: a review. Water Res., 38(6):

28 Kurangnya akses terhadap air bersih dan sanitasi telah menjadi salah satu masalah yang paling banyak menimpa masyarakat di seluruh dunia negara-negara sedang berkembang. Replikasi teknologi intensif yang terpusat untuk pengolahan air, teknologi energi ternyata tidak efektif dalam menyelesaikan masalah-masalah yang berhubungan dengan penyediaan air bersih di kawasan urban negara-negara sedang berkembang. Sistem lahan basah buatan (CWS) telah muncul dan menjadi pilihan yang layak untuk pengolahan air limbah, dan hingga saat ini telah diakui sebagai alternatif yang menarik untuk metode pengolahan air limbah konvensional. Zhang et al. (2014) menyajikan analisis yang komprehensif tentang berbagai macam praktek, aplikasi dan penelitian sistem CW untuk menghilangkan berbagai kontaminan dari air limbah di negara-negara berkembang, menempatkannya dalam konteks keseluruhan kebutuhan untuk sistem pengolahan air limbah yang murah dan berkelanjutan. Penekanan dari ulasan ini pada kinerja pengolahan berbagai jenis CWS termasuk: (i) CW dengan aliran air permukaan bebas; (ii) CW dengan aliran bawah permukaan; (Iii) sistem CW hybrid; dan (iv) sistem CW pengolahan mengapung. Dampak dari desain CW yang berbeda-beda ini dengan variabel operasionalnya (misalnya tingkat pembebanan hidrolik, jenis vegetasi, konfigurasi fisik, dan variasi musiman) terhadap penghapusan kontaminan dalam sistem CW juga dianalisis secara ringkas. Kebutuhan biaya dan luasan lahan untuk sistem CW menjadi maslaah yang dianggap sangat krusial.. Zhang,D.Q., K.B.S.N.Jinadasa, R.M Gersberg, Y.Liu, W.Jern Ng dan S.K.Tan Application of constructed wetlands for wastewater treatment in developing countries - A review of recent developments ( ). Journal of Environmental Management,141C:

29 Sistem lahan basah buatan dnegan aliran bawah permukaan (SSFCW) mengalami perubahan tingkat pembebanan yang kurang dipahami, terutama bila digunakan untuk mengolah air limbah babi dengan beban limbah yang berat. Lee, et al. (2004) menerapkan sistem SSFCW untuk mengolah limbah babi dengan tiga waktu retensi hidrolik (HRT): 8,5 hari HRT (Tahap I), 4.3 hari HRT (Tahap II), dan 14,7 hari HRT (Tahap III). Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa sistem merespon dengan baik terhadap perubahan beban hidrolik dalam menghilangkan padatan tersuspensi (SS) dan kebutuhan oksigen unduk dekomposisi senyawa karbon. Efisiensi pengurangan rata-rata selama empat konstituen utama dalam tiga fase adalah: SS 96-99%, kebutuhan oksigen kimia (COD) 77-84%, fosfor total %, dan total nitrogen (TN) 10-24%. Meskipun mekanisme fisik dominan dalam menghilangkan polutan, namun kontribusi mekanisme mikroba meningkat dengan lamanya penggunaan lahan basah, mencapai 48% dari COD dihapus dan 16% dari TN dihapus dalam fase terakhir. Eceng gondok hanya memberikan kontribusi minimal terhadap penghapusan hara dari air limbah. Air yang ke luar dari sistem SSFCW sesuai untuk pengolahan lebih lanjut dalam aplikasi lahan untuk asimilasi haranya. Lee,C.Y., C.C.Lee, F.Y.Lee, Szu-Kung Tseng dan C.J. Liao Performance of subsurface flow constructed wetland taking pretreated swine effluent under heavy loads. Bioresource Technology, 92(2):

30 Kehadiran arsen dan logam berat dalam sumber-sumber air minum menimbulkan risiko kesehatan yang serius karena efek toksikologisnya yang bersifat kronis. Lahan basah buatan memiliki potensi untuk menyerap arsen dan logam berat, tetapi sedikit yang diketahui tentang efisiensi penyerapannya polutan dan keandalan lahan basah buatan untuk remediasi polutan ini. Allende, Fletcher dan Sun (2011) meneliti penggunaan sistem LBB dengan aliran bawah permukaan vertikal untuk menghilangkan arsenik, boron, tembaga, seng, besi dan mangan dari air limbah sintetis. Media Kerikil, batu kapur, zeolit ​​ dan cocopeat digunakan sebagai media yang basah. Media kerikil konvensional hanya menunjukkan kemampuan yang terbatas dalam menghilangkan arsenik, besi, tembaga dan seng; dan hal ini menunjukkan kemampuan yang snagat rendah dalam menyerap mangan dan boron. Sebaliknya, media alternatif lahan basah: cocopeat, zeolit ​​ dan batu kapur, menunjukkan efisiensi yang tinggi dalam hal penghapusan persentase dan tingkat massa per m3 volume lahan basah, untuk menghilangkan arsenik, besi, mangan, tembaga dan seng; kemampuan nya untuk menghapus boron, dalam hal tingkat removal massa, juga lebih tinggi dibandingkan dengan media kerikil. Allende,K.L., T.D.Fletcher dan G.Sun Enhancing the removal of arsenic, boron and heavy metals in subsurface flow constructed wetlands using different supporting media. Water Sci Technol., 63(11):

31 Kröpfelová, et al. (2009) mengukur penyerapan 34 elemen secara bulanan pada tiga sistem LBB-AH di Republik Ceko yang dirancang secara khusus untuk mengolah air limbah kota. Hasil penelitian ini menunjukkan rentang yang sangat luas efisiensi penyerapan unsur-unsur yang diteliti. Tingkat penyerapan tertinggi (rata-rata 90%) ditemukan untuk unsur aluminium. Rata-rata penyerapan yang tinggi juga dicatat untuk seng (78%). Elemen yang diserap pada kisaran 50-75% adalah uranium, antimon, tembaga, timah, molibdenum, kromium, barium, besi dan gallium. Penyerapan kadmium, timah, merkuri, perak, selenium dan nikel bervariasi antara 25 dan 50%. Retensi yang rendah (0-25%) terjadi untuk vanadium, lithium, boron, kobalt dan strontium. Ada dua elemen (mangan dan arsen) yang konsentrasinya dalam outflow rata-rata lebih tinggi dibandingkan dengan konsentrasi inflow. Senyawa mangan reduksi sangat mudah larut dan oleh karena itu mereka mudah tercuci dalam kondisi anaerobik. Kröpfelová, L., J.Vymazal, J.Svehla dan J.Stíchová Removal of trace elements in three horizontal sub-surface flow constructed wetlands in the Czech Republic. Environ Pollut., 157(4):

32 Yuan et al. (2009) investigated the water quality improvement of campus wastewater and irrigation water around campus by a bench-scale constructed wetland. Two subsurface flow (SSF) wetland systems with cattail and cyperus of campus were set up for study. Results showed that the mean removal efficiency of BOD5, SS and NO3-N was in the range of % and the maximum value could be as high as %. And for Cl-, the mean removal efficiency was in the range of % and the maximum value could be as high as %, which was rarely found in literatures. Moreover, the pollution degree of irrigation water was from severe pollution upgraded to moderate pollution after cattail / cyperus wetland systems treatment. It was also found that cattail had a better removal performance than cyperus in extraction of BOD5, SS, and NO3- N. For Cl-, the cyperus system always had higher removal efficiency than the cattail system. The removal efficiency of BOD5, NO3-N, SS, and Cl-would highly depend upon the plant type and plant density rather than retention time of wastewater. Among the four monitored water qualities, the removal of SS and BOD5 were most dominated by soil matrix (most over 30%) and the removal of NO3-N and Cl-were most dominated by plants (most over 20%). It was concluded that wetland system could effectively improve water quality for further usage. Yuan, C., H.L.Lien, S.M.Huang, Y.W. Chen dan T.H.Fang APPLICATION OF SUBSURFACE FLOW CONSTRUCTED WETLANDS FOR CAMPUS WATER REUSE – A BENCH-SCALE SYSTEM STUDY. Journal of the Chinese Institute of Environmental Engineering, 15(4):

33 Plants and other organisms — commercial systems Although the majority of constructed wetland designers have long relied principally on Typhas and Phragmites, both species are extremely invasive, although effective. The field is currently evolving however towards greater biodiversity. Other designers use up to 200 different species, all climates included.http://www.wastewatergardens.net In North America, cattails (Typha latifolia) are common in constructed wetlands because of their widespread abundance, ability to grow at different water depths, ease of transport and transplantation, and broad tolerance of water composition (including pH, salinity, dissolved oxygen and contaminant concentrations). Elsewhere, Common Reed (Phragmites australis) are common (both in blackwater treatment but also in greywater treatment systems to purify wastewater). In self-purifying water reservoirs (used to purify rainwater) however, certain other plants are used as well. These reservoirs firstly need to be dimensioned to be filled with 1/4 of lavastone and water-purifying plants to purify a certain water quantity.Typha latifoliaPhragmites australisgreywater treatmentreservoirs They include a wide variety of plants, depending on the local climate and location. Plants are usually indigenous in that location for ecological reasons and optimum workings. Plants that supply oxygen and shade are also added in to complete the ecosystem.climateindigenousecologicaloxygenshadeecosystem

34 Investigating performance of naturally operated treatment plants may be due to the fact that they cannot be operated as desired or should be modified to achieve good performance e,g for nutrients removal. The advantage of the kinetic coefficients determination is that the model can be adjusted to fit data and then used for analyzing alternatives to improve the process. Farzadkia et al. (2013) investigated the efficiency of subsurface artificial wetland and determines its kinetic coefficients for nutrient removal. Methods: Present study investigated the kinetics of biological reactions occurred in subsurface wetland to remove wastewater nutrient. Samples were taken from 3 points of wetlands for 6 months. The nutrient content was determined through measuring TKN, ammonium, nitrate, and phosphate values. Results: Average levels for TKN, ammonium, nitrate, and phosphate in effluent of control wetland and wetland with reed were41.15, 23.59, and 6.43 mg/l and 28.91, 19.99, 1.49 and 5.63 mg/l, respectively. First order, second order, and Stover-Keane Canon models were applied and statistical parameters obtained from the models (i.e. μmax،kB) were analyzed. Conclusions: The nutrients removal at Yazd wastewater treatment plant was remarkable and presence of reed beds has not a significant effect on system performance improvement. Other more efficient plants are suggested to be evaluated in the system. Stover-Keane Canon model provided predictions having the most significant relationship with actual data obtained from the field. Farzadkia, M., M.H.Ehrampush, M.Kermani, K.Nadafi dan E.A.Mehrizi Investigating Efficiency and Kinetic Coefficients of the Nutrients Removal in the Subsurface Artificial Wetland of Yazd Wastewater Treatment Plant. Health & Hygiene Journal, 4(1):

35 Elsaesser et al. (2011) performed an experiment on retention of a mixture of five pesticides in the Lier experimental wetland site (Norway). Two vegetated cells with hydraulic retention times (HRT) of 280 min and 330 min and one cell without vegetation (HRT of 132 min) of 120 m2 surface area each were investigated regarding their ability to reduce peak concentrations, pesticide masses and predicted adverse effects. The inlet peak concentrations of the pesticides dimethoate, dicamba, trifloxystrobin and tebuconazole ranged from 18 ng/L up to 5904 ng/L. The mean reduction of peak concentration was 72% in the non-vegetated cell and up to 91% in the vegetated cells. Less than 5% of the masses were retained within the wetlands. Uptake and sorption by plants was low (up to 4%), however, higher for the vegetated cell dominated by Phalaris arundinacea L. than for the one with Typha latifolia L. as dominant plant. The toxic units (TU) approach was used to describe the potential reduction of toxicity within the wetland cells. Calculated toxicity of the substances decreased by 79% in the non-vegetated cell and by 95% in the two vegetated cells. Despite the low mass retention, the vegetated wetland system reduced the toxic effects, expressed as toxic units from values of 0.24 to 0.01, i.e. a concentration two orders of magnitude below the acute toxicity threshold, within a distance of 40 m while the non vegetated would need to be about 64 m long for the same efficiency. Elsaesser, D., A.G.B.Blankenberg, A. Geist, T. Mæhlum dan R.Schulz Assessing the influence of vegetation on reduction of pesticide concentration in experimental surface flow constructed wetlands: Application of the toxic units approach. Ecological Engineering, 37(6):


Download ppt "TEORI SUB-SURFACE FLOW SYSTEM (SFS) WETLANDS Disbatraksikan oleh Smno.jursntnhfpub.2014."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google